第十六章 基因突变
? 学习要点：
1.基因突变的相关概念
2.基因突变的分子基础
3.突变的修复机制
4.突变的检测
5.突变的遗传学效应
第一节 基因突变的相关概念
一、突变的概念
突变 (mutation),基因结构的改变，导致表型的改变的变
化
突变体 (mutant),具有突变表型的细胞或个体
正向突变 (forward mutation),偏离野生型性状的突变
反向突变 (back mutation),由偏离的性状回复为野生型
性状的突变
自发突变 (spontaneous mutation),在自然条件下产生的
突变
诱发突变 (induced mutation）,机体在诱发环境下产生
的突变
生化突变 (biochemical mutation）,使机体的代谢过程发
生改变或丧失的突变
无效突变 (null mutaion),完全丧失原有基因功能的突变
渗漏突变 (leaky mutation),部分丧失原有基因功能的突
变
致死突变 (lethal mutation), 影响生物体的生活力，导致
个体死亡的突变
条件致死突变 (conditional lethal mutation),在给定的某
种条件下可以存活，如果缺少这种条件就会致死的突变
二、突变类型
1.突变发生的 细胞类型
体细胞突变 (somatic mutation)
Clone,无性繁殖。
生殖细胞突变 (germinal mutation)
2.突变 的表型,
(1)形态突变 morphological mutaion
(2)生化突变 biochemical mutaion
(3)失去功能突变 loss-of-function mutation
(4)获得功能突变 gain-of-function mutation
(5)致死突变 lethal mutaion
(6)条件致死突变 conditional lethal mutaion
三、突变的性质
1.稀有性,突变发生的频率很低
突变率 (mutation rate):在特定的条件下,单
位时间间内 (通常为一个世代 ),一个细胞发生某一
事件的概率, 高等真核生物自发突变概率为 1/10-
5— 10-10。
2.可逆性：突变型可以恢复为野生型，通常由
发生在第二个位点的突变所回复，如抑制基因 →
敏感因子。回复突变率一般小于正向突变率。可
逆性区别于染色体的缺失。
3.多向性（随机性）：多方向，形成复等位基
因。
第二节 基因突变的分子基础
一、自发突变 (spontaneous mutation)
自发突变可能由复制错误,DNA损伤和转座作用等引起。
1.DNA复制错误 (errors of DNA replication)
DNA碱基有 互变异构体,造成 DNA复制过程中的 DNA错配。
ⅰ 转换,Purine→ Pu;或者 Pyrimidine→ Py
ⅱ 颠换,Pu →Py; 或者 Py→Pu
ⅲ 移码突变：增加或减少几个碱基,导致蛋白质翻译
错位。
ⅳ 缺失和重复：大片段碱基的缺失或重复，如 E.coli
乳糖发酵调节基因 lacⅠ 中四碱基重复序列。
野生型, 5‘ -GTCTGGCTGGCTGGC-3’
突变型 FS5,5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’
突变型 FS2,5‘ -GTCTGGCTGGC-3’
返回
2.DNA损伤（ lesions）
ⅰ 脱嘌呤 由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受
到破坏,从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从 DNA分
子上脱落下来,
ⅱ 脱氨基 C脱氨基变成 U;A脱氨基变成 H,：
A A-T →→ → H-T→→→ H-C→→→ H-C
↘ →A-T ↘ →G-C
B G C →→ → G-U→→→ A-U→→→A-U
↘ →G-C ↘ →A-T
造成转换
ⅲ 氧化损伤 （ oxidative lesions）, O2- OH- H2O2
可对 DNA造成损伤
二、诱发突变（ induced mutaion）
多种理化因素都可以诱导 DNA的突变
1.诱变机制
ⅰ 碱基类似物 eg,5-BU 和 5-BrdU是胸腺嘧啶 (T)
的结构类似物，酮式结构易与 A配对；烯醇式结构易与
G配对。另有 2-氨基嘌呤 (2-AP,A类似物 ),5- 氟尿嘧啶、
5-氯尿嘧啶等。
ⅱ 特异性错配 eg.烷化剂, 甲磺酸乙酯 (EMS),亚硝
基胍 ( NG),芥子气等。通过改变碱基结构使碱基错配。
如,G-C; 当 G烷基化后可与 T配对，导致碱基转换。
或者烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换、断裂或其
他突变
ⅲ 嵌合剂的致突作用
eg.,吖啶类染料, 吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基
对的类似物，易造成移码突变。
ⅳ 辐射诱导效应
(1)紫外线 UV:形成嘧啶二聚体，如 T二聚体，①同一条
单链内，影响复制时与 A的配对，使复制中止；②双链
之间，影响双链变性，并影响复制。
重复、缺失、移码突变
(2)电离辐射：如 X-ray,可引起碱基的降解或脱落,A
变成 H;C变成 T,出现转换。
物理 —— 物理化学 —— 生物化学 —— 大分子损伤
ⅴ 黄曲霉的作用
使鸟嘌呤 G脱落,SOS修复引入 A,造成突变。
2.碱基替换的遗传效应
(ⅰ ) 同义突变（ samesense mutation） 不改变氨基酸
的密码子变化，与密码子的兼并性有关, 如
GAU/GAC— Asp.
