張友民

基因突變?cè)谏镞M(jìn)化過(guò)程中具有重要意義，它為生物進(jìn)化提供了最初的原材料，是生物變異的根本來(lái)源。但是，在教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)：很多學(xué)生甚至教師對(duì)基因突變有較多的理解誤區(qū)。下面對(duì)幾種常見(jiàn)的學(xué)生理解誤區(qū)作一簡(jiǎn)要的分析和解釋。

誤區(qū)之一：一旦發(fā)生基因突變，則基因雙鏈上的堿基在突變處同時(shí)發(fā)生改變（增添、缺失或替換）。

很多師生認(rèn)為：一旦發(fā)生基因突變，則基因雙鏈上的堿基在突變處同時(shí)發(fā)生改變（增添、缺失或替換），改變后形成正常配對(duì)的堿基對(duì)。這是一種錯(cuò)誤的理解，事實(shí)上基因突變并不是一步到位的。這可以從基因突變的形成過(guò)程來(lái)理解。

引起基因突變的原因很多，基因突變形成過(guò)程的類型主要有以下3種：

（1） 堿基的增添：如圖1所示，在DNA分子解旋后合成子鏈時(shí)，在嵌入劑（嵌入劑是DNA的一種重要修飾物，如原黃素等）的作用下，這些分子可以嵌入在DNA的堿基對(duì)之間，造成相鄰的脫氧核糖核苷酸的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并在嵌入位置增添一個(gè)脫氧核糖核苷酸，如圖1中子代DNA分子①畫(huà)圓圈處。

（2） 堿基的缺失：如圖2所示，在DNA分子解旋后合成子鏈時(shí)，在嵌入劑的作用下，造成相鄰的脫氧核糖核苷酸的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并在嵌入位置缺失一個(gè)脫氧核苷酸，如圖2中子代DNA分子①畫(huà)圓圈處。

（3） 堿基的替換：如圖3所示，DNA分子解旋后合成子鏈時(shí)，在烷化劑（烷化劑是一種誘變能力極強(qiáng)的化學(xué)誘變劑，如乙基甲磺酸等）的作用下，新合成的子鏈上的堿基與母鏈上的堿基發(fā)生配對(duì)錯(cuò)誤，導(dǎo)致子鏈上的一個(gè)堿基被另一個(gè)堿基所替換，如圖3中子代DNA分子①畫(huà)圓圈處。

由此可見(jiàn)：基因突變所發(fā)生的堿基的增添、缺失或替換是發(fā)生在新合成的子鏈上，而不是發(fā)生在母鏈上。也就是說(shuō)：在子一代的2個(gè)DNA分子中，一般情況下，一個(gè)DNA分子是正常的；而另一個(gè)DNA分子則是：一條鏈（母鏈）正常，另一條鏈（子鏈）異常。并不是只復(fù)制一次就會(huì)導(dǎo)致子代DNA分子兩條鏈上的堿基對(duì)都發(fā)生了增添、缺失或替換；只有異常的那個(gè)子代DNA再一次復(fù)制時(shí)，才會(huì)在子二代的DNA分子中形成一個(gè)堿基對(duì)發(fā)生了增添、缺失或替換的DNA分子。

誤區(qū)之二：DNA分子上的堿基發(fā)生增添、缺失或替換一定會(huì)導(dǎo)致基因突變。

人類基因組計(jì)劃的研究表明：構(gòu)成基因的堿基數(shù)占?jí)A基總數(shù)的比例不超過(guò)2%，其余98%的堿基是被稱為“基因沙漠”的基因間區(qū)。如果DNA分子上的堿基發(fā)生增添、缺失或替換是發(fā)生在基因間區(qū)，一般是不能稱為基因突變的。目前基因間區(qū)的作用還不是很清楚。不過(guò)科學(xué)家猜想：基因間區(qū)發(fā)生突變有可能產(chǎn)生新的基因。

誤區(qū)之三：轉(zhuǎn)錄時(shí)也可以發(fā)生基因突變。

部分師生認(rèn)為：基因發(fā)生突變的原因是DNA分子解旋后，DNA分子由穩(wěn)定的規(guī)則雙螺旋結(jié)構(gòu)變成了單鏈，從而失去穩(wěn)定性，因此容易發(fā)生突變。而轉(zhuǎn)錄時(shí)也DNA分子也解旋了，所以也會(huì)發(fā)生突變。這也是一種錯(cuò)誤的理解。

