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實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué):第一節(jié) 突變系動(dòng)物的基本概念

一、遺傳與變異“種瓜得瓜,種豆得豆”。自然界中各種各樣的生物,它們的下一代和親代之間,在形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝類型等種種性狀上都有非常相似之處。但是,相象有等于完全相同,雖然親代和子代之間都有非常相似的地方,但又有些不同之處。親子相似,叫遺傳。親子相異,叫變…

一、遺傳與變異

“種瓜得瓜,種豆得豆”。自然界中各種各樣的生物,它們的下一代和親代之間,在形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝類型等種種性狀上都有非常相似之處。但是,相象有等于完全相同,雖然親代和子代之間都有非常相似的地方,但又有些不同之處。親子相似,叫遺傳。親子相異,叫變異。遺傳和變異是生物普通存在的生命現(xiàn)象。生物的遺傳性和變異性都是由原生質(zhì)中的主要活性物質(zhì)DNA加以控制和調(diào)節(jié)的。

二、基因突變

基因突變是指染色體上一個(gè)位點(diǎn)內(nèi)的遺傳物質(zhì)的變化,或者說是DNA分子上長鏈中堿基對的改變,也稱點(diǎn)突變(Point Mutation)。簡言之,所謂基因突變,就是一個(gè)基因變?yōu)樗牡任换颉?/p>

基因突變在生物界中是很普遍的,而且突變后所出現(xiàn)的性狀與環(huán)境條件間看不出對應(yīng)關(guān)系。突變在自然情況下產(chǎn)生的,稱為自然突變或自發(fā)突變(Spontaneou Mutation);由人們有意識地應(yīng)用一些物理、化學(xué)因素誘發(fā)的,則稱為誘發(fā)突變(Induced Mutation)。突變后出現(xiàn)的表現(xiàn)型是多種多樣的。根據(jù)突變對表現(xiàn)型的最明顯效應(yīng),可分為:

1.可見突變(Visble Mutation):突變的效應(yīng)可在生物的表現(xiàn)型上看出來,即用肉眼就能觀察出來,如若干大體形成的變異。

2.生化突變(Biochemical Mutation):突變的效應(yīng)導(dǎo)致一個(gè)特定的生化功能的喪失。肉眼是無法予以鑒別的,一定要借助于某些特殊方法來檢測。

3.致死突變(Lethal Mutation):致死突變可分為顯性致死和隱性致死。顯性致死在雜合態(tài)即有致死效應(yīng)。而隱性致命突變較為常見,如鐮形紅細(xì)胞貧血癥的基因就是隱性致命突變。

4.條件致命突變(Conditonal Lethal Mutation):在某些條件下是有成活的,而在另一些條件下是致命的。

從盂德爾的實(shí)驗(yàn)觀察,要知道一個(gè)基因存在,通常只能靠這個(gè)位點(diǎn)的不同等位基因所產(chǎn)生的表現(xiàn)型改變,才能知道那一基因決定那一性狀。如果某一位點(diǎn)的所有等位基因在表現(xiàn)型效應(yīng)上是相似的,那么這樣的基因在作用上缺乏特征。始終作為正常表現(xiàn)型的一部分,則無法把它檢查出來。換言之,如果基因沒有等位上的差異,就不能用盂德爾遺傳試驗(yàn)方法檢查出來,只有當(dāng)這種等位上的差異存在時(shí),才使我們可以推論,有某一特定基因的存在。所以觀察基因突變,主要就是檢出能產(chǎn)生新的表現(xiàn)型效應(yīng)的不同等位基因。如小鼠A突變a。A毛色為野鼠色,毛色呈棕黃色都為野鼠型小鼠,C3H毛色為黑色。A毛色為黑色,C57BL毛色為黑色。

每只動(dòng)物從它們雙親中獲得兩套基因,其中每親各一套,每套中成千上萬的基因,同時(shí)它們都極穩(wěn)定地從上一代傳給下一代,但是偶然某個(gè)基因遭遇變異,即發(fā)生基因突變時(shí),便成為突變型。帶有這種突變基因的小鼠稱為突變株(Mutant Stock),相同突變株的動(dòng)物即為某一突變品系動(dòng)物。動(dòng)物發(fā)生基因突變后就會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的正常生理功能喪失,我們稱為病理缺陷,而且這種病理缺陷可以穩(wěn)定地代代相傳。對于小鼠,目前已知的有300個(gè)基因,在小鼠各染色體上均已定位,有的多,有的少,基因經(jīng)過突變方能找到它的位置。

三、顯性和隱生基因及基因與性狀關(guān)系

一群小鼠由正;駻突變?yōu)閍,可有AA、Aa、aa三型。兩套染色體同一位點(diǎn)上也可出現(xiàn)以上三型。

正;蛴么髮懹⑽淖帜副硎,突變基因用小寫英文字母表示。

A為顯性基因(Dominant Gene),A的性狀可掩蓋a的性狀,A的顯性是對a而言的,A是顯性性狀。

a為隱性基因(Recessiquanxiangyun.cn/zhicheng/ve Gene),a的性狀被A所掩,a是隱性性狀的一個(gè)位點(diǎn)上都是隱性基因時(shí)方可表現(xiàn)出它所決定的性狀。如aa,這時(shí)小鼠被毛呈黑色。

1.一個(gè)基因決定一個(gè)性狀。

2.一個(gè)基因決定幾個(gè)性狀,稱為基因的多形性(Pleomorphism)。如帶W基因的小鼠,表現(xiàn)毛色為花鼠和含鐵紅細(xì)胞性貧血。裸quanxiangyun.cn/sanji/鼠無胸腺、無毛也是基因所決定,可能是一個(gè)基因決定兩個(gè)性狀,也可能是靠近的兩個(gè)基因不分離的緣故。