(ⅱ ) 错义突变（ missense mutation） 碱基替换的结果
引起氨基酸序列的改变,
(ⅲ ) 无义突变（ nonsense mutation） 编码区的单碱基
突变导致终止密码子 (UAG/UGA/UAA)的形成,使
mRNA的翻译提前终止,形成不完全的肽链,
如镰刀型贫血症：血红蛋白 B链 (146Aa),6号氨基酸
的替换,导致明显的表型症状。 Glu→Val,若 Glu →Asp
则影响较小。
3.移码突变及其产生
在基因的外显子中插入或缺失 1,2或 4个核苷酸,使阅读
信息发生错位,从而使翻译的蛋白质序列与原来完全不
同, eg,E.coli中乳糖发酵的调节基因 (lacⅠ ):
野生型, 5‘ -GTCTGGCTGGCTGGC-3’
移码突变 Ⅰ, 5‘ -GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’
移码突变 Ⅱ, 5‘ -GTCTGGCTGGC-3’
4.突变热点和增变基因
基因中 某些位点比其它位点突变率高，称突变热点。
Eg,分析 T4-Phage r Ⅱ 基因 1500个突变体, r Ⅱ A
(1800bp)有 200个位点； r Ⅱ B (850bp)有 108个位点 。
形成原因：
1,5-MeC的存在,5-甲基胞嘧啶 (MeC)脱氨基后变
成 T,使 G-C部位转变成 A-T部位；
2,短的重复序列 的存在，容易配对错位，造成重
复或缺失
3,与 诱变剂类型 有关，不同诱变剂出现不同的热
点。
4,增变基因 (mutator gene),该基因的突变会使整
个基因组的突变频率增高,eg,
A,DNA多聚酶基因，突变后使多聚酶的 3’ →
5’校正功能降低或丧失，使基因组突变频率增
高；
B,dam基因，突变后使碱基的错配修复功能降
低或丧失，使基因组突变频率增高。
三、诱变与肿瘤
肿瘤的形成与否取决于机体中癌基因和抑癌基因的
平衡，抑癌基因突变会致癌 。 一些诱变剂可以特异性的
诱导抑癌基因突变，导致肿瘤发生。 eg,黄曲霉素,
UV(ultraviolet)等,
黄曲霉素可诱导 P53基因 G → T颠换，导致肝癌的
发生；
UV可诱导 P53基因 5’-TC-3’发生 C → T颠换，形成
,T二聚体”，导致人类鳞状细胞皮肤癌的发生。
四、定点诱变
定义,利用人工合成的寡核苷酸，在离体的条件下，
制造基因中任何部位的位点特异性突变的技术 。
反义遗传学（ reverse genetics）,
合成 — 连接 (单链 M13)— 复制 — 转化 — 检测
第三节生物体对突变的修复机制
一 光复活 (photoreactivation)
1,概念：在可见光存在的条件下，在光复活酶作用下将
UV引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。
2,条件：可见光 (300~600nm),PR酶、嘧啶二聚体
3,作用过程,P451
① 光复活酶与 T=T结合形成复合物 ;
② 复合物吸收可见光切断 T=T之间的 C-C共价键,使二聚
体变成单体 ;
③ 光复酶从 DNA链解离,
*光复活是原核生物中的一种主要修复形式。
二 切除修复
1.概念,（核苷酸外切修复、暗修复）先在损伤的任何一端
打开磷酸二酯键，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺
口由修复性合成来填补，再由连接酶将其连接起来。酶
作用不需要光的激活，但黑暗不是必要条件。
2.特点：消除由 UV引起的损伤，也能消除由电离辐射和
化学诱变剂引起的其他损伤。切除的片段可由几十到上
万 bp,分别称短补丁修复、长补丁修复。
3.过程：
① 内切酶的作用在 DNA损伤的一端,切开形成一个切口 ;
② 外切酶的作用将损伤部位切除 ;
