专利族选择

突变是指遗传物质的变异。从广义上讲，突变可以分为两类:染色体畸变和基因突变。狭义突变通常是指基因突变，是指DNA分子中碱基对的取代、添加和缺失引起的基因结构的改变，包括单个碱基改变引起的点突变，或多个碱基的缺失、重复和插入。突变可分为四种:碱基置换突变、移码突变、全码突变、染色体错配和不对等交换。

(1)碱基替换突变:一个碱基被另一个碱基替换引起的突变称为碱基替换突变。比如DNA分子中的GC碱基对被CG或AT或TA取代，AT碱基对被TA或GC或CG取代。碱基替换的过程只是改变被替换碱基的密码子，也就是说，每次碱基替换只改变一个密码子，不涉及其他密码子。根据多肽链中碱基置换对氨基酸序列的影响，突变可分为四种类型:同义突变、错义突变、无义突变和终止码突变。

①同义突变:由于密码子的简并性，单个碱基替换可能只改变mRNA上的某个特定密码子，但不影响其编码的氨基酸。例如，如果DNA分子模板链中GCG的第三个G被A取代成为GCA，mRNA中相应的密码子CGC就会被转录成CGU。由于CGC和CGU都是精氨酸的密码子，新形成的多肽链在氨基酸顺序和数量上没有变化。这种突变叫做同义突变。

(2)错义突变:是指DNA分子中的碱基置换不仅改变了mRNA上特定的遗传密码，而且导致新合成的多肽链中的一个氨基酸被另一个取代。这种情况叫做错义突变。错义突变往往导致蛋白质异常。

③无义突变:当单个碱基替换导致终止码出现时(UAG、UAA、UGA)，多肽链会提前终止其合成，产生的大部分蛋白质失去活性或正常功能。这种突变叫做无义突变。例如，当DNA分子模板链中ATG的G被T取代时，相应mRNA上的密码子由UAC变为UAA，于是翻译在此停止，肽链变短。

④终止密码子突变:当DNA分子中的一个终止密码子突变为编码一个氨基酸的密码子时，多肽链的合成不会正常终止，肽链会继续延伸，直到遇到下一个终止密码子，从而形成延伸的异常肽链。这种突变称为终止密码子突变，属于一种延伸突变。

此外，它还抑制基因突变。如果一个基因中不同位置的不同碱基分别发生突变，使得一个突变抑制了另一个突变的遗传效应，这种突变称为抑制性基因突变。

(2)移码突变

移码突变是指在DNA链上插入或缺失1、2个甚至更多碱基(但不是3个碱基可以是3的整数倍)，导致碱基位点插入或缺失后密码子顺序和组成发生相应变化。由于原有密码子的移位，终止密码子往往出现的更晚或更早，导致新合成的肽链延长或缩短。

(3)全码突变:如果在DNA链的密码子之间插入或缺失一个或几个密码子，合成的肽链会增加或减少一个或几个氨基酸，但“零”或缺失位点前后的氨基酸序列保持不变。这种突变是一种完整编码突变，也称为密码子插入或缺失。

2.诱发基因突变的因素及其机制

(1)物理诱变因素:各种射线，如X射线、γ射线、α射线、β射线、中子等均可诱发基因突变。当这种射线辐射作用于生物体时，首先从细胞内各种物质的原子或分子外层敲出电子，引起这些物质的原子或分子的电离和激发。当细胞内的染色体或DNA分子受到辐射电离激发后，其结构会发生变化，这就是电离辐射的直接效应。电离辐射具有累积效应，低剂量长期照射的诱变效应与高剂量短期照射相同。

(2)化学诱变因素:某些化学物质可以像辐射一样引起生物体内的基因突变。有三种:一种是能改变DNA化学结构的诱变剂，如亚硝酸盐、烷化剂等；一种是碱基类似物，其分子结构与DNA分子中的碱基非常相似。当DNA分子被复制时，这些碱基类似物可以作为DNA的成分添加到DNA分子中，从而引起基因突变。常见的碱基类似物有5-溴尿嘧啶、2-氨基嘌呤等。还有一种吖啶类化合物，可以插入到DNA分子的结构中，使DNA分子的复制或转录出现错误，导致突变。

