有關基因突變的幾個理解誤區

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，發現：很多學生甚至教師對基因突變有較多的理解誤區。下面對幾種常見的學生理解誤區作一簡要的分析和解釋。

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

很多師生認為：一旦發生基因突變，則基因雙鏈上的堿基在突變處同時發生改變（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構發生改變，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構發生改變，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：基因突變所發生的堿基的增添、缺失或替換是發生在新合成的子鏈上，而不是發生在母鏈上。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生了增添、缺失或替換的DNA分子。

誤區之二：DNA分子上的堿基發生增添、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：構成基因的堿基數占堿基總數的比例不超過2%，其余98%的堿基是被稱為“基因沙漠”的基因間區。如果DNA分子上的堿基發生增添、缺失或替換是發生在基因間區，一般是不能稱為基因突變的。目前基因間區的作用還不是很清楚。不過科學家猜想：基因間區發生突變有可能產生新的基因。

誤區之三：轉錄時也可以發生基因突變。

部分師生認為：基因發生突變的原因是DNA分子解旋后，DNA分子由穩定的規則雙螺旋結構變成了單鏈，從而失去穩定性，因此容易發生突變。而轉錄時也DNA分子也解旋了，所以也會發生突變。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生增添、缺失或替換，轉錄結束后由兩條母鏈重新配對而恢復為原來的DNA分子，因此轉錄是不會發生基因突變的。當然，在轉錄時，新合成的mRNA上的堿基有可能會出現像上圖中子代DNA分子①中新合成的子鏈中的堿基一樣，發生堿基的增添、缺失或替換，因翻譯而成的蛋白質可能與原來的不同，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。

誤區之四：若基因突變發生在RNA聚合酶結合位點上，其結果是導致該基因不能轉錄。

RNA聚合酶結合位點是位于基因的非編碼區上的一段調控遺傳信息表達的核苷酸序列。如果某基因的RNA聚合酶結合位點發生突變，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種可能結果：

（1） 不能轉錄：某基因的RNA聚合酶結合位點發生突變后，則有可能導致RNA聚合酶完全不能識別該位點，進而導致不能轉錄形成相應的mRNA分子。

例如：白化病患者就是因為患者體內控制合成酪氨酸酶的基因在RNA聚合酶結合位點處發生突變，導致RNA聚合酶完全不能識別該位點，也就不能轉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變為黑色素，表現出白化癥狀。

（2） 轉錄量減少：某基因的RNA聚合酶結合位點發生突變后，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聚合酶結合位點發生突變，進而導致轉錄形成的控制胰島素合成的mRNA分子的量減少，其結果是患者體內合成的胰島素減少，血糖升高，進而患糖尿病。

（3） 轉錄量增多：某基因的RNA聚合酶結合位點發生突變后，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聚合酶結合位點發生突變，導致RNA聚合酶更有效地識別該位點，進而導致轉錄形成的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聚合酶結合位點發生突變后，RNA聚合酶還是能正常識別該位點，則對轉錄和翻譯沒有影響。

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

事實上，基因突變的關鍵因素是DNA分子復制時，新合成的互補子鏈上的堿基發生了增添、缺失或替換。要確定基因突變的時期，關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）還是細胞質基因（或者是質粒上的基因）。

① 真核細胞細胞核中的基因發生突變，則只能發生在有絲分裂間期或減數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中的基因發生突變，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，都有可能發生突變。

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