基 因 突 变
? 第一节 基因突变的基本概念
? 第二节 基因突变的分类
? 第三节 随机突变
? 第四节 DNA的定位诱变及点突变技术
第一节 基因突变的基本概念
? 基因突变（ gene mutation）是基因组 DNA分子在结构
上发生碱基对组成或排列顺序的改变（通常它只涉及
基因中部分序列的变化），并引起个体表型的改变,而
使生物体发生遗传性变异。（ 基因突变技术 ）
? 在自然界中生物体由于受到某种突变剂的作用，偶然
会由于基因复制的错误而发生突变，这种突变称为自
发突变（ spontaneous mutation）。
? 自发突变的频率较低，基因的每个核苷酸突变率平均
为 10-9～ 10-10。相反如果在人为条件下，使用某种突
变剂处理生物体而产生的突变称为诱发突变（ induced
mutation）。诱发突变频率高得多（千倍以上），而
且现在可在离体条件下，使细胞发生定向诱发突变，
称为定向突变。 有生殖细胞突变和体细胞突变。
第二节 基因突变的分类
? 一、点突变
? 二、碱基插入突变
? 三、碱基缺失突变
碱基替代（点突变），碱基插入或缺失结
果，从对三联体密码的影响及遗传信息的改变
来看，又有下述几种不同的情况发生,㈠ 同
义突变 （ Synonymous niutation） ㈡ 错义突
变 （ ncissense mutation） ㈢ 无义突变
（ nonsense mutation）
第三节 随机突变
? 一,限制性内切酶法
? 二,接头插入法
? 三、系列缺失法 如图 8-3（ a）方法一
（ b）方法二
? 四,核苷酸随机取代法
第四节
DNA的 定位诱变 及点突变技术
? 一、区域随机诱变
? 二、基因的点突变技术
? 三、点突变技术的应用
一、点突变
点突变又可分为单点突变（ Single point
mutation）和多点突变（ multiple mutation）。
单点突变是指只有一个碱基对发生改变，而多点
突变是指有两个或两个以上碱基对发生改变。点
突变可以是碱基替换（ base substitution）,碱基
插入（ base insertion）和基因缺失（ base
deletion）但点突变这个术语常常是指碱基替代。
碱基替代又可分为两类,一类叫转换
（ transition），即嘌呤被另一嘌呤取代或嘧啶被
另一嘧啶取代后而发生的变化（如图 8-1）。另
一类叫颠换（ transversion）即嘌呤被嘧啶或嘧
啶被嘌呤取代后而发生的变化。点突变的重要特
点之一是它具有很高的回复突变率。 如图 8-1。
二、碱基插入突变
? 碱基插入突变是指基因组 DNA链中插入 1个
或几个碱基对,这种突变可以引起其后 DNA
序列的读框发生改变,故又称为移框突变
（ frameshift mutation）。移框突变的结果
不但改变了表达产物的氨基酸组成，而且
会出现新的终止密码子，而使蛋白质合成
过早终止。 转座子或 IS的插入常会造成基
因失活。
三、碱基缺失突变
? 基因缺失突变是指基因组 DNA链中缺失 1个
或数个甚至小片断的碱基对。这种突变也
可引起其后 DNA序列的读框发生改变。 如
图 8-2
同义突变
? 同义突变是指碱基被替代后,没有改变产物
氨基酸序列,这是与密码子的简并性相关,
如 CTT,CTC,CTA,CTG的第 3位碱基互
相替代后其编码表达的产物均为亮氨酸,
CTT,CTC,CTA,CTG的第 3位碱基互相
替代后,其编码表达的产物均为脯氨酸,因此
这种突变不产生突变效应。
错义突变
? 错义突变是指碱基序列的改变引起了产物
氨基酸的序列改变。有些错义突变严重影
响到蛋白质活性甚至完全失去活性，从而
影响了表型。如果该基因是必需基因，则
该突变为致死突变。
无义突变
无义突变是指某个碱基的改变可使某种氨基
酸的密码子突变为终止密码子。如赖氨酸的密码
子 AAG突变为终止密码子 TAG,酪氨酸的 TAC突
