DNA 复制时 容易发生基因突变的原因

因为DNA本身结构式相对稳定的双链

不容易发生变化

但是你应该知道DNA复制叫做边解旋边复制

解旋后DNA由双链暂时成为单链

稳定性降低，容易变化

同时复制时也有可能发生碱基安装错误

现在使用的许多载体都带有一个E.coli DNA的短区段，其中含有β-半乳糖苷酶的-α肽基因（lacZ’）的调控序列和头146个氨基酸的编码信息。这个编码区中插入了一个MCS，它并不破坏读框，但是可使少数几个氨基酸插入到β-半乳糖苷酶的氨基端而不影响功能，这种载体适用于编码β-半乳糖苷酶C端部分序列的宿主细胞，虽然宿主和质粒编码的片段各自都没有酶活性，但它们可融为一体，形成具有酶活性的蛋白，从而实现互补

α-互补(Alpha complementation) ： 噬菌体载体的基因间隔区插入E.coli的一段调节基因及lac Z的N端146个氨基酸残基编码基因，其编码产物为 β—半乳糖苷酶的α片段。突变型lac - E.coli 可表达该酶的W片段（酶的C端）。单独存在的α及W片段均无β半乳糖苷酶活性，只有宿主细胞与克隆载体同时共表达两片段时，宿主细胞内才有β半乳糖苷酶活性，使特异性作用物变为蓝色化合物，这就是所谓的 α- 互补。

α-互补（α-complementation）

α-互补是指 lacZ 基因上缺失近操纵基因区段的突变体与带有完整的近操纵基因区段的 β-半乳糖苷酶（β -galactosidase ，由 1024 个氨基酸组成）阴性的突变体之间实现互补。α-互补是基于在两个不同的缺陷 β-半乳糖苷酶之间可实现功能互补而建立的。大肠杆菌的乳糖 lac 操纵子中的 lacZ 基因编码 β-半乳糖苷酶，如果 lacZ 基因发生突变，则不能合成有活性的 β-半乳糖苷酶。例如， lacZ△M15 基因是缺失了编码 β-半乳糖苷酶中第 11-41 个氨基酸的 lacZ 基因，无酶学活性。对于只编码 N-端 140 个氨基酸的 lacZ 基因 （称为 lacZ'） ，其产物也没有酶学活性。但这两个无酶学活性的产物混合在一起时，可恢复 β-半乳糖苷酶的活性，实现基因内互补。

在 lacZ' 编码区上游插入一小段 DNA 片段（如 51 个碱基对的多克隆位点），不影响 β-半乳糖苷酶的功能内互补。但是，若在该 DNA 小片段中再插入一个片段，将几乎不可避免地导致产生无α-互补能力的 β-半乳糖苷酶片段。利用这一互补性质，可用于筛选在载体上插入了外源片段的重组质粒。在相应的载体系统中，lacZ△M15 放在 F 质粒上, 随宿主传代； lacZ' 放在载体上, 作为筛选标记。相应的受体菌有 JM 系列、 TG1 和 XL1-Blue ，前二者均带有 D （lac - proAB）F'[ proAB + lacIq lacZD M15] 基因型。其中 lacI 为 lac 阻抑物的编码基因，lacIq 突变使阻抑物产量增加，防止 lacZ 基因渗漏表达。

lacZ 基因是乳糖 lac 操纵子中编码 β-半乳糖苷酶的基因，乳糖及其衍生物可诱导其表达。 乳糖既是 lac 操纵子的诱导物，也是作用的底物。异丙基-β-D- 硫代半乳糖苷（IPTG）是乳糖的衍生物，可作为 lac 操纵子的诱导物，但不能作为反应的底物； 5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷（X-gal） 可作为 lac 操纵子的底物，但不能作为诱导物。底物 X-gal 还可充作生色剂，被 β-半乳糖苷酶分解后可产生兰色产物，可使菌落或噬菌斑呈兰色。