③ 聚合酶的作用将切口补齐,留下一个切口 ;
④ 连接酶的作用将 DNA连接形成完整的 DNA链。
4.特异性切除修复
E.coli 中明显的损伤，可在 UvrA,UvrB,UvrC的
作用下得以修复，但不明显的损伤需要特异性修复。
(1)糖基化酶修复：如果碱基被共价修饰，糖基化酶可
作用于 C-N糖苷键，使碱基释放，产生无碱基 (AP)位点,
再由 AP内切酶修复系统修复。
(2)AP内切酶修复系统修复：也由 内切, 外切, 聚合 和
连接 四种酶活性来完成，以修复 AP位点。
**以上两种修复过程都没有涉及到 DNA的重组,属于无
误差的修复 。
三 重组修复
1.概念, 通过对 DNA的复制和同源链的重组，来完成对损
伤部位的修复，又称复制后修复。
2.特点,
① 修复过程伴随 DNA的复制和重组；
② 仅修复新合成的不完整的单链，原先的损伤单链仍
然保留；
③部分重组蛋白的精确性差，修复的出错率较高。
3.重组修复过程,
(1)复制：以损伤单链为模板复制时，越过损伤部位，对
应位点留下缺口；未损伤单链复制成完整双链。
(2)重组：缺口单链与完整同源单链重组，缺口转移到完
整链，使损伤单链的互补链完整，损伤单链仍然保留。
(3)再合成：转移后的缺口以新的互补链为模板聚合补齐。
四 SOS修复
1,概念：是在 DNA分子受损伤的范围较大而且复制受到
抑制时出现的一种应急修复作用。
2.可能的机理,过程
①当 DNA损伤较大时 (如产生很多的 T=T),正常的
DNA多聚酶复制到损伤位点时，其活性受到抑制；
②短暂抑制后产生一种新的 DNA多聚酶，催化损伤部
位 DNA的复制，由于新的 DNA多聚酶的修复校正功能
较低，新合成的碱基错配频率较高，易引起突变。
3.特点：
①修复系统需要在 DNA分子受损伤的范围较大而且复
制受到抑制时才能够启动。
②修复系统对错配碱基的修复校正功能低下，从而增
加突变的频率。
③在紧急情况下，细胞通过一定水平的变异来换取细胞的
幸存，有利于细胞逃生。
4.SOS系统的启动：
通过操纵子 (结构基因、启动子、操纵基因、调节基因 )
来实现：
A,SOS基因,recA基因,UvrA,UvrB,UmuC等，
也称 din基因 (damage inducible gene),为操纵子的结构
基因；
B,lex基因：阻遏蛋白基因，正常情况下结合在操纵
基因上；
C,recA基因：重组蛋白基因，应急状态下启动蛋白
质水解酶活性，水解阻遏蛋白，使 din基因高效表达，
从而启动 SOS修复系统。
五 电离辐射损伤的修复
①氢键断裂,DNA分子双链之间
1.电离辐射效应 * ②共价键断裂,DNA单链断
裂、双链断裂、碱基和糖基损伤
③交联作用,DNA与 DNA,DNA
与蛋白质之间发生
2.电离辐射的修复,1、超快修复 (0℃,2min)
(E,coli) 无 O2,单链 (DNA连接酶 )
2、快修复 (几分钟 )
其余 90％ 断裂单链 (聚合酶 Ⅰ )
3、慢修复 (37 ℃,40-60min)
剩余单链 (重组修复酶系统 )
六 修复缺陷与人类疾病
1,着色性干皮病 (XP,xeroderma pigmentosum)
位于 1p的隐性基因控制，干性皮肤伴随神经系统疾
病，由切除二聚体能力缺损造成。
2,Cockayne Syndrome (CS)
侏儒、视网膜萎缩。由缺损紫外线引起的 DNA损伤
修复系统引起。
3,共济失调毛细血管扩张症
4,早老症
第四节、基因突变的检测
一、大肠杆菌 突变体的检测
1.影印法 —— StrR突变体
单菌落 →基本培养 →所有菌落生长 →挑选抗性菌落 →抗性培养
↘ StrR培养 →抗性菌落生长 ↗ ↓
(影印 ) StrR菌落
2.青霉素法 —— 营养缺陷突变体
野生型细菌 →诱变处理 →Pc培养 →少数菌落生长 →
↘ 多数野生型细菌死亡 !!!