(3)病毒诱变因素:某些病毒进入宿主细胞后，可干扰宿主细胞正常的DNA复制，也可引起基因突变。

3.基因突变的特点和意义

(1)普遍性是指生物界普遍存在基因突变。基因的多样性导致自然界生物的种类、结构和性状的多样性，基因在一定条件下可能发生变异。其中，自然条件下的基因突变称为自然突变，人工条件下诱导的基因突变称为诱导突变。

(2)随机性由于基因突变发生在DNA复制的过程中，而大多数生物都有DNA，在个体发育过程中，细胞分裂和DNA复制随时进行，只要条件变化，随时都可能发生突变。基因突变如果发生在体细胞，不能遗传给后代，如果发生在生殖细胞，可以通过受精直接遗传给后代。

(3)同一基因可以发生不同方向的突变，产生一系列不同的等位基因，即多重等位基因。突变的时候，还可以再次突变回原来的基因。

(4)频率低由于生物体内DNA的分子结构相对稳定，且DNA复制一般严格遵循碱基互补配对原则，因此基因突变的概率很低。

(5)弊大于利，因为任何生物都是长期自然选择的产物，它们与环境条件达到了高度的协调；如果发生基因突变，可能会破坏这种关系，往往对生物的生存有害。

意义:基因突变对生物进化意义重大。它是生物变异的根本来源，为生物进化提供了最新的原材料。因为没有基因突变，就不会有等位基因，不会有基因重组，生物进化的内因是遗传和变异。

4.基因重组及其意义

广义来说，任何引起基因型变化的基因交换过程都称为基因重组。狭义的基因重组仅指涉及DNA分子内断裂-重组的基因交流。在减数分裂过程中，真核生物通过非同源染色体的自由组合形成各种配子，雌雄配子结合产生不同基因型的后代。虽然这种重组过程也会导致基因型的改变，但因为不涉及DNA分子内的断裂重组，所以不包括在狭义的基因重组中。

意义:是生物多样性的重要原因之一；它为生物变异提供了极其丰富的来源，对生物进化具有重要意义。

5.基因重组与基因突变的比较

基因突变，基因重组本质

基因的分子结构发生了变化，产生了新的基因，出现了具有新性状的不同基因的重组。不是产生新的基因，而是产生了新的基因型，发生了其性状重组的时间和原因。在细胞分裂间期DNA分子复制过程中，由于外界理化因素或自身生理因素引起的碱基对的替换、添加或缺失，在第一次减数分裂过程中，同源染色体的非姐妹染色单体发生交叉交换。以及外部条件的剧烈变化和内部因素在非同源染色体上基因自由组合条件下的相互作用，不同个体间的杂交，是有性生殖过程中生物变异的根本来源，是生物进化的原料，也是生物变异的重要因素，可以通过杂交育种性状的重组培育出新的优良品种，可能发生突变的频率低，但在有性生殖中很常见。6.染色体结构变异及其类型包括缺失、重复、倒位和易位。缺失是指染色体及其基因的一段缺失，中间缺失，顶端缺失。由缺失引起的遗传效应随着缺失片段的大小和细胞的发育阶段而变化。在个体发展中，缺失发生的越早，影响越大，对个体的影响越大，会导致个体的死亡，影响个体的活力。在人类的遗传中，染色体缺失往往会引起更严重的遗传疾病，比如喵综合征。由于在重复的染色体上添加相同的片段而引起的变异现象称为复制。但如果重复的部分太大，也会影响个体的生命力，甚至造成个体的死亡。比如果蝇从正常卵圆眼到杆状眼的变异，就是X染色体上某个片段重复的结果。倒位染色体在两点断裂后，产生三段，中间一段倒位180，与另外两段重新汇合，引起变异，称为倒位。比如果蝇3号染色体上有三个基因，排列顺序为猩红眼-桃眼-三角脉(ST-P-DL)；这三个基因在另一种果蝇身上的序列是ST-DL-P，单单这个倒位就构成了两个物种的区别。易位是指一条染色体的一个片段转移到另一条非同源染色体上，从而引起变异的现象。如果两个非同源染色体相互交换片段，称为相互易位，比较常见。相互易位的遗传效应主要是产生一些异常配子，这些异常配子会降低配子的生育力或产生有遗传疾病的后代。比如慢性髓系白血病是由人类22号染色体和14号染色体易位引起的。易位在生物进化中起着重要的作用。例如，在17科29属的种子植物中，就有易位引起的变异类型，曼陀罗近100个品种就是不同染色体易位的结果。

