第一节
诱发基因突变的因素

基因突变的原因非常复杂，可以是自发的也可以是诱发的。自发突变（spontaneous mutation）也称自然突变，即在自然条件下，不经过人工处理而发生的突变。诱发突变（induced mutation）是经过人工处理而发生的突变，又称人工诱变。能诱发基因突变的各种内外环境因素统称为诱变剂（mutagen）。很多物理、化学和生物因素都可诱发基因突变。自发突变和诱发突变之间并没有本质的区别，基因突变诱变剂的作用只是能够增加基因的突变率。自发突变与辐射、机体细胞内代谢过程中产生的一些有致突变作用的中间代谢产物及各种复制误差等有关。自发突变过程中DNA变化的特点常与诱发突变相似。因此，人工诱变过程是研究突变发生机制的重要途径。

一、物理诱变因素

（一）电离辐射因素

X射线、α射线、β射线、γ射线和中子等高能量电离辐射可直接损伤DNA，还可使细胞产生大量自由基间接损伤DNA。自由基可引起DNA链的结构改变或断裂，诱发基因突变，也可引起染色体的断裂，染色体断片错误重排将导致染色体结构畸变。

（二）非电离辐射因素

非电离辐射因素（紫外线或热辐射等）是引起基因突变的重要诱变剂。例如在紫外线（UV）的照射下，细胞内DNA的结构可受到损伤，通常是DNA序列中相邻的嘧啶类碱基共价结合成嘧啶二聚体，最常见的为胸腺嘧啶二聚体（图3-1），另外还有胞嘧啶二聚体等。由于两个嘧啶以牢固的共价键形成了二聚体，这种异常连接使DNA的螺旋结构局部变形，当复制或转录进行到这一部位时，碱基配对发生错误，引起新合成的DNA或RNA链的碱基改变，从而发生突变。

二、化学诱变因素

（一）碱基修饰剂

羟胺（hydroxylamine，HA）可使胞嘧啶（C）的4'位氨基变成羟氨基，羟基化的胞嘧啶（C'）不能正常地与鸟嘌呤（G）配对，而改为与腺嘌呤（A）互补。经两次复制后，C-G碱基对就转换为T-A碱基对（图3-2）。

亚硝酸（nitrous acid，NA）或含亚硝基化合物可以使DNA分子结构发生改变。例如亚硝酸可以使腺嘌呤（A）脱去氨基（-NH ₂ ），转化为次黄嘌呤（I）；还可以使胞嘧啶（C）转化为尿嘧啶（U）。次黄嘌呤（I）与尿嘧啶（U）分别与胞嘧啶（C）和腺嘌呤（A）配对，经DNA复制后，可形成A-T→G-C和G-C→A-T转换（图3-3）。

烷化剂（alkylating agent）是一类具有高度诱变活性的诱变剂，如甲醛、氯乙烯、硫酸二乙酯等，它们可将甲基（-CH ₃ ）或乙基（-C ₂ H ₅ ）等引入多核苷酸链上的任何位置使其烷基化，烷基化的核苷酸将产生错误配对而引起突变。例如硫酸二乙酯可使鸟嘌呤（G）烷基化后不与胞嘧啶（C）配对而与胸腺嘧啶（T）配对，形成G-C→A-T的转换（图3-4）。

（二）碱基类似物

碱基类似物（base analogue）是一类组成、结构与DNA分子中的碱基十分相似的化合物。当DNA复制时，5-溴尿嘧啶（5-BU）、2-氨基嘌呤（2-AP）等碱基类似物作为DNA的成分掺入并取代某些正常的碱基，引起碱基配对错误，从而发生点突变。5-BU的化学结构与胸腺嘧啶（T）类似，但可分别与腺嘌呤（A）或鸟嘌呤（G）配对。在DNA复制过程中，如果5-BU取代T以后，一直保持与A配对，所产生的影响并不大；如果它以后又转成与G配对，经一次复制后，就可以使原来的A-T转换成G-C（图3-5）。

（三）DNA插入剂

吖啶类（acridines）物质，包括原黄素（proflavine）、吖黄素（acriflavine）和吖啶橙（acridine orange）等，可以嵌入DNA的核苷酸序列中而引起移码突变（图3-6）。

三、生物诱变因素

（一）病毒

多种病毒如麻疹病毒、风疹病毒、带状疱疹病毒等，是诱发基因突变和染色体断裂的常见生物因素。这些病毒引起突变的机制复杂多样，是医学遗传学研究的热点之一。RNA病毒有可能是通过反转录酶合成病毒DNA，再插入到宿主细胞的DNA序列中，导致基因失活、结构改变而引起突变。DNA病毒可直接整合到宿主细胞的DNA分子中，引起基因突变。此外，病毒普遍带有病毒癌基因（ v-onc ），或可以激活机体内的细胞癌基因（ c-onc ）而引起突变。

（二）真菌和细菌

真菌和细菌所产生的毒素或代谢产物也能诱发基因突变，例如存在于霉变花生、玉米等作物中的黄曲霉菌所产生的黄曲霉素就具有致突变作用，它也被认为是引起肝癌的一种致癌物质。 LaxQT5mqt6SZRQyIYoz/sP9uusjGF7MvL4aUSJZcsyQANeZA0G2C0JQYva0v8cUX