基本培养
突变型和少数野生型细菌 → →营养缺陷菌落
营养补充培养
↗
↘
↘
↗
（验证）
二 真菌营养缺陷型的检出
? 菌丝过滤法 —— 麦孢菌营养缺陷型
萌发菌丝 →去除 ！
分生孢子 →诱变处理 →液体通气培养 →
(24h) 未萌发孢子 →培养 →
萌发菌丝 →去除 ！
→ 萌发菌丝 →去除 ！
未萌发孢子 →
未萌发孢子 →补充营养培养 →营养缺陷型
说明,未萌发孢子 —— 死亡、营养缺陷和少数野生型
↗
↘
↗
↘ ↗
↘
三 果蝇突变的检出
1.性连锁基因隐性突变的检出 (ClB法, Muller- 5)
(1) ClB品系,C— 交换抑制因子； l— 隐性致死突变；
B— 棒眼
检出步骤, A,将待测的♂果蝇与杂合（ ClB/+++）
♀ 果蝇杂交；
B,将 F1 ClB ♀ 与 F1♂ （ 野生型） 单对
杂交,目的是检查某一特定 X染色体上的突变；
C,观察分析：
①有 X隐性致死突变,F2无雄蝇 (♂,ClB和 l’死亡 );
②隐性非致死突变,F2预期♀,♂ =2:1,突变性状只
在 F2雄蝇表现,F1ClB中不表现；
③无 X隐性突变，在 F2 ♂仅表现简单的♀,♂ =2:1。
(2) Muller-5法：
A,Muller-5品系,B(棒眼 )-Wa(杏眼 )-sc(小盾片少刚
毛 )—— 并具重复倒位。
B,检出步骤,
Ⅰ, 将待测的♂果蝇与纯合 Muller♀ 果蝇杂交,
Ⅱ, 将 F1 ♀ ♂ 自交,目的是检查某一特定 X染色体
上的突变,
Ⅲ, 观察分析 F2：
① 如果无 X隐性致死突变预期 F2 ♂, ♀ =1:1 表型比为简
单的 1:1:1:1;
② 如果有 X隐性致死突变预期 F2 ♂, ♀ =2:1 表型比 1:1:1;
③ 如果有隐性非致死突变 在 F2 ♂ 中可见突变。
2,常染色体突变 —— 平衡致死 系 (Cy和 S)
①将待测的♂果蝇与♀平衡致死系 (Cy,S)果蝇杂交，
F1二种表型；
② F1中的一种类型与平衡致死系做单对杂交,F2出现
三种表型 (任一性状隐性致死 )；
③将 F2中除平衡致死系以外的一种类型自交得 F3
④ 观察分析 F3：
a.如果有隐性致死突变，则 F3只有一种类型，卷翅
（或星状眼）
b.如无突变，则 F3中除有卷翅（或星状眼）外，还
有野生型
c.如有隐性非致死突变，则 F3中除卷翅（或星状眼）
外，还有突变类型。
检出特点,只能检出常染色体，且与平衡致死系同号
染色体上的基因突变。
四 植物突变的检出
玉米胚乳颜色的检出
♂ 精子 (C)× ♀ 极核 (cc)→胚乳 (Ccc)[有色 ]
♂ 亲本
♂ 精子 (c) × ♀ 极核 (cc)→胚乳 (ccc) [白色 ]
(突变 )
↗
↘
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
Step Ⅰ Step Ⅱ
♀ ♂ ♀ ♂
类似 L纯合B
返回
返回
返回
? 学习要点：
1.基因突变的相关概念
2.基因突变的分子基础
3.突变的修复机制
4.突变的检测
5.突变的遗传学效应
第一节 基因突变的相关概念
一、突变的概念
突变 (mutation),基因结构的改变，导致表型的改变的变
化
突变体 (mutant),具有突变表型的细胞或个体
正向突变 (forward mutation),偏离野生型性状的突变
反向突变 (back mutation),由偏离的性状回复为野生型
性状的突变
自发突变 (spontaneous mutation),在自然条件下产生的
突变
诱发突变 (induced mutation）,机体在诱发环境下产生
的突变
生化突变 (biochemical mutation）,使机体的代谢过程发
生改变或丧失的突变
无效突变 (null mutaion),完全丧失原有基因功能的突变
渗漏突变 (leaky mutation),部分丧失原有基因功能的突
变
致死突变 (lethal mutation), 影响生物体的生活力，导致
个体死亡的突变
条件致死突变 (conditional lethal mutation),在给定的某
种条件下可以存活，如果缺少这种条件就会致死的突变
二、突变类型
1.突变发生的 细胞类型
体细胞突变 (somatic mutation)
Clone,无性繁殖。
