首先,明确一个概念,进化中常提到的突变一般是指生殖细胞的突变,或种系细胞突变;发生在体细胞内的突变一般不会影响后代的性状,而发生在生殖细胞内的基因突变会影响后代性状。
野生型:遗传学上将自然界普遍出现的性状;
突变型:野生型等位基因突变即成为突变型等位基因。
从野生型到突变型称为正向突变;反之,称为回复突变或逆向突变。
基因突变种类:
1. 根据突变的DNA序列长度:点突变(point mutation)和片段突变(fragment mutation);
2. 根据突变类型分类:替换(substitutions)、缺失(deletion)、插入(insertions)、倒位(inversion);
其中,点突变可进一步分为:转换(transition,嘌呤转嘌呤,或者嘧啶转嘧啶;A<->G或C<->T)和颠换(transversions,嘌呤和嘧啶互转;即A<->C,A<->T,G<->C和G<->T)(如下图),转换比颠换更常见;在哺乳动物基因组上C->T的转换比较多,这是因为基因组上的胞嘧啶C在甲基化的修饰下容易发生C->T的转变。而在文昌鱼等较原始的脊索动物上,由于基因组甲基化修饰较少,因此Ti/Tv的值较哺乳动物小很多。我还发现斑马鱼、三文鱼等鱼类的Ti/Tv值也较小,一般介于文昌鱼与脊椎动物之间,感兴趣的同学可以深入研究一下原因。
点突变
转换和颠换如发生在基因的蛋白质编码区内,根据点突变对基因转录和蛋白质翻译产生的影响定性,可以把点突变分为同义突变(synonymous mutation)和非同义突变(non-synonymous mutation)二种。
同义突变,碱基替换不引起氨基酸改变,则称为又称为中性突变(neutral mutation)或沉默突变(silent mutation)。同义突变的原因是点突变发生在密码子的第三个核苷酸,由于遗传密码的简并性,这个突变后的密码子恰恰同突变前的密码子编码同一氨基酸,这样,突变不会改变蛋白质中的氨基酸序列。引起编码氨基酸改变的碱基替换又称为非同义替换。
非同义突变,又进一步分为错义突变(missense mutation) 和无义突变(nonsense mutation。错义突变是指受到影响的密码子变成另一种新密码子,编码一个新的氨基酸,使氨基酸序列发生变化。错义突变大多发生在密码子的第一位或第二位核苷酸。无义突变是指一个编码氨基酸的密码子,在点突变后变成了一个终止密码子,使多肽合成提前中止,产生了缺失原有羧基端片段的缩短的肽链。在多数情况下,这种截短尾巴的蛋白质片段是没有活性的。
插入和缺失
插入(insertions)和缺失(deletions),总称为indels变化,是指在原核苷酸序列中插入或丢失1个或多个相邻核苷酸。
当indels发生在编码区时,如果插入或缺失事件所涉及的核苷酸数目不是3的倍数,则会使处在突变发生位置下游的密码子阅读框架发生移动,这种突变称为移码突变(frameshift mutation)。结果是裂缝下游的编码序列将会按错误的相位阅读,它不仅可导致许多氨基酸的改变,而且还可能使终止密码子被抹掉或引入新的终止密码子,后果是产生长度异常的蛋白质。核苷酸插入引起的移码突变,可能通过缺失回复到野生型的DNA序列;但如果是由于缺失而引起的移码突变,则一般是不可能出现回复突变的。
当插入或缺失连续排列的核苷酸是3的整倍数时,其结果是密码子的插入或缺失突变,而不引起移码突变。这种密码子整数倍的插入或缺失称为整码突变(inframe mutation)。移码突变同置换突变一样,都有突变热点(hotspot),即容易发生这些突变的位点。