G-C to A-T and A-T to G-C transitions, deletions produced at a lower frequency
第三节 突变体的形成
一、诱变剂与DNA接触之前：与细胞通透性、 细胞壁成分是否反应等有关。 • 二、突变发生过程： ① 与DNA是否处于复制状态有密切关系。如营 养缺陷性菌株在诱变时加入菌株缺乏的氨基酸， 诱变效果增强。 ② 会受到多种酶的影响。 三、突变体的形成 形成的突变需经过突变后的修复，保留下来 的才行。 •
Base analog Base analog Alkylating agent, generates N4hudroxycytosine Alkylating agent, generates O6methylguanine Alkylating agent, generates O6methylguanine Alkylating agent, induces SOS response Oxidative deamination Intercalating agent, alkylacridine
A:T→G:C
Hydroxylamine (NH2OH)
is specific for cytosine, but only works in vitro (cannot enter cells).
G.C G.C HA G.C* C.A* T.A C.A*
Alkylation:
the addition of alkyl groups to the bases of DNA Alkylating agents are excellent donors of alkyl groups.
●突变株的捡出及突变率的计算
捡出方法：
1）选择性突变株 ----营养缺陷型 ----抗药性突变
回复突变:
突变的特点
• 突变不完全是个随机的过程 • 突变热点 (hotspots of mutation） 从理论上讲， DNA分子上每一个碱基都可能发生突变，但实际 上突变部位并非完全随机分布。DNA分子上的各 个部分有着不同的突变频率，即DNA分子某些部 位的突变频率大大高于平均数，这些部位就称为 突变热点无论是自发还是诱发突变中都有热点存 在。
A.T A.T G.C G.BU A.BU
复制错误
Deamination of bases
Nitrous acid (HONO)
G：C→A：T cytosine uracil,
Nitrous acid
guanine
G
xanthine
X（ห้องสมุดไป่ตู้嘌呤）
adenine
A
hypoxanthine
H（次黄嘌呤） H与C 配 对
A-T to G-C and G-C to A-T transitions G-C to A-T and A-T to G-C transitions G-C to A-T transitions when used in vitro G-C to A-T transitions, multiple, closely spaced mutations common G-C to A-T transitions G-C to T-A transversions, other base substitution mutations
such as superoxide radicals(· O2-), hydrogen peroxide (H2O2), and hydroxyl radicals (· OH)
电离辐射可导致： a.碱基变化 主要是由OH－自由基引起，包括DNA链 上的碱基氧化修饰、过氧化物的形成、碱基环的破坏和脱落 等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。 b.脱氧核糖变化 脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的 氢都能与OH－反应，导致脱氧核糖分解，最后会引起DNA 链断裂。 c.DNA链断裂 这是电离辐射引起的严重损伤事件，断 链数随照射剂量而增加 d.交联 包括DNA链交联和DNA-蛋白质交联。
融合 如Φ（ara-lac）表示ara和 lac融合成新基因
（二）突变率及其捡出
●突变率：
某一细胞在每一世代中发生突变的几率。常用单位群 体中每一世代产生的突变株的数目来表示。
• 一个细菌分裂一次产生两个细菌，两个细 菌再经一次分裂产生四个细菌，这时一个 细菌开始总共经历了三个世代。细菌繁殖 过程中的世代总数为细菌数减1.如果细菌总 数和开始时的细菌总数相差很大，可以认 为细菌总数就是世代数。 • 突变率＝（M2-M1）/(N2-N1)，其中M为抗 性菌落数；N为不同时间的细菌数。
c.断链：DNA链的磷酸二酯键上的氧也容易被烷化，结果形成不稳 定的磷酸三酯键，易在糖与磷酸间发生水解，使DNA链断裂。