生殖细胞突变 (germinal mutation)
2.突变 的表型,
(1)形态突变 morphological mutaion
(2)生化突变 biochemical mutaion
(3)失去功能突变 loss-of-function mutation
(4)获得功能突变 gain-of-function mutation
(5)致死突变 lethal mutaion
(6)条件致死突变 conditional lethal mutaion
三、突变的性质
1.稀有性,突变发生的频率很低
突变率 (mutation rate):在特定的条件下,单
位时间间内 (通常为一个世代 ),一个细胞发生某一
事件的概率, 高等真核生物自发突变概率为 1/10-
5— 10-10。
2.可逆性：突变型可以恢复为野生型，通常由
发生在第二个位点的突变所回复，如抑制基因 →
敏感因子。回复突变率一般小于正向突变率。可
逆性区别于染色体的缺失。
3.多向性（随机性）：多方向，形成复等位基
因。
第二节 基因突变的分子基础
一、自发突变 (spontaneous mutation)
自发突变可能由复制错误,DNA损伤和转座作用等引起。
1.DNA复制错误 (errors of DNA replication)
DNA碱基有 互变异构体,造成 DNA复制过程中的 DNA错配。
ⅰ 转换,Purine→ Pu;或者 Pyrimidine→ Py
ⅱ 颠换,Pu →Py; 或者 Py→Pu
ⅲ 移码突变：增加或减少几个碱基,导致蛋白质翻译
错位。
ⅳ 缺失和重复：大片段碱基的缺失或重复，如 E.coli
乳糖发酵调节基因 lacⅠ 中四碱基重复序列。
野生型, 5‘ -GTCTGGCTGGCTGGC-3’
突变型 FS5,5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’
突变型 FS2,5‘ -GTCTGGCTGGC-3’
返回
2.DNA损伤（ lesions）
ⅰ 脱嘌呤 由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受
到破坏,从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从 DNA分
子上脱落下来,
ⅱ 脱氨基 C脱氨基变成 U;A脱氨基变成 H,：
A A-T →→ → H-T→→→ H-C→→→ H-C
↘ →A-T ↘ →G-C
B G C →→ → G-U→→→ A-U→→→A-U
↘ →G-C ↘ →A-T
造成转换
ⅲ 氧化损伤 （ oxidative lesions）, O2- OH- H2O2
可对 DNA造成损伤
二、诱发突变（ induced mutaion）
多种理化因素都可以诱导 DNA的突变
1.诱变机制
ⅰ 碱基类似物 eg,5-BU 和 5-BrdU是胸腺嘧啶 (T)
的结构类似物，酮式结构易与 A配对；烯醇式结构易与
G配对。另有 2-氨基嘌呤 (2-AP,A类似物 ),5- 氟尿嘧啶、
5-氯尿嘧啶等。
ⅱ 特异性错配 eg.烷化剂, 甲磺酸乙酯 (EMS),亚硝
基胍 ( NG),芥子气等。通过改变碱基结构使碱基错配。
如,G-C; 当 G烷基化后可与 T配对，导致碱基转换。
或者烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换、断裂或其
他突变
ⅲ 嵌合剂的致突作用
eg.,吖啶类染料, 吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基
对的类似物，易造成移码突变。
ⅳ 辐射诱导效应
(1)紫外线 UV:形成嘧啶二聚体，如 T二聚体，①同一条
单链内，影响复制时与 A的配对，使复制中止；②双链
之间，影响双链变性，并影响复制。
重复、缺失、移码突变
(2)电离辐射：如 X-ray,可引起碱基的降解或脱落,A
变成 H;C变成 T,出现转换。
物理 —— 物理化学 —— 生物化学 —— 大分子损伤
ⅴ 黄曲霉的作用
使鸟嘌呤 G脱落,SOS修复引入 A,造成突变。
2.碱基替换的遗传效应
(ⅰ ) 同义突变（ samesense mutation） 不改变氨基酸
的密码子变化，与密码子的兼并性有关, 如
GAU/GAC— Asp.
