生物进化定点突变的方法

摘 要：生物体都是在不断变化的,而生物进化是每一生物体生存,发展的目的与结果.从非细胞形态生命体到多细胞,组织,器官形态生命体,从简单的低等生物到复杂的高等生物都经历了一个长期演化的过程.本文旨在简单介绍生物进化的过程以及对通过基因突变使生物定向进化的研究方法进行综述,并对今后研究进行展望.

Abstract：Organisarechangingallthetime,whilebiologicalevolutionisthepurposeandresultofeachlife'ssurvivalanddevelopment.Fromacellularanistocellularaniswithmanycells,tissuesandans,fromsimpleloweranistoplicatedhigheranis,theyexperiencedalong-termevolutionalprocess.Thispaperaimstointroducetheprocessofbiologicalevolutionandsummarizethebiologicaldirectedevolutionresearchmethodsthroughthegenemutation,andfinallydiscussthefutureresearch.

关 键 词：生物进化；基因突变；定向进化

Keywords：biologicalevolution；genemutation；directionalevolution

中图分类号：K826.15文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）09-0305-02

0引言

地球上的生命已经生存了38亿年,自原始生命诞生开始,就不停的变化、演进、延续,进入一个漫长而无终止的过程.生命进化历程经历了冥古代,太古代,元古代,古生代,中生代和新生代.相应的生命进化理论包括,“用进废退”、“获得性遗传”的早期进化论,“物竞天择,适者生存”的达尔文进化论,包括“突变,遗传平衡,隔离”的现代综合进化论,“突变压和随机漂变”的中性突变学说[1].

生命体的进化总是从简单到复杂,从低级到高级,包括无细胞结构的病毒的进化,原核和真核微生物的进化,植物的进化,动物的进化,人类的进化.自然界的任何物种都存在变异,变异是生物适应环境和维持生存的一种重要方式,是进化的规律.任何一种生物体都想使自身物种尽可能多、尽可能长久的繁衍生息、子孙绵长,因此,生物不断地随着自然环境的变化而变化,以达到最大限度的适应性生长.因而生物通过突变和自然选择处于不断进化之中.

在漫长的系统发育过程中,突变为生物进化提供了材料.而目前采用分子生物学实验手段,构建突变基因,研究生物的定向进化.本文综述了已采用的定向进化的实验方法,从而为定向突变的研究提供技术支撑.

1生物进化

1.1病毒的进化病毒通过基因突变（自发突变和诱发突变）,染色体畸变（转入,插入,缺失,重组,重排等）和自然选择,实现了病毒的多样性和进化.一般,DNA病毒通过与宿主共同进化的方式生存,而RNA病毒则采用选择多种宿主,当一种宿主面临危险时,转移到另一种宿主中复制增殖的方式生存[2].

1.2微生物的进化

1.2.1原核微生物的进化一些微生物通过共生、寄生等种间关系与其他生物生存在一起,实现协同进化.这种宿主-微生物间的相互作用是生物进化的动力.进化主要表现在微生物和宿主基因组上共同发生适应性的变化.

1.2.2真核微生物的进化真核微生物中的真菌是生态系统中的分解者.由于要适应不同的环境,因而行不同的生活方式,如：寄生、腐生和共生生活,实现了其自身的进化.

1.3植物的进化现存的植物种类至少有40多万种,经历了由水生到陆生,由无胚的低等植物到有胚的高等植物的进化过程.不能离开水的植物――真核藻类植物；过渡性的陆地植物――苔藓植物；正的陆生植物――维管植物.

1.4动物的进化动物的进化同样经历了一个漫长的过程.动物由原生动物进化到后生动物,由无脊椎动物进化到有脊椎动物.动物的进化使其形成复杂的种内、种间关系,如种内关系中性选择、婚配制度、领域和社会等级、集群生活；种间关系中竞争、捕食、寄生、共生.

1.5人类的进化人类的进化伴随着对各种环境因素的适应,包括温度适应性进化、紫外辐射适应性进化、日照时间的适应性进化、降水的适应性进化、低压性缺氧的适应性进化、环境病原体的适应性进化、环境来源的适应性进化等[3].

2定向进化的实验方法

2.1辐射诱变辐射诱变中最常用的方法是紫外线诱变.紫外线可使相邻的两个嘧啶碱基形成嘧啶二聚体,导致DNA双螺旋发生弯曲和纽结,直接影响DNA的复制和转录中碱基的配对.此诱变效率高,但易造成损伤.

2.2化学诱变

2.2.1碱基类似物5-溴尿嘧啶酮式是胸腺嘧啶的类似物,它可与腺嘌呤配对,而其烯醇式与鸟嘌呤配对.2-氨基嘌呤作为腺嘌呤的类似物与胸腺嘧啶配对,当发生质子化后又可与胞嘧啶发生错配.它们都在DNA合成时取代正常碱基掺入DNA分子中,参与DNA复制,引发突变.

2.2.2碱基修饰剂碱基修饰剂包括烷化剂和脱氨基剂.烷化剂如乙基甲磺酸,亚硝基胍等,脱氨基剂如硝酸及其盐.这些诱变剂不掺入DNA而是直接通过改变碱基,造成特异性的碱基错配.

2.2.3DNA嵌入剂原黄素、吖啶橙等染料,可以嵌入DNA的碱基对之间,造成其碱基对发生倾斜,并在嵌入位置导致单核苷酸对的插入或缺失,引起移码突变.

2.3定点突变

2.3.1寡核苷酸诱导的基因定点突变将某基因克隆到质粒载体中,人工合成含有突变位点的一对引物,使该突变位点位于引物中心附近,两端有足够的序列以保证其配对,进行PCR扩增[4].

2.3.2依赖聚合酶链式反应（PCR）的体外诱变包括易错PCR法、DNA改组、交错延伸、DNA家族改组、RD-PCR重组、凌乱法、临时模板随机嵌合技术、单链DNA介导的家族改组、融合PCR,通过以上方法均可实现定向进化[5].

3结论与展望

任何生物体都处于不断地发展变化之中,进化是必然的结果.分子生物学为定向进化的研究提供了强有力的实验手段与方法.但其也存在着问题,例如在偶然性的作用下,DNA突变也会朝着不利于人类进化的方向进行,一旦这些突变逃脱机体免疫系统的控制,就会造成癌症的发生.这就要去科研工作者要不断的改进实验方法,筛选有利突变,避免有害突变,以求为人类科学进步做出更大的贡献.