变为 TAA或 TAG终止密码子。若无义突变的终止
密码子使肽链合成过早终止,因而蛋白质产物一般
没有活性,若是发生在基因 DNA的 3’末端处,它所
表达产生的多肽常有一定活性或有部分活性,这种
突变又称为渗漏变型（ leaky mutation）。
随机突变
随机突变是指目的基因发生突变的部位是随
机的,如 PCR克隆基因时,往往产生不确定序列的
突变。在 Tag酶的作用下,有时在遇到模板中的 A-
T对时,倾向于掺入 G-C对,而使基因序列发生改变。
随机突变常用于鉴定克隆的 DNA中特定功能在基
因序列中所处的位置及其与周围序列的关系。如
果对所克隆的 DNA特定序列所编码的产物及其功
能知之甚少，可采用随机突变法进行研究，以确
定功能区域有助于缩小研究范围。
DNA的定位诱变技术
定位诱变技术就是指按照设计要求，
在体外将基因特定区域的碱基进行突变，
这样就有可能在缺乏表型选择时进行遗
传分析，以便于研究基因结构与功能的
关系和基因表达调控的过程。其诱变技
术有两种类型，即区域随机诱变和点突
变。
一、区域随机诱变
区域随机诱变是在含有靶位点的一段 DNA序
列上引入随机碱基序列而发生基因突变。
1,切割分离基因片段后用诱变剂处理，在重
新接到载体上进行表达
2,将靶基因加工成单链区，用单链 DNA诱变
剂处理（使 C变 U），用聚合酶双链化和
复制时，使原先的 G/C发生 A/T转换
二、基因的点突变技术
点突变的技术有很多种，常见的有寡核苷酸
介导的点突变技术和 PCR定点突变技术。
? ㈠寡核苷酸介导的定点突变技术
? 1.寡核苷酸引物诱变技术
? 2.盒式诱变 如图 8-7
? ㈡ PCR点突变技术
? 1.引物 PCR定点诱变法 如图 8-8
? 2.重组 PCR定点诱变法 如图 8-9
基因突变技术
? 基因突变技术：用酶学和化学方法来切割或合成
DNA，同时将突变碱基或序列导入克隆化的基因
中，重组后回到生物体，引起生物功能的改变。
限制性内切酶法
? 在基因内部若有酶切点,如 EcoRⅠ 酶切后，
尾修平或补平后，分别可减少 /增加 4个碱基。
加 dNTP和 DNA聚合酶补平 5’GAATT
CTTAA （增加 4bp）
5’G
CTTAA 5’G （减少 4bp）
SⅠ 酶切除粘端修平 C
接头插入法
? 于平端加入含酶切点的寡核苷酸片段，如
在转座子中插入，研究是否影响基因跳跃
功能。
核苷酸随机取代法
1,用诱变剂，如亚硫酸钠可使基因中的 C变
U，使 G/C转换成 A/T，硫酸二甲酯破坏碱
基环，不能形成碱基对。
2,PCR：非理想条件下，使 PCR产物中的基
因序列随机突变。
寡核苷酸引物诱变技术
1,寡核苷酸引物诱变技术：用含突变碱基的
引物启动 M13φ复制子代链，转染大肠杆
菌后，子代 φ基因有 50%发生突变，通过
筛选、鉴定、回收可观察突变基因的表型
改变效应。 如图 8-4
2,寡核苷酸引物诱变技术的改进方法
? （ 1） KunKel定点诱变法,如图 8-5
? （ 2）硫代磷酸的核苷酸诱变法,如图 8-6
点突变技术的应用
? 1,在分子生物学和基因工程中的应用
? （ 1）探明未知序列的结构和功能的关系，如启动子诱变
筛选，真核的 TATA盒保守序列确定
? （ 2）载体构建：调控元件，强启动子，多接头
? （ 3）研究基因调控序列：如 AUG前加入 ACC序列最佳
? 2,在蛋白质工程中的应用
? （ 1）提高活性和稳定性，如 IFN-βser17（ cys变 ser）
? （ 2）降低毒性，如 TNF
? （ 3）改变亚型和种的特异性，如 IFN的 23位突变成 AAG，
使 IFNα2a变成 IFNα2b。 123位 Try（酪）变甘 /丝，使 IFN
种属特异性明显改变，对人抗病毒活性小于牛。
? （ 4）提高蛋白质作用的专一性，如 IFNβ的 9-56位被 IFNα
的 7-54位取代后，活性提高 40倍。