(ⅱ ) 错义突变（ missense mutation） 碱基替换的结果
引起氨基酸序列的改变,
(ⅲ ) 无义突变（ nonsense mutation） 编码区的单碱基
突变导致终止密码子 (UAG/UGA/UAA)的形成,使
mRNA的翻译提前终止,形成不完全的肽链,
如镰刀型贫血症：血红蛋白 B链 (146Aa),6号氨基酸
的替换,导致明显的表型症状。 Glu→Val,若 Glu →Asp
则影响较小。
3.移码突变及其产生
在基因的外显子中插入或缺失 1,2或 4个核苷酸,使阅读
信息发生错位,从而使翻译的蛋白质序列与原来完全不
同, eg,E.coli中乳糖发酵的调节基因 (lacⅠ ):
野生型, 5‘ -GTCTGGCTGGCTGGC-3’
移码突变 Ⅰ, 5‘ -GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’
移码突变 Ⅱ, 5‘ -GTCTGGCTGGC-3’
4.突变热点和增变基因
基因中 某些位点比其它位点突变率高，称突变热点。
Eg,分析 T4-Phage r Ⅱ 基因 1500个突变体, r Ⅱ A
(1800bp)有 200个位点； r Ⅱ B (850bp)有 108个位点 。
形成原因：
1,5-MeC的存在,5-甲基胞嘧啶 (MeC)脱氨基后变
成 T,使 G-C部位转变成 A-T部位；
2,短的重复序列 的存在，容易配对错位，造成重
复或缺失
3,与 诱变剂类型 有关，不同诱变剂出现不同的热
点。
4,增变基因 (mutator gene),该基因的突变会使整
个基因组的突变频率增高,eg,
A,DNA多聚酶基因，突变后使多聚酶的 3’ →
5’校正功能降低或丧失，使基因组突变频率增
高；
B,dam基因，突变后使碱基的错配修复功能降
低或丧失，使基因组突变频率增高。
三、诱变与肿瘤
肿瘤的形成与否取决于机体中癌基因和抑癌基因的
平衡，抑癌基因突变会致癌 。 一些诱变剂可以特异性的
诱导抑癌基因突变，导致肿瘤发生。 eg,黄曲霉素,
UV(ultraviolet)等,
黄曲霉素可诱导 P53基因 G → T颠换，导致肝癌的
发生；
UV可诱导 P53基因 5’-TC-3’发生 C → T颠换，形成
,T二聚体”，导致人类鳞状细胞皮肤癌的发生。
四、定点诱变
定义,利用人工合成的寡核苷酸，在离体的条件下，
制造基因中任何部位的位点特异性突变的技术 。
反义遗传学（ reverse genetics）,
合成 — 连接 (单链 M13)— 复制 — 转化 — 检测
第三节生物体对突变的修复机制
一 光复活 (photoreactivation)
1,概念：在可见光存在的条件下，在光复活酶作用下将
UV引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。
2,条件：可见光 (300~600nm),PR酶、嘧啶二聚体
3,作用过程,P451
① 光复活酶与 T=T结合形成复合物 ;
② 复合物吸收可见光切断 T=T之间的 C-C共价键,使二聚
体变成单体 ;
③ 光复酶从 DNA链解离,
*光复活是原核生物中的一种主要修复形式。
二 切除修复
1.概念,（核苷酸外切修复、暗修复）先在损伤的任何一端
打开磷酸二酯键，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺
口由修复性合成来填补，再由连接酶将其连接起来。酶
作用不需要光的激活，但黑暗不是必要条件。
2.特点：消除由 UV引起的损伤，也能消除由电离辐射和
化学诱变剂引起的其他损伤。切除的片段可由几十到上
万 bp,分别称短补丁修复、长补丁修复。
3.过程：
① 内切酶的作用在 DNA损伤的一端,切开形成一个切口 ;
② 外切酶的作用将损伤部位切除 ;