3.幾個(gè)基因決定一個(gè)性狀(Polygenic Character)。一般帶有定量的特征,如身高、體重是可定量的,為多基因所決定。毛色為定性的,為單基因決定的。小鼠6周時(shí)體重由30個(gè)基因決定。子的高血壓由3~4個(gè)基因決定。

四、突變的機(jī)理和突變系動(dòng)物

生物的遺傳具有保守性,每只動(dòng)物從它的雙親獲得兩套基因,并都能極穩(wěn)定地從上代傳給下代,亦正是這種保守性,使生物能穩(wěn)定地繼承它們祖先的性狀,因而親代狗產(chǎn)生的后代必然是狗;親代產(chǎn)生的后必然是貓。這是由它們親代的遺傳物質(zhì),亦就是千千萬萬個(gè)基因,經(jīng)過復(fù)雜的生化反應(yīng)過程復(fù)制出來的,并在一定環(huán)境條件下形成了各種不同的特定性狀。但是成千上萬的基因在復(fù)制過程中,經(jīng)常有個(gè)別基因發(fā)生變異,并喪失了原有的正常功能。由于絕大多數(shù)基因還保持與親代相同,所以子代也基本上與親代相同。然而,個(gè)別或少數(shù)基因的變異,使這個(gè)特定基因的性狀必然與其親代的性狀不同。這個(gè)發(fā)生變異的性狀有時(shí)能在子代中表現(xiàn)出來,這種變異就叫實(shí)“突變”,并能世代相傳而保存下去。這個(gè)變異的基因叫做“突變型”。遺傳學(xué)家常使用突變型推斷未知基因的存在,因此,生物在世代的相傳中,既保持穩(wěn)定而又發(fā)生變化,并且是經(jīng)常不斷地發(fā)生。自然界各種生物遺體的保守性是相對的,變異則是絕對的。突變是生命機(jī)體的特性之一。就是因?yàn)檫@樣不斷地變異才促進(jìn)了生物的進(jìn)化。

基因突變是DNA分子上堿基發(fā)生了變化而造成的。通過遺傳和化學(xué)分析認(rèn)識了突變型的遺傳性質(zhì),有些變化是一個(gè)堿基為另一個(gè)堿基所替代;另一個(gè)情況是插入或缺失了一個(gè)堿基,還有的變化包括許多堿基獲得、失去或重新排列等等?傊墙M成基因的物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)變化。這種自發(fā)的突變率因不同的生物種類而異,有人估計(jì)由幾萬分之一到幾百萬分之一。已知的外環(huán)境影響,如射線和化學(xué)物質(zhì)能增加突變率,但引起突變的機(jī)理和發(fā)生條件,一直在吸引著人們進(jìn)行深入的研究。

生物的突變既能偶然又必然,同時(shí)既有害又有利。但是在絕大多數(shù)的情況下,突變對生物機(jī)體是有害的。突變型往往也是生物所攜帶的隱性基因的暴露。當(dāng)它成為純合時(shí),將是致命的的或是有害的,例如小鼠的先天性腦積水。Gruneberg認(rèn)為,小鼠的先天性腦積水是由于在小鼠發(fā)育中多源效應(yīng)的單個(gè)基因ch所致,該基因的出現(xiàn)是一個(gè)自發(fā)的突變,這是最初在研究小鼠的早期發(fā)育能影響軟骨形成中發(fā)現(xiàn)的。帶有這種純合基因的小鼠,生下時(shí)是活的,但因肺臟不能膨脹而死亡,同時(shí)亦能發(fā)現(xiàn)其它明顯的不正,F(xiàn)象,如頭顱、額和臉部長得不成比例,大腦半球隆起一個(gè)大水泡,里面充滿液體。這是因?yàn)轭^骨不正常而只有皮膚蓋著額的結(jié)果。眼睛常開著,面部的觸須異常,胸骨異常,含有少量骨質(zhì)或不形成胸骨,這些異,F(xiàn)象在胚胎期第13天就已發(fā)生。這種多源效應(yīng)可以追索到一個(gè)單一的起因,就是軟骨的形成不正常。各種骨骼的異常是直接發(fā)生的,而生理學(xué)的干擾是繼發(fā)的。單一的最初反應(yīng)是由該突變基因所控制的。

由于各種生物的形成都經(jīng)過了長期進(jìn)化的歷史過程,它所處的環(huán)境條件已形成了高度的協(xié)調(diào)而平衡統(tǒng)一。環(huán)境條件的變化可能促進(jìn)生物遺傳物質(zhì)發(fā)生變化,是為了適應(yīng)新的環(huán)境而生存下去,因而形成了現(xiàn)在地球上千千萬萬的生物種類,并且還在不斷地繼續(xù)進(jìn)化之中。

生物在長期繁殖的過程中,子代突然發(fā)生變異,其變異的遺傳基因等位點(diǎn)可以遺傳下去,或即使沒有明確的遺傳基因等位點(diǎn),但經(jīng)過淘汰的選拔后,能維持穩(wěn)定的遺傳形質(zhì)。這種變化了的能保持遺傳基因的特性的品系,稱之為突變品系,也就是指正常染色體的基因發(fā)生了變異的、具有各種遺傳缺陷的動(dòng)物。在小鼠和大鼠中,通過自然突變和人工定向突變,已培育出很多的突變系動(dòng)物,如目前國際上已發(fā)現(xiàn)的小鼠突變基因有648個(gè),培育的突變系小鼠有350多個(gè)品系,大鼠有50多個(gè)品系。特別象無毛、無胸腺裸鼠已成為生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中令人注目的“寵兒”,并被廣泛地應(yīng)用于腫瘤等研究。

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