致死突變型

1905年法國學者L·居埃諾首先報道小鼠的黃色突變型從來沒有育成過純種。這種使小鼠體毛呈黃色的突變基因AY對黑色基因 a雖然是顯性的，但所有黃鼠近交所產生的後代都是2黃色︰1黑色，而不是通常應出現的3︰1分離比（見孟德爾定律）。這種黃色小鼠與黑色小鼠雜交的子代則是1黃色︰1黑色。這表明黃色的小鼠是雜合體。後來的研究證明了含兩個AY基因的純合體黃色小鼠的胚胎曾在母體內出現過，但都在發育早期死亡了。此外又發現將黃色小鼠自交產生的子代個體數同黃色小鼠和黑色小鼠雜交所產生的子代個體數相比平均約少1/4。這些事實證明 AY基因有多效性：它既是一個影響毛色的顯性基因，又是一個影響生活力的隱性致死基因。AY基因純合體的胚泡植入子宮壁后不久便死亡，所以這種小鼠的黃色變種不可能育成純種。上述雜交結果可以表示如下：

親代　AYa X AYa

（黃色） ↓ （黃色）

子代　1AYAY ：　2AYa ： 1aa

（死亡）　（黃色） （黑色）

此後在異體交配的動、植物群體及人類中普遍地發現了隱性致死突變型。這種突變型在雜合狀態下一般不影響個體的生活力，但純合狀態則會引起死亡。例如在植物中的隱性白苗致死突變型在純合情況下幼苗缺乏合成葉綠素的能力，子葉中的養料耗盡就會死亡。又如人類中的一種致死性大皰性表皮鬆解症是常染色體隱性遺傳疾病，如果隱性致死基因呈純合狀態則個體在胚胎期死亡。

致死突變型按表現程度可分為全致死的（純合體全部死亡或至少90%死亡），亞致死的（純合體死亡率達50～90%），半致死的（純合體死亡率在10～50%之間）和弱致死的（即類正常的，純合體死亡率在10%以下）幾種。按環境條件對致死效應的影響又可分為條件致死的（例如溫度敏感突變型在較低溫度下不出現致死效應在較高溫度下出現致死效應）和非條件致死的（在已知任何條件下都有致死效應）兩類。按致死作用發生的階段還可分為配子致死的（花粉死亡）和合子致死的（受精后合子不能發育）、胚胎致死的和幼體致死的。按照個體發育中致死作用時相來分，又可以分為單相致死的（只在某一時期致死）、多相致死的（致死期有兩個或兩個以上）、無相致死的（致死作用可以發生在任何一個時期）。

致死突變可發生在任何染色體上；發生在常染色體上的稱常染色體致死，發生在性染色體上的稱為伴性致死。在果蠅等性染色體屬XY型的生物中，如果隱性致死突變發生在 X染色體上，對雄性果蠅即可產生致死效應；但對雌性果蠅則只有兩個隱性致死突變基因純合才會造成死亡。如果在雌性果蠅的一個 X染色體上帶有致死基因1，在另一個X染色體上帶有它的等位顯性基因 L，雌果蠅就可以生活和產生後代。所以雌性果蠅可以是隱性致死基因的長期攜帶者。這種雌性雜合體(L1)果蠅和正常的雄性果蠅交配所產生的子代的雌雄比不是1♀︰1♂而是2♀︰1♂。

顯徠性的致死突變型在雜合狀態下即可致死，因此顯性致死突變型只有條件致死的，半致死的或弱致死的。例如人類的Ⅱ型家族性高脂蛋白血症是常染色體顯性突變型，它的主要臨床特徵是高血脂和多發黃色瘤，部分患者常早年死於心肌梗塞。

在野生型生物可生育或增殖的條件下，而不能生育或增殖的突變型，即需要特定的營養物質的營養缺陷型以外的突變型，稱為條件致死突變型。例如熟知的有在某種培養溫度中不能生育的溫度敏感突變型，特別是只有在具有某種抑制基因的寄主細菌中才能夠增殖的噬菌體無義突變型等等，在前一種誤義突變（missense mutation）的場合，乃是該基因產物的某種蛋白質中通常有一個氨基酸發生了置換，和野生型的同種蛋白質相比較它的活性是對溫度敏感，其結果是突變型的生育和增殖也變成溫度敏感的了。另一方面，必要的基因發生了無義突變，與之對應的蛋白質鏈的延伸在發生無義突變的部位就中止下來，因此就形成了無活性的不完全的多肽，結果便使該生物不能增殖。但在具有能翻譯無義密碼子的tRNA的菌株中，由於能合成具有活性的蛋白質，所以就可能增殖。條件致死突變型先是在細菌和噬菌體中獲得的，以後在藻類、黴菌、果蠅，組織培養細胞以及動物病毒等生物中都已普遍獲得，所以已被廣泛地利用來弄清有關生物高分子、特別是核酸、蛋白質的合成，以及細胞分裂等生物體內必須過程的遺傳的和生物化學的因素，這是一種有效的研究手段。