? 第一节 基因突变的基本概念
? 第二节 基因突变的分类
? 第三节 随机突变
? 第四节 DNA的定位诱变及点突变技术
第一节 基因突变的基本概念
? 基因突变（ gene mutation）是基因组 DNA分子在结构
上发生碱基对组成或排列顺序的改变（通常它只涉及
基因中部分序列的变化），并引起个体表型的改变,而
使生物体发生遗传性变异。（ 基因突变技术 ）
? 在自然界中生物体由于受到某种突变剂的作用，偶然
会由于基因复制的错误而发生突变，这种突变称为自
发突变（ spontaneous mutation）。
? 自发突变的频率较低，基因的每个核苷酸突变率平均
为 10-9～ 10-10。相反如果在人为条件下，使用某种突
变剂处理生物体而产生的突变称为诱发突变（ induced
mutation）。诱发突变频率高得多（千倍以上），而
且现在可在离体条件下，使细胞发生定向诱发突变，
称为定向突变。 有生殖细胞突变和体细胞突变。
第二节 基因突变的分类
? 一、点突变
? 二、碱基插入突变
? 三、碱基缺失突变
碱基替代（点突变），碱基插入或缺失结
果，从对三联体密码的影响及遗传信息的改变
来看，又有下述几种不同的情况发生,㈠ 同
义突变 （ Synonymous niutation） ㈡ 错义突
变 （ ncissense mutation） ㈢ 无义突变
（ nonsense mutation）
第三节 随机突变
? 一,限制性内切酶法
? 二,接头插入法
? 三、系列缺失法 如图 8-3（ a）方法一
（ b）方法二
? 四,核苷酸随机取代法
第四节
DNA的 定位诱变 及点突变技术
? 一、区域随机诱变
? 二、基因的点突变技术
? 三、点突变技术的应用
一、点突变
点突变又可分为单点突变（ Single point
mutation）和多点突变（ multiple mutation）。
单点突变是指只有一个碱基对发生改变，而多点
突变是指有两个或两个以上碱基对发生改变。点
突变可以是碱基替换（ base substitution）,碱基
插入（ base insertion）和基因缺失（ base
deletion）但点突变这个术语常常是指碱基替代。
碱基替代又可分为两类,一类叫转换
（ transition），即嘌呤被另一嘌呤取代或嘧啶被
另一嘧啶取代后而发生的变化（如图 8-1）。另
一类叫颠换（ transversion）即嘌呤被嘧啶或嘧
啶被嘌呤取代后而发生的变化。点突变的重要特
点之一是它具有很高的回复突变率。 如图 8-1。
二、碱基插入突变
? 碱基插入突变是指基因组 DNA链中插入 1个
或几个碱基对,这种突变可以引起其后 DNA
序列的读框发生改变,故又称为移框突变
（ frameshift mutation）。移框突变的结果
不但改变了表达产物的氨基酸组成，而且
会出现新的终止密码子，而使蛋白质合成
过早终止。 转座子或 IS的插入常会造成基
因失活。
三、碱基缺失突变
? 基因缺失突变是指基因组 DNA链中缺失 1个
或数个甚至小片断的碱基对。这种突变也
可引起其后 DNA序列的读框发生改变。 如
图 8-2
同义突变
? 同义突变是指碱基被替代后,没有改变产物
氨基酸序列,这是与密码子的简并性相关,
如 CTT,CTC,CTA,CTG的第 3位碱基互
相替代后其编码表达的产物均为亮氨酸,
CTT,CTC,CTA,CTG的第 3位碱基互相
替代后,其编码表达的产物均为脯氨酸,因此
这种突变不产生突变效应。
错义突变
? 错义突变是指碱基序列的改变引起了产物
氨基酸的序列改变。有些错义突变严重影
响到蛋白质活性甚至完全失去活性，从而
影响了表型。如果该基因是必需基因，则
该突变为致死突变。
无义突变
无义突变是指某个碱基的改变可使某种氨基
酸的密码子突变为终止密码子。如赖氨酸的密码
子 AAG突变为终止密码子 TAG,酪氨酸的 TAC突