①一个基因组不含同源染色体；(2)一个基因组中包含的染色体在形状、大小和功能上是不同的；③一个基因组包含了控制一个生物性状的一整套基因，但不能重复。

(2)单倍体和多倍体的比较

单倍体多倍体的概念:体细胞中具有本物种配子染色体数目的个体是由受精卵发育而来，体细胞中具有三个或三个以上染色体组的个体是由于未受精卵细胞发育而自然形成的。由于自然条件的剧烈变化，有丝分裂过程受阻，核内染色体数量加倍。减数分裂形成染色体数目为两倍的生殖细胞，再通过受精形成合子，发育成多倍体。人工诱导方法花药退役培养。秋水仙素处理的发芽种子或幼苗，其特点是植株较弱，茎秆高度不育，叶片、果实和种子相对较大，糖、蛋白质等营养成分含量均有所增加，但发育延迟，结实率降低。用秋水仙碱处理时，染色体数目增加一倍，可以快速获得纯系植株，缩短育种年限，提高育种效率，选择新的多倍体品种，如三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦等。(3)同源多倍体和异源多倍体。

同源多倍体是指来自同一物种的体细胞中加入的染色体组，即原始染色体加倍(如四倍体水稻、无籽西瓜等。).异源多倍体是指多倍体(如普通六倍体小麦、八倍体小黑麦等。)由不同物种甚至不同属的体细胞中的不同染色体形成。

(4)多倍体育种与单倍体育种的比较。

①多倍体育种:

②单倍体育种:

③比较:

多倍体育种中单倍体育种的原理是染色体加倍，染色体加倍减少，然后得到纯种9指。)常用方法:秋水仙素处理发芽种子和幼苗的退役花药后，人工诱导染色体加倍，具有器官大、产量和营养成分增加、育种年限明显缩短等优点。缺点:适用于植物，但很难在动物身上进行技术。与杂交育种合作是复杂的。8.

秋水仙碱作用于正在分裂的细胞时，可以形成纺锤体，导致染色体无法移动到细胞的两极，从而使细胞中的染色体数目加倍，染色体数目加倍的细胞继续分裂，将来可能发育成多倍体植株。本实验采用低温诱导染色体数目的变化，低温的作用与秋水仙碱基本相似。与秋水仙碱相比，低温条件易于创造和控制，成本低，对人体无害，易于操作。但用显微镜观察，只能观察到染色体数目的增加，具体增加的数目不好确定。

9.遗传病的类型和例子

人类遗传病类型的例子定义为:单基因遗传病、显性遗传病、隐性遗传病如显性致病基因引起的多指和并指、多基因遗传病如由两对以上等位基因控制的白化病和酮尿症、染色体异常如原发性高血压、遗传病如染色体异常、染色体异常引起的21三体综合征。

10.先天性疾病、家族性疾病和遗传性疾病的比较

先天性疾病不一定是遗传病，获得性疾病不一定是遗传病。所谓先天性疾病，是指人在死前已经形成的畸形或疾病。当一种畸形或疾病是由遗传决定的内因引起的，而染色体异常或致病基因在胎儿出生前已经表达或形成，这种先天性疾病当然是遗传病，如并指、先天性耳聋、白化病、先天性愚笨等。但在胎儿发育过程中，由于环境因素的偶然影响，胎儿器官发育异常，导致形态和功能发生变化，也会导致先天畸形或出生缺陷。比如母亲在怀孕前三个月感染了风疹病毒，胎儿就会有先天性心脏病，这不是遗传物质的改变造成的，而是胚胎发育过程中环境因素的干扰。虽然是先天性的，但不是遗传病。