③ 聚合酶的作用将切口补齐,留下一个切口 ;
④ 连接酶的作用将 DNA连接形成完整的 DNA链。
4.特异性切除修复
E.coli 中明显的损伤，可在 UvrA,UvrB,UvrC的
作用下得以修复，但不明显的损伤需要特异性修复。
(1)糖基化酶修复：如果碱基被共价修饰，糖基化酶可
作用于 C-N糖苷键，使碱基释放，产生无碱基 (AP)位点,
再由 AP内切酶修复系统修复。
(2)AP内切酶修复系统修复：也由 内切, 外切, 聚合 和
连接 四种酶活性来完成，以修复 AP位点。
**以上两种修复过程都没有涉及到 DNA的重组,属于无
误差的修复 。
三 重组修复
1.概念, 通过对 DNA的复制和同源链的重组，来完成对损
伤部位的修复，又称复制后修复。
2.特点,
① 修复过程伴随 DNA的复制和重组；
② 仅修复新合成的不完整的单链，原先的损伤单链仍
然保留；
③部分重组蛋白的精确性差，修复的出错率较高。
3.重组修复过程,
(1)复制：以损伤单链为模板复制时，越过损伤部位，对
应位点留下缺口；未损伤单链复制成完整双链。
(2)重组：缺口单链与完整同源单链重组，缺口转移到完
整链，使损伤单链的互补链完整，损伤单链仍然保留。
(3)再合成：转移后的缺口以新的互补链为模板聚合补齐。
四 SOS修复
1,概念：是在 DNA分子受损伤的范围较大而且复制受到
抑制时出现的一种应急修复作用。
2.可能的机理,过程
①当 DNA损伤较大时 (如产生很多的 T=T),正常的
DNA多聚酶复制到损伤位点时，其活性受到抑制；
②短暂抑制后产生一种新的 DNA多聚酶，催化损伤部
位 DNA的复制，由于新的 DNA多聚酶的修复校正功能
较低，新合成的碱基错配频率较高，易引起突变。
3.特点：
①修复系统需要在 DNA分子受损伤的范围较大而且复
制受到抑制时才能够启动。
②修复系统对错配碱基的修复校正功能低下，从而增
加突变的频率。
③在紧急情况下，细胞通过一定水平的变异来换取细胞的
幸存，有利于细胞逃生。
4.SOS系统的启动：
通过操纵子 (结构基因、启动子、操纵基因、调节基因 )
来实现：
A,SOS基因,recA基因,UvrA,UvrB,UmuC等，
也称 din基因 (damage inducible gene),为操纵子的结构
基因；
B,lex基因：阻遏蛋白基因，正常情况下结合在操纵
基因上；
C,recA基因：重组蛋白基因，应急状态下启动蛋白
质水解酶活性，水解阻遏蛋白，使 din基因高效表达，
从而启动 SOS修复系统。
五 电离辐射损伤的修复
①氢键断裂,DNA分子双链之间
1.电离辐射效应 * ②共价键断裂,DNA单链断
裂、双链断裂、碱基和糖基损伤
③交联作用,DNA与 DNA,DNA
与蛋白质之间发生
2.电离辐射的修复,1、超快修复 (0℃,2min)
(E,coli) 无 O2,单链 (DNA连接酶 )
2、快修复 (几分钟 )
其余 90％ 断裂单链 (聚合酶 Ⅰ )
3、慢修复 (37 ℃,40-60min)
剩余单链 (重组修复酶系统 )
六 修复缺陷与人类疾病
1,着色性干皮病 (XP,xeroderma pigmentosum)
位于 1p的隐性基因控制，干性皮肤伴随神经系统疾
病，由切除二聚体能力缺损造成。
2,Cockayne Syndrome (CS)
侏儒、视网膜萎缩。由缺损紫外线引起的 DNA损伤
修复系统引起。
3,共济失调毛细血管扩张症
4,早老症
第四节、基因突变的检测
一、大肠杆菌 突变体的检测
1.影印法 —— StrR突变体
单菌落 →基本培养 →所有菌落生长 →挑选抗性菌落 →抗性培养
↘ StrR培养 →抗性菌落生长 ↗ ↓
(影印 ) StrR菌落
2.青霉素法 —— 营养缺陷突变体
野生型细菌 →诱变处理 →Pc培养 →少数菌落生长 →
↘ 多数野生型细菌死亡 !!!