变为 TAA或 TAG终止密码子。若无义突变的终止
密码子使肽链合成过早终止,因而蛋白质产物一般
没有活性,若是发生在基因 DNA的 3’末端处,它所
表达产生的多肽常有一定活性或有部分活性,这种
突变又称为渗漏变型（ leaky mutation）。
随机突变
随机突变是指目的基因发生突变的部位是随
机的,如 PCR克隆基因时,往往产生不确定序列的
突变。在 Tag酶的作用下,有时在遇到模板中的 A-
T对时,倾向于掺入 G-C对,而使基因序列发生改变。
随机突变常用于鉴定克隆的 DNA中特定功能在基
因序列中所处的位置及其与周围序列的关系。如
果对所克隆的 DNA特定序列所编码的产物及其功
能知之甚少，可采用随机突变法进行研究，以确
定功能区域有助于缩小研究范围。
DNA的定位诱变技术
定位诱变技术就是指按照设计要求，
在体外将基因特定区域的碱基进行突变，
这样就有可能在缺乏表型选择时进行遗
传分析，以便于研究基因结构与功能的
关系和基因表达调控的过程。其诱变技
术有两种类型，即区域随机诱变和点突
变。
一、区域随机诱变
区域随机诱变是在含有靶位点的一段 DNA序
列上引入随机碱基序列而发生基因突变。
1,切割分离基因片段后用诱变剂处理，在重
新接到载体上进行表达
2,将靶基因加工成单链区，用单链 DNA诱变
剂处理（使 C变 U），用聚合酶双链化和
复制时，使原先的 G/C发生 A/T转换
二、基因的点突变技术
点突变的技术有很多种，常见的有寡核苷酸
介导的点突变技术和 PCR定点突变技术。
? ㈠寡核苷酸介导的定点突变技术
? 1.寡核苷酸引物诱变技术
? 2.盒式诱变 如图 8-7
? ㈡ PCR点突变技术
? 1.引物 PCR定点诱变法 如图 8-8
? 2.重组 PCR定点诱变法 如图 8-9
基因突变技术
? 基因突变技术：用酶学和化学方法来切割或合成
DNA，同时将突变碱基或序列导入克隆化的基因
中，重组后回到生物体，引起生物功能的改变。
限制性内切酶法
? 在基因内部若有酶切点,如 EcoRⅠ 酶切后，
尾修平或补平后，分别可减少 /增加 4个碱基。
加 dNTP和 DNA聚合酶补平 5’GAATT
CTTAA （增加 4bp）
5’G
CTTAA 5’G （减少 4bp）
SⅠ 酶切除粘端修平 C
接头插入法
? 于平端加入含酶切点的寡核苷酸片段，如
在转座子中插入，研究是否影响基因跳跃
功能。
核苷酸随机取代法
1,用诱变剂，如亚硫酸钠可使基因中的 C变
U，使 G/C转换成 A/T，硫酸二甲酯破坏碱
基环，不能形成碱基对。
2,PCR：非理想条件下，使 PCR产物中的基
因序列随机突变。
寡核苷酸引物诱变技术
1,寡核苷酸引物诱变技术：用含突变碱基的
引物启动 M13φ复制子代链，转染大肠杆
菌后，子代 φ基因有 50%发生突变，通过
筛选、鉴定、回收可观察突变基因的表型
改变效应。 如图 8-4
2,寡核苷酸引物诱变技术的改进方法
? （ 1） KunKel定点诱变法,如图 8-5
? （ 2）硫代磷酸的核苷酸诱变法,如图 8-6
点突变技术的应用
? 1,在分子生物学和基因工程中的应用
? （ 1）探明未知序列的结构和功能的关系，如启动子诱变
筛选，真核的 TATA盒保守序列确定
? （ 2）载体构建：调控元件，强启动子，多接头
? （ 3）研究基因调控序列：如 AUG前加入 ACC序列最佳
? 2,在蛋白质工程中的应用
? （ 1）提高活性和稳定性，如 IFN-βser17（ cys变 ser）
? （ 2）降低毒性，如 TNF
? （ 3）改变亚型和种的特异性，如 IFN的 23位突变成 AAG，
使 IFNα2a变成 IFNα2b。 123位 Try（酪）变甘 /丝，使 IFN
种属特异性明显改变，对人抗病毒活性小于牛。
? （ 4）提高蛋白质作用的专一性，如 IFNβ的 9-56位被 IFNα
的 7-54位取代后，活性提高 40倍。
