有關(guān)基因突變的幾個理解誤區(qū)

張友民

基因突變在生物進化過程中具有重要意義，它為生物進化提供了最初的原材料，是生物變異的根本來源。但是，在教學實踐中，發(fā)現(xiàn)：很多學生甚至教師對基因突變有較多的理解誤區(qū)。下面對幾種常見的學生理解誤區(qū)作一簡要的分析和解釋。

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發(fā)生改變（增添、缺失或替換）。

很多師生認為：一旦發(fā)生基因突變，則基因雙鏈上的堿基在突變處同時發(fā)生改變（增添、缺失或替換），改變后形成正常配對的堿基對。這是一種錯誤的理解，事實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程來理解。

引起基因突變的原因很多，基因突變形成過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，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脫氧核糖核苷酸，如圖1中子代DNA分子①畫圓圈處。

（2） 堿基的缺失：如圖2所示，在DNA分子解旋后合成子鏈時，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脫氧核苷酸，如圖2中子代DNA分子①畫圓圈處。

（3） 堿基的替換：如圖3所示，DNA分子解旋后合成子鏈時，在烷化劑（烷化劑是一種誘變能力極強的化學誘變劑，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)生配對錯誤，導致子鏈上的一個堿基被另一個堿基所替換，如圖3中子代DNA分子①畫圓圈處。

由此可見：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：在子一代的2個DNA分子中，一般情況下，一個DNA分子是正常的；而另一個DNA分子則是：一條鏈（母鏈）正常，另一條鏈（子鏈）異常。并不是只復制一次就會導致子代DNA分子兩條鏈上的堿基對都發(fā)生了增添、缺失或替換；只有異常的那個子代DNA再一次復制時，才會在子二代的DNA分子中形成一個堿基對發(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、缺失或替換一定會導致基因突變。

人類基因組計劃的研究表明：構(gòu)成基因的堿基數(shù)占堿基總數(shù)的比例不超過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。不過科學家猜想：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)錄時也可以發(fā)生基因突變。

部分師生認為：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)錄時也DNA分子也解旋了，所以也會發(fā)生突變。這也是一種錯誤的理解。

由圖1、圖2、圖3可知：解旋并不會導致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而恢復為原來的DNA分子，因此轉(zhuǎn)錄是不會發(fā)生基因突變的。當然，在轉(zhuǎn)錄時，新合成的mRNA上的堿基有可能會出現(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)可能與原來的不同，從而對性狀有一定的影響。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)合位點上，其結(jié)果是導致該基因不能轉(zhuǎn)錄。

RNA聚合酶結(jié)合位點是位于基因的非編碼區(qū)上的一段調(diào)控遺傳信息表達的核苷酸序列。如果某基因的RNA聚合酶結(jié)合位點發(fā)生突變，正常情況下某細胞若要選擇性表達該基因時，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)合位點發(fā)生突變后，則有可能導致RNA聚合酶完全不能識別該位點，進而導致不能轉(zhuǎn)錄形成相應(yīng)的mRNA分子。

例如：白化病患者就是因為患者體內(nèi)控制合成酪氨酸酶的基因在RNA聚合酶結(jié)合位點處發(fā)生突變，導致RNA聚合酶完全不能識別該位點，也就不能轉(zhuǎn)錄形成控制酪氨酸酶合成的mRNA，最終因無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)合位點發(fā)生突變后，則有可能導致RNA聚合酶不能很好地識別該位點（不是不能識別），進而導致轉(zhuǎn)錄形成的mRNA分子的量減少。

人類基因組計劃研究表明，部分糖尿病患者的患病原因是：患者在生命活動過程中由于外因和內(nèi)因的共同作用，導致胰島B細胞中控制胰島素合成基因中的RNA聚合酶結(jié)合位點發(fā)生突變，進而導致轉(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)合位點發(fā)生突變后，有可能導致RNA聚合酶更有效地識別該位點，進而導致轉(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期生長激素分泌正常。但成年以后，垂體細胞中控制生長激素合成的基因在RNA聚合酶結(jié)合位點發(fā)生突變，導致RNA聚合酶更有效地識別該位點，進而導致轉(zhuǎn)錄形成的mRNA分子的量增多，翻譯合成的生長激素增多，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)生在幼年時期，則會患巨人癥。

（4） 不影響：某基因的RNA聚合酶結(jié)合位點發(fā)生突變后，RNA聚合酶還是能正常識別該位點，則對轉(zhuǎn)錄和翻譯沒有影響。

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

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

① 真核細胞細胞核中的基因發(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分子復制期）。但是真核細胞細胞質(zhì)中的基因發(fā)生突變，則是任何一個時期都有可能，因為只要在線粒體或葉綠體中的DNA分子進行復制時，都有可能發(fā)生突變。

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