突变与重组的区别

主要区别——突变与重组

DNA 作为大多数生物体的遗传物质，为生长、发育和繁殖储存信息。生物体的完整 DNA 集称为基因组。生物体的基因组是随时间变化的动态实体。突变和重组是基因组中可能发生的两种变化。突变是指 DNA 短区域的核苷酸序列发生变化。另一方面，重组重建了基因组的一部分。这 主要区别 突变和重组之间的区别在于 突变带来基因组中的小规模重排，而重组带来基因组中的大规模重排.

涵盖的关键领域

1. 什么是突变 – 定义、类型、角色 2.什么是重组 – 定义、类型、角色 3. 突变和重组有什么相似之处 – 共同特征概要 4. 突变和重组有什么区别 – 主要差异的比较

关键词：染色体突变、DNA、移码突变、基因组、同源重组、点突变、重组、位点特异性重组、转座

什么是突变

突变是指基因或染色体的核苷酸序列发生永久性的、可遗传的变化。它可能是由于 DNA 复制过程中的错误或诱变剂（如辐射和化学物质）的破坏作用而引起的。突变可以是点突变，用另一个核苷酸替换单个核苷酸，移码突变，插入或删除一个或几个核苷酸，或染色体突变，改变染色体片段。

点突变

点突变也称为置换，因为它们取代了核苷酸。根据每种类型突变的影响，可以识别三种类型的点突变。它们是错义突变、无义突变和沉默突变。在 错义突变，基因核苷酸序列中单个碱基对的改变可能会改变单个氨基酸，这可能最终导致产生不同的蛋白质，而不是预期的蛋白质。在 无义突变，基因核苷酸序列中单个碱基对的改变可以作为抑制正在进行的翻译的信号。这可能导致产生由缩短的氨基酸序列组成的非功能性蛋白质。在 沉默突变，由于遗传密码的简并性，变化可能编码相同的氨基酸或具有相似特性的第二个氨基酸。因此，蛋白质的功能可能不会通过核苷酸序列的变化而改变。不同类型的点突变如图1所示。

图 3：点突变

移码突变

移码突变的三种类型是插入、缺失和重复。一个插入单个或几个核苷酸的数量会改变基因的碱基对数量。删除是从基因中去除单个或几个核苷酸。在重复，一个或几个核苷酸被复制一次或多次。因此，所有移码突变都会改变基因的开放阅读框，从而改变蛋白质的常规氨基酸序列。移码突变的效果如图 2 所示。

图 2：移码突变

染色体突变

染色体片段的改变类型是易位、基因重复、染色体内缺失、倒位和杂合性丧失。易位是非同源染色体遗传部分的互换。在 基因复制 ，特定等位基因的多个拷贝可能会出现，从而增加基因剂量。 染色体内缺失 是去除染色体片段。倒置改变染色体片段的方向。 杂合度 由于缺失或基因重组，一条染色体中的等位基因丢失，因此可能会丢失一个基因。染色体突变如图3所示。

图 1：染色体突变

基因组中的突变数量可以通过 DNA 修复机制最小化。 DNA 修复可以通过复制前和复制后两种方式进行。在复制前的 DNA 修复中，会搜索核苷酸序列中的错误并在 DNA 复制之前进行修复。在复制后 DNA 修复中，搜索新合成的 DNA 是否有错误。

什么是重组

重组是指 DNA 链的交换，产生新的核苷酸重排。它通过断裂和重新连接 DNA 片段发生在具有相似核苷酸序列的区域之间。重组是由各种酶和蛋白质调节的自然过程。遗传重组对于维持遗传完整性和产生遗传多样性很重要。重组的三种类型是同源重组、位点特异性重组和转座。位点特异性重组和转座都可以被认为是非染色体重组，其中不发生 DNA 序列的交换。

同源重组

同源重组负责减数分裂交叉以及转移的 DNA 整合到酵母和细菌基因组中。它被描述为 霍利迪模型.它发生在可以在有限区域内共享同源性的两个不同 DNA 分子的相同或几乎相同的序列之间。减数分裂过程中的同源重组如图 4 所示。

图 4：染色体交叉

位点特异性重组

位点特异性重组发生在具有非常短同源序列的 DNA 分子之间。它参与噬菌体 λ (λ DNA) 在其感染周期中的 DNA 整合到大肠杆菌基因组中。

换位

转座是重组用于在基因组之间转移 DNA 片段的过程。在转座期间，转座子或移动 DNA 元件的两侧是一对短的同向重复序列，通过重组促进整合到第二个基因组中。

重组酶是一类催化基因重组的酶。重组酶 RecA 存在于大肠杆菌中。在细菌中，重组通过有丝分裂和生物体之间遗传物质的转移发生。在古细菌中，发现 RadA 作为重组酶，它是 RecA 的直系同源物。在酵母中，RAD51 被发现是一种重组酶，DMC1 被发现是一种特定的减数分裂重组酶。

突变和重组之间的相似之处

定义

突变： 突变是指基因或染色体的核苷酸序列发生永久性的、可遗传的变化。

重组： 重组是指 DNA 链的交换，产生新的核苷酸重排。

意义

突变： 突变是基因组核苷酸序列的变化。

重组： 重组是染色体的一部分的重排。

类型

突变： 三种类型的突变是点突变、移码突变和染色体突变。

重组： 重组的三种类型是同源重组、位点特异性重组和转座。

发生

突变： DNA复制过程中的错误可能会导致突变。

重组： 重组发生在配子的制备过程中。

环境影响

突变： 突变可以由外部诱变剂诱导。

重组： 大多数重组是自然发生的。

变动金额

突变： 突变给基因组带来了小规模的变化。

重组： 重组给基因组带来了大规模的变化。

对进化的贡献

突变： 突变对进化的贡献较小。

重组： 重组是进化的主要动力。

角色

突变： 突变产生新的等位基因，将遗传变异引入特定人群。

重组： 重组给生物体的基因组带来大规模重排，从而导致进化。

结论

突变和重组是改变基因组 DNA 序列的两种机制。突变是核苷酸序列的改变，而重组则改变了基因组的大部分区域。由于重组对基因组的影响高于突变，因此重组被认为是进化的主要驱动力。突变和重组之间的主要区别在于每种机制对基因组核苷酸序列的影响。

参考：

1. Brown, Terence A.“突变、修复和重组”。基因组。第 2 版。，美国国家医学图书馆，1970 年 1 月 1 日，可在此处获取。

图片提供：

1. Jonsta247 的“点突变-en”——通过Commons Wikimedia 自己的作品（GFDL） 2. 基因组学教育计划的“移码突变（13080927393）”——通过Commons Wikimedia 的移码突变（CC BY 2.0） 3.“染色体突变-en ” 作者：GYassineMrabetTalk✉此矢量图像是使用 Inkscape 创建的。 – 通过 Commons Wikimedia 基于 Chromosomenmutationen.png（公共领域）的自己的作品 4. MichelHamels 在法语维基百科的“Crossover 2” – Bloody-libu 使用 CommonsHelper（公共领域）通过 Commons Wikimedia 从 fr.wikipedia 转移到 Commons