• d.交联：烷化剂有两类，一类是单功能基烷化剂， 如甲基甲烷碘酸，只能使一个位点烷基化；另一 类是以双功能基烷化剂，化学武器如氮芥、硫芥 等，一些抗癌药物如环磷酰胺、苯丁酸氮芥、丝 裂霉素等，某些致癌物如二乙基亚硝胺等均属此 类，其两个功能基可同时使两处烷基化，结果就 能造成DNA链内、DNA链间，以及DNA与蛋白质 间的交联。
can in addition methylatethe O6 of guanine and the O4 of thymine
•是一种诱变作用特别强的诱变剂。可以使一个群体的任何 一个基因的突变率高达1%。此外可以诱发邻近的位置的基 因同时发生突变，即引起多位点的突变。
烷化剂对DNA的损伤
一类亲电子的化合物，易与生物体中大分子的亲核位点起反应。烷 化剂的作用可使DNA发生各种类型的损伤： a.碱基烷基化 ：烷化剂很容易将烷基加到DNA链中嘌呤或嘧啶的N或O 上，其中鸟嘌呤的N7和腺嘌呤的N3最容易受攻击，烷基化的嘌呤碱基 配对会发生变化，例如鸟嘌呤N7被烷化后就不再与胞嘧啶配对，而改 与胸腺嘧啶配对，结果会使G－C转变成A－T。 b.碱基脱落：烷化鸟嘌呤的糖苷键不稳定，容易脱落形成DNA上无 碱基的位点，复制时可以插入任何核苷酸，造成序列的改变。
随机性
基 因 突 变 的 规 律
独立性 稳定性 可逆性 稀有性
二、基因突变
●野生型菌株：从自然界分离获得的菌株， 称之为~。
●基本培养基(MM)：满足野生型菌株生长最
低营养要求的合成培养基。
（一）突变类型
●营养缺陷型：野生型菌株由于突变而丧失
了 某种营养合成能力，而无法在基本培
养基上生长的变异类型。
第三章 工业微生物诱变育种
第一节 基因突变的类型及规律
一、基因突变的分类
按照遗传物质结构的改变：碱基的置换、移码、缺失、插入突变 从突变的效应与野生型的关系：正向、回复突变
分 类 标 准
突变产生的过程：自发、诱发突变 从突变所引起的遗传信息的意义改变：同义、错义、无义突变 从突变所带来的表型改变分为：形态、致死或条件致死、生化突变型 如果发生在调控区的突变有：组成型突变、启动子上升/下降突变、 抗阻遏、抗反馈突变
表示：
基 因：his+，his - ； 表 型：His + ，His -
●抗性突变型：
野生型菌株由于突变而产了对某些化学药物 或致死物理因子抗性变异类型。 表示：
基 因： strr、strs； tetr、tets；
表 型：Str r ， Str s
●条件致死突变型：
某些菌株或病毒经基因突变后，在某种条件 可生长并实现表型，而在另一条件却无法生 长繁殖的突变类型。
突变热点产生的原因
• 5－甲基胞嘧啶（MeC）的存在，MeC脱氨氧化 后生成T，引起G－MeC→A-T转换；短的连续重 复顺序处容易发生插入或缺失突变；有的与突变 剂种类有关，如DNA顺序中某个碱基对突变剂更 敏感，有的则相反。 • 相邻碱基对的影响： CAA CAG 谷氨酰胺 ↑ ↑ 3倍 赭石 UAA → UAG 琥珀 ↓ ↓ 33倍 乳石UGA UGG
(EMS)
(MMS)
(NNG)
•EMS and MMS tend to ethylate (or methylate) N7 of guanine or N3 of adenine,which severely disrupts base pairing:
亚硝基胍（N-methyl-N‘-nitro-N-nitrosoguanidine, NNG)：
2-aminopurine (2AP) Bromouracil Hydroxylamine (NH2OH) N-methyl-N'-nitro-Nnitrosoguanidine (MNNG) Ethylmethane sulfonate (EMS) (EMS) Ethylethane sulfonate (DES) Nitrous acid
激光诱变
激光：电磁波 机制：辐射活化效应， 使机体形态结构和代谢生理方面发生改变
离子束诱变
• 离子束的产生装置：离子注入机 • 机制： 能量传递、动量交换、离子沉积和电荷积 累。
Mutagen
Spontaneous
Mechanism
DNA replication and repair errors, spontaneous modification of nucleotides
紫外线引起的DNA损伤
UV：非电离辐射型波长范围：136～390nm
有效诱变范围：200～300nm
•诱变机制：DNA链的断裂
DNA分子的交联
C、U的水合作用
嘧啶二聚体的形成
UV照射形成嘧啶二聚体
电离辐射引起的DNA损伤
直接效应是DNA直接吸收射线能量而遭损伤
间接效应是指DNA周围其他分子(主要是水分子)吸收射线能 量产生具有很高反应活性的自由基进而损伤DNA。
• 2.不同的基因座，其中任何一个突变所产生的表 型变化可能相同，其表示方法是在3 个小写斜体 字母后加上一个斜体大写字母来表示区别。如 Recombination→recA、recB、recC