堿基置換突變

　　可以通過兩個途徑即堿基結構類似物的參入和誘變劑或射線引起的化學變化來進行。

　　① 類似物的參入 5-溴尿嘧啶（BU）是胸腺嘧啶的結構類似物。它只是在第5位碳原子上以溴原子代替了胸腺嘧啶的甲基（─GH3），并且因此更易以烯醇式出現(xiàn)（圖2）。 基因突變

　　大腸桿菌在含有BU的培養(yǎng)基中培養(yǎng)后，細菌的 DNA中的一部分胸腺嘧啶被BU所取代，并且最后在培養(yǎng)物中可以發(fā)現(xiàn)有少數(shù)突變型細菌出現(xiàn)，取代BU的量愈大則突變型愈多。突變型細菌在不含有BU的培養(yǎng)基中長久培養(yǎng)時，不改變它的突變型性狀，可是把突變型細菌在含有BU的培養(yǎng)基中培養(yǎng)后，又可以發(fā)現(xiàn)少數(shù)由于發(fā)生回復突變而出現(xiàn)的野生型細菌。BU的誘變作用可以表示。 首先在DNA復制過程中酮式的BU代替了胸腺嘧啶T而使A：T堿基對變?yōu)锳：BU，在下一次DNA復制中烯醇式的BU*和鳥嘌呤G配對而出現(xiàn)G∶BU堿基對，最后在又一次復制中鳥嘌呤G和胞嘧啶C配對而終于出現(xiàn)G：C堿基對，完成了堿基的置換。這里BU所起的作用是促成這一置換，起促成作用的原因是由于嘧啶的 5位上溴原子代替了甲基后便較多地出現(xiàn)烯醇式的嘧啶。

　　同一理論還可以用來說明 BU是怎樣誘發(fā) 的置換突變或者突變型的回復突變（圖4）

　　2-氨基嘌呤等其他堿基結構類似物同樣具有誘變作用。

　?、谒幬锘蛏渚€引起的化學變化 亞硝酸能夠作用于腺嘌呤（A）的氨基而使它變?yōu)榇吸S嘌呤（HX）；可以作用于胞嘧啶（c）而使它變?yōu)槟蜞奏ぃ║）。這兩種氨基到酮基的變化帶來堿基配對關系的改變，從而通過 DNA復制而造成A∶T→G∶C或者 G∶C→A∶T置換。

　　羥胺只和胞嘧啶發(fā)生專一性的反應，所以它幾乎只誘發(fā) 置換而不誘發(fā)置換。此外，pH值低或高溫都可以促使DNA分子失去堿基特別是嘌呤，導致堿基置換。

　　紫外線的照射使 DNA分子上鄰接的堿基形成二聚體，主要是胸腺嘧啶二聚體T-T.二聚體的形成使DNA雙鏈呈現(xiàn)不正常的構型（見DNA損傷修復），從而帶來致死效應或者導致基因突變，其中包括多種類型的堿基置換。

　　移碼突變

　　誘發(fā)移碼突變的誘變劑種類較少，主要是吖啶類染料（圖6）。這些染料分子能夠嵌入DNA分子中，從而使DNA復制發(fā)生差錯而造成移碼突變。

　　定向誘變

　　利用重組DNA技術使DNA分子在指定位置上發(fā)生特定的變化，從而收到定向的誘變效果。例如將DNA分子用某一種限制性核酸內切酶處理，再用分解DNA單鏈的核酸酶S1處理，以去除兩個粘性末端的單鏈部分，然后用噬菌體T4連接酶將兩個平頭末端連接起來，這樣就可得到缺失了相應于這一限制性內切酶的識別位點的幾個核苷酸的突變型。相反地，如果在四種脫氧核苷三磷酸（dNTP）存在的情況下加入 DNA多聚酶Ⅰ，那么進行互補合成的結果就得到多了相應幾個核苷酸的兩個平頭末端。在T4接連酶的處理下，便可以在同一位置上得到幾個核苷酸發(fā)生重復的突變型。

　　在指定的位置上也可以定向地誘發(fā)置換突變。誘變劑亞硫酸氫鈉能夠使胞嘧啶脫氨基而成為尿嘧啶，但是這種作用只限于 DNA單鏈上的胞嘧啶而對于雙鏈上的胞嘧啶則無效。用識別位點中包含一個胞嘧啶的限制性內切酶處理DNA分子，使粘性末端中的胞嘧啶得以暴露（例如HindⅢ的識別位點是，經(jīng)限制酶HindⅢ處理后得到粘性末端，中間的這一胞嘧啶便暴露了）。經(jīng)亞硫酸氫鈉處理后胞嘧啶（c）變?yōu)槟蜞奏ぃ║）。通過DNA復制原來的堿基對C∶G便轉變成為 T∶A.這樣一個指定位置的堿基置換突變便被誘發(fā)。

　　還可以把人工合成的低聚核苷酸片段引入基因組中，以一定的方式改變某一基因等。

　　自發(fā)突變

　　所謂自發(fā)突變是指未經(jīng)誘變劑處理而出現(xiàn)的突變。從誘變機制的研究結果來看，自發(fā)突變的原因不外乎以下幾種。①背景輻射和環(huán)境誘變。短波輻射在宇宙中隨時都有，實驗說明輻射的誘變作用不存在閾效應，即任何微弱劑量的輻射都具有某種程度的誘變作用，因此自發(fā)突變中可能有一小部分是短波輻射所誘發(fā)的突變，有人估計果蠅的這部分突變約占自發(fā)突變的 0.1%.此外，接觸環(huán)境中的誘變物質也是自發(fā)突變的一個原因。②生物自身所產(chǎn)生的誘變物質的作用。過氧化氫是一種誘變劑。在用過氧化氫作誘變處理時加入過氧化氫酶可以降低誘變作用，如果同時再加入氰化鉀（KCN）則誘變作用又重新提高。這是因為KCN是過氧化氫酶的抑制劑。另外又發(fā)現(xiàn)在未經(jīng)誘變處理的細胞群體中加入KCN時，可以提高自發(fā)突變率，說明細胞自身所產(chǎn)生的過氧化氫是一部分自發(fā)突變的原因。在一些高等植物和微生物中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些具有誘變作用的物質，在長久儲藏的洋蔥和煙草等種子中也曾經(jīng)得到具有誘變作用的抽提物。③堿基的異構互變效應。天然堿基結構類似物5-溴尿嘧啶所以能誘發(fā)堿基置換突變，是因為5位（圖2）上的溴原子促使BU較多地以烯醇式結構出現(xiàn)。在正常的情況下酮式和烯醇式之間的異構互變也以極低的頻率發(fā)生著。