堿基置換突變

　　可以通過(guò)兩個(gè)途徑即堿基結(jié)構(gòu)類(lèi)似物的參入和誘變劑或射線引起的化學(xué)變化來(lái)進(jìn)行。

　?、?類(lèi)似物的參入 5-溴尿嘧啶（BU）是胸腺嘧啶的結(jié)構(gòu)類(lèi)似物。它只是在第5位碳原子上以溴原子代替了胸腺嘧啶的甲基（─GH3），并且因此更易以烯醇式出現(xiàn)（圖2）。 基因突變

　　大腸桿菌在含有BU的培養(yǎng)基中培養(yǎng)后，細(xì)菌的 DNA中的一部分胸腺嘧啶被BU所取代，并且最后在培養(yǎng)物中可以發(fā)現(xiàn)有少數(shù)突變型細(xì)菌出現(xiàn)，取代BU的量愈大則突變型愈多。突變型細(xì)菌在不含有BU的培養(yǎng)基中長(zhǎng)久培養(yǎng)時(shí)，不改變它的突變型性狀，可是把突變型細(xì)菌在含有BU的培養(yǎng)基中培養(yǎng)后，又可以發(fā)現(xiàn)少數(shù)由于發(fā)生回復(fù)突變而出現(xiàn)的野生型細(xì)菌。BU的誘變作用可以表示。 首先在DNA復(fù)制過(guò)程中酮式的BU代替了胸腺嘧啶T而使A：T堿基對(duì)變?yōu)锳：BU，在下一次DNA復(fù)制中烯醇式的BU*和鳥(niǎo)嘌呤G配對(duì)而出現(xiàn)G∶BU堿基對(duì)，最后在又一次復(fù)制中鳥(niǎo)嘌呤G和胞嘧啶C配對(duì)而終于出現(xiàn)G：C堿基對(duì)，完成了堿基的置換。這里BU所起的作用是促成這一置換，起促成作用的原因是由于嘧啶的 5位上溴原子代替了甲基后便較多地出現(xiàn)烯醇式的嘧啶。

　　同一理論還可以用來(lái)說(shuō)明 BU是怎樣誘發(fā) 的置換突變或者突變型的回復(fù)突變（圖4）

　　2-氨基嘌呤等其他堿基結(jié)構(gòu)類(lèi)似物同樣具有誘變作用。

　?、谒幬锘蛏渚€引起的化學(xué)變化 亞硝酸能夠作用于腺嘌呤（A）的氨基而使它變?yōu)榇吸S嘌呤（HX）；可以作用于胞嘧啶（c）而使它變?yōu)槟蜞奏ぃ║）。這兩種氨基到酮基的變化帶來(lái)堿基配對(duì)關(guān)系的改變，從而通過(guò) DNA復(fù)制而造成A∶T→G∶C或者 G∶C→A∶T置換。

　　羥胺只和胞嘧啶發(fā)生專(zhuān)一性的反應(yīng)，所以它幾乎只誘發(fā) 置換而不誘發(fā)置換。此外，pH值低或高溫都可以促使DNA分子失去堿基特別是嘌呤，導(dǎo)致堿基置換。

　　紫外線的照射使 DNA分子上鄰接的堿基形成二聚體，主要是胸腺嘧啶二聚體T-T.二聚體的形成使DNA雙鏈呈現(xiàn)不正常的構(gòu)型（見(jiàn)DNA損傷修復(fù)），從而帶來(lái)致死效應(yīng)或者導(dǎo)致基因突變，其中包括多種類(lèi)型的堿基置換。

　　移碼突變

　　誘發(fā)移碼突變的誘變劑種類(lèi)較少，主要是吖啶類(lèi)染料（圖6）。這些染料分子能夠嵌入DNA分子中，從而使DNA復(fù)制發(fā)生差錯(cuò)而造成移碼突變。