家族性疾病是指一个家庭有多个成员患有同一种疾病，即某种疾病有家族史。在遗传病中，显性遗传病往往表现出明显的家族化倾向，如多趾症、多发性结肠息肉、维生素D抵抗型佝偻病等。但是，遗传病不一定有家族史。比如隐性遗传病，由于患者的父母是杂合子，所以表型正常，在患有这类遗传病的家族中，发病的几率较小，所以家族中的病例往往是散发性的，很难表现出家族化倾向。如果亲戚没有结婚，后代往往只有几个病人。

家族性疾病不全是遗传病。这是因为同一个家庭的许多成员可能因为相同的环境因素而患相同的疾病。例如，一个家庭的许多成员可能会因为饮食中缺乏维生素A而患上夜盲症。

11.人类基因组计划与人类健康

(1)人类基因组

指人类DNA分子携带的所有遗传信息。人类单倍体基因组由23个双链DNA分子组成，具有3×109个碱基对，估计有35，000个基因。

(2)人类基因组计划(HGP)

研究人类基因组，分析人类基因组的脱氧核苷酸序列，从而解读所有的遗传密码，揭示生命的所有奥秘。

(3)人类基因组计划的主要目标

完成人类基因组3×109碱基对测序，明确人体内所有基因的位置、功能、结构、表达调控方式以及致病突变的全部信息。

其主要内容包括绘制人类基因组的四张图谱，即遗传图谱、物理图谱、序列图谱和转录图谱(参与此项目的国家有美国、英国、日本、法国、德国和中国)。

(4)人类基因组计划的研究工作。

①人类基因组的分组。比如可以根据染色体的不同分为24组，每条染色体又可以分为长臂区、短臂区、带和子带。

②标记人类基因组是指为每条染色体或更小的区域找到一些特定的DNA序列。

③利用已知标记序列对克隆的基因组DNA进行测序。

④克隆和测定人类基因组全序列。

⑤研究各基因的结构、功能、表达调控等性质。

(5)中国加入了人类基因组计划。

1999年9月，中国科学院遗传研究所人类基因组中心和国家人类基因组南北中心承担了1%的国际人类基因组大规模测序任务。即3号染色体短臂上从D333610到端粒30Mb区域的3000万个碱基对的测序任务。

在众多人类基因中，人们最关心的是与各种疾病相关的基因。据估计，与人类疾病相关的基因约有5000个，迄今为止已分离并确认了1500个与人类疾病相关的基因。破译这些基因的突破口是从有遗传病的家庭获取血液样本，然后分析确定DNA。拥有世界22%人口和56个民族、206个民族关系的中国，是一个少有的基因多样的国家。由于经济文化落后，长期地理隔离，通婚狭窄，中国有很多遗传病家族。谁先拿到遗传病家族的血样，谁就能先拿到专利，从而垄断这一生物工程产品的未来市场。中国是人类基因组计划的成员，享有资源优势，这将为未来中国的生物工程产业，尤其是医药产业带来无限的经济效益。

(6)完成人类基因组计划的意义

(1)能使人们进一步加深对自身的认识，给整个生命科学乃至整个人类社会带来巨大影响。

②对人类基因组的准确了解有助于更深入地研究人类基因表达的调控。

(3)获得人类全部基因序列将有助于人们了解许多遗传性疾病和癌症的发病机理，为分子诊断和基因治疗提供理论依据，有助于人们了解人体的发育过程，增强人类健康。

④对进一步了解人体细胞的生长、分化和个体发育的机制以及生物的进化具有重要意义。

⑤人类基因组计划的实施将促进高科技生物的发展，产生巨大的经济效益。