觀察雜交的子代是否出現不正常分離比、異常的雌雄比和有規律的早期夭折等都有助於發現致死突變型。1927年美國遺傳學家H·J·馬勒首創 C1B法用來檢測果蠅伴性致死突變基因。這裡1(lethal)代表X染色體上的一個隱性致死基因；B代表同一X染色體上的顯性棒眼基因(bareye,B)；C(crossover suppressor)代表 X染色體上一段包括1和B的倒位，它能抑制交換的發生（見染色體畸變），從而保證1和B在連續的世代中穩定地聯繫在一起，所以棒眼性狀的存在就表明這一隱性致死基因的存在。檢測方法是用誘變因子（如 X射線）處理雄性果蠅，然後將它和 C1B雌性果蠅交配，子一代會出現棒眼雌蠅，把子一代中的棒眼雌蠅與野生型雄蠅作單對交配，子二代雌雄蠅數目之比應是2︰1。但是如果在子一代的雌蠅中來自雄性親體的 X染色體上發生了一個隱性致死突變，那麼子二代中就看不到雄性果蠅（圖1）。應用這一方法可以檢測 X連鎖隱性致死基因突變率。馬勒用這種方法測得的果蠅 X連鎖隱性致死自發突變率大約是0.1～0.2%。以後又發展起來的Muller-5法、駢連X染色體法等可以用來更有效地檢測果蠅的X連鎖隱性致死突變率。

馬勒在1918年發現果蠅的蠣殼翅 (Bea-ded,Bd) 基因是一個隱性致死的顯性形態基因。經過選擇，可以得到一個只產生蠣殼翅果蠅的真實遺傳品系。以後證明在這一品系中還有另一個隱性致死基因1,Bd基因與1基因分別位於一對同源染色體的不同位置上，而且還有一個能抑制Bd基因與 1基因發生交換的因子。這一真實遺傳的蠣殼翅品系的基因型可以寫作Bd+/+1，由於Bd和1之間不發生交換，所以Bd+/+1果蠅的後裔只可能是Bd+/Bd+、+1/+1和Bd+/+1三種。可是Bd+/Bd+和+1/+1兩種是致死的，因此實際上只有后一種能夠生存，而且都具有蠣殼翅表型。所以在這一平衡致死系統中，每一存活的個體都是雜合體，無須選擇而能保持真實遺傳。雜合狀態一般有利於物種的生存（見雜種優勢），而致死基因雖然對個體有害卻有利於雜合性的保持。

二倍體生物的致死突變型的純合體不能生存或生活能力較低，所以一般難以保持致死基因的真實遺傳品系。平衡致死系統可以用來保持致死突變型的真實遺傳品系。在單倍體生物（如病毒、細菌）中，致死突變型往往無法保存。所以在這些生物中條件致死突變型對於遺傳學研究有特別重要的意義，因為可以在非致死條件下保存它們，在致死條件下對它們進行研究。例如在T4噬菌體中發現的幾十種溫度敏感致死突變型在低溫下可以在寄主細菌中增殖，然後以完整顆粒的形式釋放出來。但在較高溫度下某些突變型不能產生頭部，另一些不能產生尾或尾絲等部分。對於這些突變型研究的結果表明T4噬菌體是通過三條裝配線而形成一個成熟噬菌體的。又如在大腸桿菌中已經發現十幾個在高溫中不能進行DNA複製的溫度敏感突變型。由於DNA是生命活動中的必要物質，所以這些突變型都是致死的，只在某一種條件下才能生存。對於這些條件致死突變型進行深入研究，將有助於對 DNA複製過程的了解。高等動植物必須通過複雜的胚胎髮育過程才能成為一個個體。對各類致死突變型的研究也將有助於對發育機制的了解。

致死突變型還可以應用於育種實踐，1975年B·A·斯特魯尼科夫利用性連鎖平衡致死原理育成了幾乎只產雄蠶的家蠶品系。雄性家蠶的性染色體是ZZ，雌性家蠶是ZW。11和12是兩個Z染色體上的致死基因，將不帶有致死基因的雌蛾WZ和兩個 Z染色體上分別帶有致死基因11和12的雄蛾進行雜交，雌蛾所產的蠶卵中雌性蠶卵WZ(11)或WZ(12)全部不能孵化, 而雄性蠶卵++/11+或++/+12則可以孵化。