诱发基因突变的因素

根据基因突变发生的原因，可将突变分为自发突变（spontaneous mutation）和诱发突变（induced mutation）。自发突变也称自然突变，即在自然条件下，未经人工处理而发生的突变。诱发突变是指经人工处理而发生的突变。能诱发基因突变的各种内、外环境因素统称为诱变剂（mutagen）。不同诱变剂可以诱发相同类型的突变，也可诱发不同类型的突变。自发突变可能归因于环境中的辐射本底及其他致突变物，或者机体代谢过程中产生的一些有致突变作用的中间代谢产物，以及各种复制误差等。尽管原因不是很明确，但其DNA变化的特点常与诱发突变相似。因此，人工诱变过程是研究突变发生机制的重要途径。很多物理、化学和生物学因素都可诱发基因突变。许多诱变剂除可以诱发基因突变之外，也可以导致染色体畸变，并具有致癌或致畸作用，由此提示肿瘤和畸胎（胎儿畸形）的发生可能与遗传物质的某种变化有关。

一、物理因素

1.紫外线 紫外线是引起基因突变的重要诱变剂。在紫外线的照射下，细胞内DNA的结构发生损伤，通常是DNA顺序中相邻的嘧啶类碱基结合成嘧啶二聚体，最常见的为胸腺嘧啶二聚体（TT）（图2－1）。嘧啶二聚体的形成，使DNA的局部结构变形。当复制或转录进行到这一部位时，碱基配对发生错误，从而引起新合成的DNA或RNA链的碱基改变。

2.电离辐射 电离辐射的诱变作用是射线（X－射线、γ－射线和快中子等）直接击中DNA链，能量被DNA分子吸收，引起染色体内部的辐射化学反应，导致DNA链和染色体的断裂，其片段发生重排，引起染色体结构畸变。除电离辐射外，电磁波辐射也是引起基因突变的物理诱变剂。

图2－1 紫外线诱发胸腺嘧啶二聚体

二、化学因素

1.羟胺 羟胺（hydroxylamine，HA）可使胞嘧啶（C）的化学成分发生改变，而不能正常地与鸟嘌呤（G）配对，而改为与腺嘌呤（A）互补。经2次复制后，C－G碱基对就变换成T－A碱基对（图2－2）。

2.亚硝酸或含亚硝基化合物 这类物质可以使碱基中的氨基（－NH2）脱去，而产生结构改变。例如，A被其脱去氨基后可变成次黄嘌呤（H），H不能再与T配对，而变为与C配对，经DNA复制后，可形成A－T→G－C的转换（图2－3）。

图2－2 羟胺引起的DNA碱基对的改变

图2－3 亚硝酸引起DNA碱基对的改变

3.烷化剂 甲醛、氯乙烯、氮芥等这一类具有高度诱变活性的烷化剂，可将烷基（CH3－、C2H5－等）引入多核苷酸链上的任何位置，被其烷基化的核苷酸将产生错误配对而引起突变。例如，烷化鸟嘌呤可与T配对，形成G－C→T－A的转换（图2－4）。

图2－4 烷化剂引起的DNA碱基对的改变

4.碱基类似物 5－溴尿嘧啶（5－BU）、2－氨基嘌呤（2－AP）等碱基类似物可以取代某些碱基而插入DNA分子引起突变。5－BU的化学结构与T相类似，它既可以与A配对，也可以与G配对。如果5－BU取代T以后，一直保持与A配对，所产生的影响并不大；如果它以后又转成与G配对，经1次复制后，就可以使原来的A－T对变换成G－C对（图2－5）。

图2－5 5－BU引起的DNA碱基对的改变

5.芳香族化合物 吖啶类和焦宁类等扁平分子构型的芳香族化合物可以嵌入DNA的核苷酸序列中，导致碱基插入或丢失的移码突变。

三、生物学因素

1.病毒 在生物学因素中，病毒如麻疹病毒、风疹病毒、流感病毒和疱疹病毒等是诱发突变的重要因素。但关于病毒引起突变的机制，目前还不很清楚。RNA病毒有可能是通过反转录酶合成病毒DNA，再插入到宿主细胞的DNA序列中，而引起突变的发生。

2.真菌和细菌 真菌和细菌所产生的毒素或代谢产物也能诱发基因突变，例如存在于花生、玉米等中的黄曲真菌所产生的黄曲霉素具有致突变作用，并被认为可能是引起肝癌的一种致癌物质。