课程内容：
《基因突变和基因重组》
    有性生殖的生物在通过减数分裂形成配子的过程中，要进行染色体的复制，实质是遗传物质DNA的复制。碱基互补配对原则，能保证DNA复制的准确性，使亲子代间的遗传信息，保持一致。但类似抄错句子一样的错误，会不会发生呢？
    基因突变的实例
    镰刀型细胞贫血症是一种遗传病。正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状，而镰刀型细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲的镰刀状。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。这种病是怎样形成的呢？对患者红细胞的血红蛋白分子的分析研究发现，在组成血红蛋白分子的多肽链上，发生了氨基酸的替换。
    碱基的替换可导致基因的改变，从而引起所编码的蛋白质的改变。那么，若编码蛋白质的DNA的碱基序列发生碱基的增添或缺失，是否也会导致蛋白质结构的改变，从而引起性状的改变呢？答案是肯定的。DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变，叫做基因突变。
    基因突变若发生在配子中，将遵循遗传规律传递给后代。若发生在体细胞中，一般不能遗传。但有些植物的体细胞发生基因突变，可通过无性繁殖传递。此外，人体某些体细胞基因的突变，有可能发展为癌细胞。
    基因突变的原因和特点
    1927年，美国遗传学家缪勒发现，用X射线照射果蝇，后代发生突变的个体数大大增加。同年，又有科学家用X射线和r射线照射玉米和大麦的种子，也得到了类似的结果。此后，人们逐渐发现，易诱发生物发生基因突变并提高突变频率的因素可分为三类：物理因素、化学因素和生物因素。例如，紫外线、X射线及其他辐射能损伤细胞内的DNA；亚硝酸、碱基类似物等能改变核算的碱基；某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA等。但是，在没有这些外来因素的影响时，基因突变也会由于DNA分子复制偶尔发生错误、DNA的碱基组成发生改变等原因自发产生。
    由于自然界诱发基因突变的因素很多，基因突变还可以自发产生，因此，基因突变在生物界中是普遍存在的。无论是低等生物，还是高等植物以及人，都会由于基因突变而引起生物性状的改变。例如，棉花的短果枝，水稻的矮杆，牛犊的白色皮毛，果蝇的白眼，鸡的卷羽，以及人的红绿色盲、白化病等。
    由于DNA碱基组成的改变是随机的、不确定的，因此，基因突变是随机发生的，不定向的。基因突变的随机性表现在基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期；可以发生在细胞内不同的DNA分子上；同一DNA分子的不同部位。基因突变的不定向表现为一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因，如控制小鼠毛色的灰色基因既可以突变成黄色基因，也可以突变成黑色基因，而且基因突变的方向和环境没有明确的因果关系。
    在自然状态下，基因突变的频率是很低的。据估计，在高等生物中，大约10⁵-10⁸个生殖细胞中，才会有1个生殖细胞发生基因突变。虽然基因突变的频率很低，但是当一个种群内有许多个体时，就有可能产生各种各样的随机突变，足以提供丰富的可遗传的变异。例如，在适宜条件下生长1-2d的大肠杆菌培养物的浓度约为10⁹个细胞每毫升。虽然DNA复制的差错就可能发生几百万个突变，可能包含大肠杆菌基因的上千种变异形式。这些变异有些可能影响大肠杆菌的生存，但也有极少数可能增强大肠杆菌的生存能力，如获得某些抗生素的抗性。
    对生物来说，基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，而对生物有害，但有些基因突变，也可能使生物产生新的性状，适应改变的环境，获得新的生存空间。还有些基因突变既无害也无益。总之，基因突变尽管是随机的，不定向的，在自然状态下，突变频率很低，但却是普遍存在的，它是新基因产生的途径；是生物变异的根本来源；是生物进化的原始材料。
    基因重组
    基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。基因的自由组合定律告诉我们，在生物体通过减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因也自由组合，这样，由雌雄配子结合形成的受精卵，就可能具有与亲代不同的基因型，从而使子代产生变异。另一种类型的基因重组发生在减数分裂形成四分体时期，位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体的交换而发生交换，导致染色单体上的基因重组。
    举例来说，人的同卵双胞胎，由于基因组成的相同，性状十分相像。除此之外，没有两个同胞兄弟或同胞姊妹在遗传上完全相同。
    通常的解释是，有性生殖的基因重组有助于物种在一个无法预测将会发生什么变化的环境中生存。这是因为，基因重组能够产生多样化的基因组合的子代，其中可能有一些子代会含有适应某种变化的、生存所必需的基因组合。所以说，基因重组也是生物变异的来源之一，对生物的进化也具有重要的意义。