基因突变

基因内部分子结构的改变,又称点突变。基因突变产生新的基因,为动植物和微生物育种提供重要资源。

方式

基因突变可以是整个功能基因(作用子)发生改变,也可以是1个基因范围内几个核苷酸对,甚至1个核苷酸对的改变。所以基因突变的最小单位(突变子)可以小到1个核苷酸对。 基因突变的方式有碱基的置换、缺失、插入、倒位、转位等(见图)。基因发生缺失或插入以后,不仅会影响原来的密码子本身,而且可能引起其后的一系列密码编组的变动。这种现象称为移码突变。

图 发生

基因突变的发生是随机的,可在生物体生长发育的任何时期发生,也可在体细胞和性细胞中发生,而以在性细胞中发生者较多。性细胞中发生的突变,可通过受精过程传递给子代。体细胞中发生的突变可通过扦插、压条、分株、组织培养等无性繁殖方式,保存或通过无性繁殖系的有性过程传递。

突变率指某个细胞(个体)在每一世代发生某一突变的平均概率。自然界高等生物的自发突变率很低,约为1×10-5~1×10-8;而低等生物如细菌约为1×10-4~1×10-10。同一生物体不同基因的突变率也不一样,如玉米子粒黄胚乳基因(Y)突变成白胚乳基因(y)的突变率为2.2×10-6,而胚乳糊粉层颜色基因R突变成r的突变率为492×10-6,两者相差几百倍。

基因发生突变以后并不一定能立即从表型上显现出来:显性突变可立即显现;隐性突变则必须等到纯合后才能表现。因此自花授粉作物发生的突变,容易通过自交达成纯合而显露,并接受选择;异花授粉作物发生的突变,则常以杂合状态保留在群体中,而不易被发现。

基因突变的结果产生等位基因。 1个基因多次发生突变,可以产生一系列等位基因(复等位基因)。如某些果树、蔬菜和牧草就存在 1种自交不亲和的复等位基因系列。基因第 1次发生的突变称为原突变。原突变在第2次突变时有可能回复原来的状态,称为回复突变。因回复突变需要更多的转化条件,故回复突变少于原突变。

基因突变也可诱发产生(诱发突变)。人工诱变常常利用各种物理因素或化学诱变剂。前者有各种射线(X射线、β射线、γ射线)和紫外线,后者有碱基、碱基类似物、亚硝酸、烷化剂以及吖啶类物质等。诱发突变率比自发突变率高千百倍,而且某些诱变剂还具有特异性(见诱变育种)。

大多数基因突变对生物的生存是不利的,极端的情况可以致死,或者在一定的条件下致死(致死突变)。某些突变没有明显的有利或不利影响(中性突变),只有极少数突变是有利的。对人类有利的突变,如作物的抗病性、早熟性、抗倒性、粒色、矮生性、芽变以及细菌抗生素的高产突变等,经过人工选择、培育,有可能成为各种有用的优良新品种。