互补作用的测验系统：互补作用是使二个突变型的染色体同处于一个细胞内，在不发生基因重组的条件下，由于相应突变型细胞内正常基因的相互补偿而使表型正常化的作用。互补作用实质：是两个突变菌株正常基因在同一细胞内的互养作用，避开基因产物向胞外分泌和扩散等问题，使测定结果更为准确。互补测验条件：recA突变菌株，避免2个突变型染色体之间的重组作用。符合要求的测验系统：二倍体、局部合子、异核体、感染了两个突变型噬菌体的寄主细菌。常用的互补作用测验系统有：①异核体形成测验：不能形成异核体可能原因：除了由于等位基因突变而不能互补外，还可能由于2个突变株之间的不亲和性，即2个菌丝体之间不能经质配形成异核体。不能形成异核体，也不能说明2个突变位点属于等位基因，一次互补测验难于准确判断突变基因等位性。② 异核体形成测验和互养测验差异：互养测验：2个突变株之间相互提供的是分泌到细胞外的自身不能合成的代谢产物；异核体形成测验：在同一细胞内2个突变株染色体提供的是基因的产物或酶顺反位置效应测验顺反位置效应测验：比较结构基因的顺式和反式结构表型效应的互补测验。rⅡ只能在B上形成r型噬菌斑，在S上形成野生型的正常噬菌斑；在K上不能复制、不能形成噬菌斑；彭泽用两个rⅡ突变型混合感染B菌株，采用单菌释放技术，将从B菌株释放的噬菌体去感染K菌株平板；如果能形成噬菌斑，则表明供试的两个rⅡ突变型不相同，能在寄主B菌株细胞内通过染色体交换、重组产生野生型子代噬菌体；只有rⅡA+rⅡB+才能感染K菌株、形成噬菌斑，而重组型rⅡA-rⅡB-不能感染K菌株。r51或rl06单独感染K菌株：都不能复制，不会产生噬菌斑。但混合感染却可以裂解K菌株并得到r51、r106和野生型等3种噬菌体。r47-r106的距离虽然比r51-rl06的距离大，但用它们混合感染K菌株后却不能在指示菌株B上获得噬菌斑。结论：两个rⅡ突变型混合感染时出现噬菌斑，首先是由于互补作用，恢复了复制能力，然后在复制过程中发生重组，产生野生型噬菌体用r51和r106混合感染，可把寄主K细胞看成两个rⅡ突变型染色体的杂合体：(r51-rl06+)／(r51+r106-)。在这一杂合体中的r51+和r106+由于功能上的互补关系，使突变株均得以进行复制。对所有rⅡ突变型进行两两互补测验，可以将rⅡ的突变位点分为A和B两大群，属于同一群内的任何两个突变型都不能互补；属于群间的两个突变型无论位置远近均能互补。 顺反位置效应测验结果证明：基因是有功能的一段连续DNA，只有通过顺反测验才能确定一个顺反子或一个基因的界限。一个基因的任何位点均可以发生突变，属于同一基因的不同突变也可以发生重组，因此基因只是一个功能单位而不是一个突变或重组的单位。顺反位置效应：所要考察的两个突变位点在顺式结构和反式结构遗传效应不同的现象。具有顺反位置效应的两个位点属于同一个基因（顺反子）。杂基因子：含有个别处于杂合状态基因的细胞。利用大肠杆菌λ噬菌体在高频转导过程中形成的λdg或λdb转导子去感染相应的缺陷型宿主细胞就容易获得杂基因子。基因间互补作用：在进行顺反位置效应测验时，如果供试基因或顺反子的结构完整，那么属于同一基因或顺反子的两个突变株将能互补，如果两个突变株能够互补，那么突变应涉及不同的基因或顺反子。基因内互补作用：某些已通过生物化学等其他实验肯定是属于同一基因的两个突变株之间有时也能表现出一定程度的互补作用。基因突变使其产物酶蛋白的结构发生改变而失活，只是由于两个突变株之间的基因内互补作用，才使活性部分得以恢复；两个突变株的突变位点间距离愈近，其离体互补作用愈弱，距离愈远，其互补作用愈强。互补群：属于同一基因突变的相互间能表现出一定程度互补作用的一群突变株。属于同一互补群的基因突变均表现为同一种酶蛋白的功能缺陷。

---