　　定向誘變

　　利用重組DNA技術(shù)使DNA分子在指定位置上發(fā)生特定的變化，從而收到定向的誘變效果。例如將DNA分子用某一種限制性核酸內(nèi)切酶處理，再用分解DNA單鏈的核酸酶S1處理，以去除兩個(gè)粘性末端的單鏈部分，然后用噬菌體T4連接酶將兩個(gè)平頭末端連接起來(lái)，這樣就可得到缺失了相應(yīng)于這一限制性?xún)?nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)的幾個(gè)核苷酸的突變型。相反地，如果在四種脫氧核苷三磷酸（dNTP）存在的情況下加入 DNA多聚酶Ⅰ，那么進(jìn)行互補(bǔ)合成的結(jié)果就得到多了相應(yīng)幾個(gè)核苷酸的兩個(gè)平頭末端。在T4接連酶的處理下，便可以在同一位置上得到幾個(gè)核苷酸發(fā)生重復(fù)的突變型。

　　在指定的位置上也可以定向地誘發(fā)置換突變。誘變劑亞硫酸氫鈉能夠使胞嘧啶脫氨基而成為尿嘧啶，但是這種作用只限于 DNA單鏈上的胞嘧啶而對(duì)于雙鏈上的胞嘧啶則無(wú)效。用識(shí)別位點(diǎn)中包含一個(gè)胞嘧啶的限制性?xún)?nèi)切酶處理DNA分子，使粘性末端中的胞嘧啶得以暴露（例如HindⅢ的識(shí)別位點(diǎn)是，經(jīng)限制酶HindⅢ處理后得到粘性末端，中間的這一胞嘧啶便暴露了）。經(jīng)亞硫酸氫鈉處理后胞嘧啶（c）變?yōu)槟蜞奏ぃ║）。通過(guò)DNA復(fù)制原來(lái)的堿基對(duì)C∶G便轉(zhuǎn)變成為 T∶A.這樣一個(gè)指定位置的堿基置換突變便被誘發(fā)。

　　還可以把人工合成的低聚核苷酸片段引入基因組中，以一定的方式改變某一基因等。

　　自發(fā)突變

　　所謂自發(fā)突變是指未經(jīng)誘變劑處理而出現(xiàn)的突變。從誘變機(jī)制的研究結(jié)果來(lái)看，自發(fā)突變的原因不外乎以下幾種。①背景輻射和環(huán)境誘變。短波輻射在宇宙中隨時(shí)都有，實(shí)驗(yàn)說(shuō)明輻射的誘變作用不存在閾效應(yīng)，即任何微弱劑量的輻射都具有某種程度的誘變作用，因此自發(fā)突變中可能有一小部分是短波輻射所誘發(fā)的突變，有人估計(jì)果蠅的這部分突變約占自發(fā)突變的 0.1%.此外，接觸環(huán)境中的誘變物質(zhì)也是自發(fā)突變的一個(gè)原因。②生物自身所產(chǎn)生的誘變物質(zhì)的作用。過(guò)氧化氫是一種誘變劑。在用過(guò)氧化氫作誘變處理時(shí)加入過(guò)氧化氫酶可以降低誘變作用，如果同時(shí)再加入氰化鉀（KCN）則誘變作用又重新提高。這是因?yàn)镵CN是過(guò)氧化氫酶的抑制劑。另外又發(fā)現(xiàn)在未經(jīng)誘變處理的細(xì)胞群體中加入KCN時(shí)，可以提高自發(fā)突變率，說(shuō)明細(xì)胞自身所產(chǎn)生的過(guò)氧化氫是一部分自發(fā)突變的原因。在一些高等植物和微生物中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些具有誘變作用的物質(zhì)，在長(zhǎng)久儲(chǔ)藏的洋蔥和煙草等種子中也曾經(jīng)得到具有誘變作用的抽提物。③堿基的異構(gòu)互變效應(yīng)。天然堿基結(jié)構(gòu)類(lèi)似物5-溴尿嘧啶所以能誘發(fā)堿基置換突變，是因?yàn)?位（圖2）上的溴原子促使BU較多地以烯醇式結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。在正常的情況下酮式和烯醇式之間的異構(gòu)互變也以極低的頻率發(fā)生著。