由圖1、圖2、圖3可知：解旋并不會(huì)導(dǎo)致DNA母鏈分子上的堿基發(fā)生增添、缺失或替換，轉(zhuǎn)錄結(jié)束后由兩條母鏈重新配對(duì)而恢復(fù)為原來(lái)的DNA分子，因此轉(zhuǎn)錄是不會(huì)發(fā)生基因突變的。當(dāng)然，在轉(zhuǎn)錄時(shí)，新合成的mRNA上的堿基有可能會(huì)出現(xiàn)像上圖中子代DNA分子①中新合成的子鏈中的堿基一樣，發(fā)生堿基的增添、缺失或替換，因翻譯而成的蛋白質(zhì)可能與原來(lái)的不同，從而對(duì)性狀有一定的影響。但是，這僅僅是mRNA上堿基的增添、缺失或替換，并不屬于基因突變。

誤區(qū)之四：若基因突變發(fā)生在RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)上，其結(jié)果是導(dǎo)致該基因不能轉(zhuǎn)錄。

RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)是位于基因的非編碼區(qū)上的一段調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核苷酸序列。如果某基因的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生突變，正常情況下某細(xì)胞若要選擇性表達(dá)該基因時(shí)，則存在以下4種可能結(jié)果：

（1） 不能轉(zhuǎn)錄：某基因的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生突變后，則有可能導(dǎo)致RNA聚合酶完全不能識(shí)別該位點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致不能轉(zhuǎn)錄形成相應(yīng)的mRNA分子。

例如：白化病患者就是因?yàn)榛颊唧w內(nèi)控制合成酪氨酸酶的基因在RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)處發(fā)生突變，導(dǎo)致RNA聚合酶完全不能識(shí)別該位點(diǎn)，也就不能轉(zhuǎn)錄形成控制酪氨酸酶合成的mRNA，最終因無(wú)酪氨酸酶的合成而不能將酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏兀憩F(xiàn)出白化癥狀。

（2） 轉(zhuǎn)錄量減少：某基因的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生突變后，則有可能導(dǎo)致RNA聚合酶不能很好地識(shí)別該位點(diǎn)（不是不能識(shí)別），進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄形成的mRNA分子的量減少。

人類基因組計(jì)劃研究表明，部分糖尿病患者的患病原因是：患者在生命活動(dòng)過(guò)程中由于外因和內(nèi)因的共同作用，導(dǎo)致胰島B細(xì)胞中控制胰島素合成基因中的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生突變，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄形成的控制胰島素合成的mRNA分子的量減少，其結(jié)果是患者體內(nèi)合成的胰島素減少，血糖升高，進(jìn)而患糖尿病。

（3） 轉(zhuǎn)錄量增多：某基因的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生突變后，有可能導(dǎo)致RNA聚合酶更有效地識(shí)別該位點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄形成的mRNA分子的量增多。

最新研究表明：肢端肥大癥患者在幼年時(shí)期生長(zhǎng)激素分泌正常。但成年以后，垂體細(xì)胞中控制生長(zhǎng)激素合成的基因在RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生突變，導(dǎo)致RNA聚合酶更有效地識(shí)別該位點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄形成的mRNA分子的量增多，翻譯合成的生長(zhǎng)激素增多，造成皮膚及骨骼異常增生的肢端肥大癥。如果該基因突變發(fā)生在幼年時(shí)期，則會(huì)患巨人癥。

（4） 不影響：某基因的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生突變后，RNA聚合酶還是能正常識(shí)別該位點(diǎn)，則對(duì)轉(zhuǎn)錄和翻譯沒(méi)有影響。

誤區(qū)之五：細(xì)胞中的基因發(fā)生突變的時(shí)期只能在有絲分裂間期或減數(shù)第一次分裂前的間期

事實(shí)上，基因突變的關(guān)鍵因素是DNA分子復(fù)制時(shí)，新合成的互補(bǔ)子鏈上的堿基發(fā)生了增添、缺失或替換。要確定基因突變的時(shí)期，關(guān)鍵是要弄清楚是何種細(xì)胞——真核細(xì)胞還是原核細(xì)胞；是何處的基因——是細(xì)胞核基因（或者是擬核上的基因）還是細(xì)胞質(zhì)基因（或者是質(zhì)粒上的基因）。

① 真核細(xì)胞細(xì)胞核中的基因發(fā)生突變，則只能發(fā)生在有絲分裂間期或減數(shù)第一次分裂前的間期（即DNA分子復(fù)制期）。但是真核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中的基因發(fā)生突變，則是任何一個(gè)時(shí)期都有可能，因?yàn)橹灰诰€粒體或葉綠體中的DNA分子進(jìn)行復(fù)制時(shí)，都有可能發(fā)生突變。

② 原核細(xì)胞中的基因發(fā)生突變。由于原核細(xì)胞進(jìn)行的是二分裂，而不是有絲分裂或減數(shù)分裂，所以原核細(xì)胞無(wú)論是擬核還是質(zhì)粒發(fā)生基因突變的時(shí)期都只能是DNA分子復(fù)制期。endprint