一个基因内部遗传结构或DNA序列任何改变.ppt

基因突变的自发性和不对应性的证明 在各种基因突变中,抗性突变最为常见。但在过去相当长时间内对这种抗性产生的原因争论十分激烈。 一种观点认为,突变是通过适应而发生的,即各种抗性是由其环境(指其中所含的抵抗对象)诱发出来的,突变的原因和突变的性状间是相对应的,并认为这就是“定向变异”,也有人称它为“驯化”或“驯养”。 另一种看法则认为,基因突变是自发的,且与环境是不相对的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等多种因素错综在一起,所以难以探究问题的实质。 从1943年起,经过几个严密而巧妙的实验设计,主要攻克了检出在接触抗性因子前已产生的自发突变株的难题,终于解决了这场纷争。 * 一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变 基因突变: 基因突变是重要的生物学现象,它是一切生物变化的根源,连同 基因转移、重组一起提供了推动生物进化的遗传多变性。 基因突变 DNA损伤修复机制 突变 自发突变 诱变 环境因素的影响,DNA复制过程的偶然错误等 而导致,一般频率较低,通常为10-6-10-9 。 某些物理、化学因素对生物体的DNA进行直接 作用,突变以较高的频率产生。 前突可以通过DNA复制而成为真正的突变,也可以重新变为原来的结构,这取决于修复作用和其它多种因素。 2、基因突变 一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变方式 适用于整个生物界,以细菌的抗药性为例。 不对应性:突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。 自发性:突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。 稀有性:突变率低且稳定。 独立性:各种突变独立发生,不会互相影响。 可诱发性:诱变剂可提高突变率,一般可以将突变率提高10?105倍。 稳定性:变异性状稳定可遗传。 可逆性:从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突 变(forward mutation),从突变株回到野生型的 过程则称为回复突变或回变(back mutation或 reverse mutation)。 2.1基因突变的特点 证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系! 如何证明基因突变的非对应性? 三个经典实验 变量实验、涂布实验、影印实验 基因突变的性状与引起突变的因素之间无直接的对应关系。任何诱变因素或通过自发突变过程都能获得任何性状的变异。 如:在紫外线诱变下可以出现抗紫外线菌株,通过自发或其它诱发因素也可以获得同样的抗紫外线菌株,紫外线诱发的突变菌株也有不抗紫外线的,也可以是抗青霉素的,或是出现其它任何变异性状的突变。 变量实验(fluctuation analysis)Salvador Luria and Max Delbruck(1943) Salvador Luria Max Delbruck The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969 结果 : 来自甲管的50皿中,各皿间抗性菌落数相差悬殊,而来自乙管的则各皿数目基本相等。 这说明大肠杆菌抗噬菌体性状突变,不是由于环境因素──噬菌体诱导出来的,而是在它们接触噬菌体前,在某一次细胞分裂过程中随机地自发产生的。 解释: 噬菌体在这里仅起到淘汰原始的未突变的敏感菌和甄别抗噬菌体突变型的作用。 Newcombe的涂布实验(1949)固体平板培养法 结果: 在涂布过的一组中,共有抗性菌落353个,要比未经涂布过的(仅28个菌落)高得多。 这也意味着该抗性突变株发生在未接触噬菌体前。噬菌体的加入只起到甄别这类突变是否发生的作用,而不是诱导突变的因素。 解释: 影印实验(replica plating )Joshua Lederberg and Esther Lederberg(1952) Joshua Lederberg J. Lederberg is awarded the Noble Prize in Medicine and Physiology in 1958 1952年,莱德伯格(Lederberg)夫妇设计了一种更巧妙的影印培养试验,直接证明了微生物抗药性是自发产生的,并与相应的环境因素毫不相干。 以上三个实验充分说明了抗性突变是菌体接触所抗物质以前就已经自发产生了,药物并不是诱变因素,含药物的环境只起筛选和鉴别抗性菌株的作用。即使不存在链霉素,抗链霉素的突变株仍然存在。 结论 2.2 突变机制 2.2.1、突变现象 指突变的菌体发生形态可见的变化。 如细胞大小、形状、鞭毛、纤毛、孢子、芽孢、荚膜,以及群体形态结构(菌落和噬菌斑等)的改变。 形态突变型 生化突变型 菌体原有特定的生化功能发生改变或丧失 但在形态上不一定有可见的变化,生化方法可以检测到 生化突变对于发酵工业生产具有重大意义。营养缺陷型的突变菌株、结构类似物的抗性菌株等。