基本培养
突变型和少数野生型细菌 → →营养缺陷菌落
营养补充培养
↗
↘
↘
↗
（验证）
二 真菌营养缺陷型的检出
? 菌丝过滤法 —— 麦孢菌营养缺陷型
萌发菌丝 →去除 ！
分生孢子 →诱变处理 →液体通气培养 →
(24h) 未萌发孢子 →培养 →
萌发菌丝 →去除 ！
→ 萌发菌丝 →去除 ！
未萌发孢子 →
未萌发孢子 →补充营养培养 →营养缺陷型
说明,未萌发孢子 —— 死亡、营养缺陷和少数野生型
↗
↘
↗
↘ ↗
↘
三 果蝇突变的检出
1.性连锁基因隐性突变的检出 (ClB法, Muller- 5)
(1) ClB品系,C— 交换抑制因子； l— 隐性致死突变；
B— 棒眼
检出步骤, A,将待测的♂果蝇与杂合（ ClB/+++）
♀ 果蝇杂交；
B,将 F1 ClB ♀ 与 F1♂ （ 野生型） 单对
杂交,目的是检查某一特定 X染色体上的突变；
C,观察分析：
①有 X隐性致死突变,F2无雄蝇 (♂,ClB和 l’死亡 );
②隐性非致死突变,F2预期♀,♂ =2:1,突变性状只
在 F2雄蝇表现,F1ClB中不表现；
③无 X隐性突变，在 F2 ♂仅表现简单的♀,♂ =2:1。
(2) Muller-5法：
A,Muller-5品系,B(棒眼 )-Wa(杏眼 )-sc(小盾片少刚
毛 )—— 并具重复倒位。
B,检出步骤,
Ⅰ, 将待测的♂果蝇与纯合 Muller♀ 果蝇杂交,
Ⅱ, 将 F1 ♀ ♂ 自交,目的是检查某一特定 X染色体
上的突变,
Ⅲ, 观察分析 F2：
① 如果无 X隐性致死突变预期 F2 ♂, ♀ =1:1 表型比为简
单的 1:1:1:1;
② 如果有 X隐性致死突变预期 F2 ♂, ♀ =2:1 表型比 1:1:1;
③ 如果有隐性非致死突变 在 F2 ♂ 中可见突变。
2,常染色体突变 —— 平衡致死 系 (Cy和 S)
①将待测的♂果蝇与♀平衡致死系 (Cy,S)果蝇杂交，
F1二种表型；
② F1中的一种类型与平衡致死系做单对杂交,F2出现
三种表型 (任一性状隐性致死 )；
③将 F2中除平衡致死系以外的一种类型自交得 F3
④ 观察分析 F3：
a.如果有隐性致死突变，则 F3只有一种类型，卷翅
（或星状眼）
b.如无突变，则 F3中除有卷翅（或星状眼）外，还
有野生型
c.如有隐性非致死突变，则 F3中除卷翅（或星状眼）
外，还有突变类型。
检出特点,只能检出常染色体，且与平衡致死系同号
染色体上的基因突变。
四 植物突变的检出
玉米胚乳颜色的检出
♂ 精子 (C)× ♀ 极核 (cc)→胚乳 (Ccc)[有色 ]
♂ 亲本
♂ 精子 (c) × ♀ 极核 (cc)→胚乳 (ccc) [白色 ]
(突变 )
↗
↘
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
Step Ⅰ Step Ⅱ
♀ ♂ ♀ ♂
类似 L纯合B
返回
返回
返回
