化学诱变剂chemical mutagen

能诱致基因或染色体发生突变的化学药剂。人工诱变上利用的主要有：
❶烷化剂，如甲基磺酸乙酯(EMS)、乙烯亚胺(EI)等。这类物质有一个或多个活泼的烷基，烷基置换其他分子的氢原子，而使碱基改变。
❷核酸碱基类似物，如溴尿嘧啶(BU)、5-溴去氧尿核苷(BUdR)等。其参入DNA后，会使DNA复制发生配对上的错误。
❸抗生素，如重氮丝氨酸、丝裂霉素C等。会破坏DNA和核酸而致使染色体断裂。不少化学诱变剂有致癌作用，使用时务必谨慎。以育种为目的的人工诱变，宜选已知其化学性能且诱变效果明显的化学诱变剂。

化学诱变剂

化学诱变剂是指能使病毒提高其突变率的化学物质。
病毒中的核酸是遗传的物质基础，病毒核酸序列的改变，导致遗传信息的变化叫做病毒突变。核酸有相当程度的可塑性，病毒核酸在可塑性范围内的改变，仍然可不失去其复制功能。这种不失去复制功能的改变是可以遗传下去的。化学诱变剂引起的突变主要由核苷酸置换（或称碱基置换）以及缺失或嵌入一个或多个核苷酸所引起的。病毒核酸是通过氢键由碱基的特异配对进行复制的。碱基的特异配对是腺嘌呤与胸腺嘧啶或尿嘧啶配对，即A—T(或U)；鸟嘌呤则与胞嘧啶配对，即G—C。这种配对在一般情况下是很正确的，所以可保持遗传的相对稳定性。但酮式碱基与烯醇式碱基可互相转变即所谓异构转变。当酮式碱基转变为烯醇式碱基时，往往可引起突变，如酮式胸腺嘧啶转变为烯醇式胸腺嘧啶后，可引起不正常碱基配对，即胸腺嘧啶可与鸟嘌呤配对，而不是与腺嘌呤配对。胸腺嘧啶的正常配对和不正常配对见图1。

图1 胸腺嘧啶的正常配对和不正常配对

其他碱基如鸟嘌呤也可引起酮式-烯醇式转变。鸟嘌呤呈烯醇式时，可与胸腺嘧啶配对。然而，烯醇式的碱基在通常生理条件下是很少发生的，虽然如此，这种少见的结构为核苷酸置换及由此引起的突变提供了理论基础。化学诱变剂引起的碱基置换大多属转换（即由一种嘌呤置换另一种嘌呤或一种嘧啶置换另一种嘧啶）。化学诱变剂引起颠换（即嘌呤置换嘧啶或嘧啶置换嘌呤）却是少见的。有的化学诱变剂还可能引起移码突变，即DNA上缺失或嵌入一个（或多个）碱基后，核苷酸序列发生移位，移位后有时可使基因编码的蛋白质氨基酸序列全部发生改变。
下面列举一些能引起病毒突变的化学诱变剂及其诱变原理。
亚硝酸 能使病毒核酸中的碱基引起脱氨作用，对RNA病毒有很强的诱变作用。以(+)链RNA病毒为例(图2)，亚硝酸使 (+)链RNA上的腺嘌呤(A)脱氨变为次黄嘌呤(H)，在复制(-)链时，次黄嘌呤可与胞嘧啶(C)配对，进而在复制(+)链时，胞嘧啶与鸟嘌呤(G)配对，所以在子代(+)链RNA上，腺苷酸被鸟苷酸代替(图2a)；胞嘧啶脱氨变成尿嘧啶(U)，在复制(-)链时，尿嘧啶与腺嘌呤配对，进而复制(+)链时与尿嘧啶配对，因此在子代(+)链RNA上胞苷酸被尿苷酸代替(图2b)；鸟嘌呤脱氨变成黄嘌呤(x)，在复制(-)链时可与胞嘧啶配对，复制(+)链时与鸟嘌呤配对，因此在子代(+)链RNA上恢复成鸟苷酸(图2c)。然而，黄嘌呤在pH中性时，较易于电离，这可干扰碱基对形成 （即不能作为模板）而引起致死性作用。在双链DNA中的碱基脱氨后，在复制时以相同的原理，使G—C转换为A—T;A—T转换为G—C(图3)。亚硝酸对双链DNA诱变作用较小，这可能在双链DNA中，由于其碱基上的氨基不易与亚硝酸起作用之故。

图2 亚硝酸作用于(+)链RNA后的复制情况

图3 亚硝酸作用于双链DNA，复制后G—C变A—T,A—T变G—C

羟胺 也可使病毒发生突变。羟胺仅与嘧啶起反应，与嘌呤不起反应。羟胺与核酸中胞嘧啶作用后，可产生三种产物(图4)。一般认为羟胺与胞嘧啶第4碳上的氨基起作用形成的产物(图4左侧产物)可导致突变； 羟胺作用于胞嘧啶环第5、第6位上时，产生两种产物(图4右侧两种产物)，可导致病毒失活。羟胺作用于胞嘧啶第4碳上的氨基时，由于羟胺衍生物的形成，使胞嘧啶与腺嘌呤配对，不是与鸟嘌呤配对。所以在DNA复制时，在G—C的位置上变为A—T。羟胺对DNA噬菌体S₁₃等已证实有诱变作用。羟胺与尿嘧啶作用可破坏嘧啶环，而使病毒失活。

图4 羟胺与核酸中胞嘧啶作用后的产物

烷化剂 对病毒的诱变作用，如二甲基硫酸盐与TMV-RNA作用时，烷基主要作用于鸟嘌呤第7位的氮原子上，形成7-甲基鸟嘌呤，鸟嘌呤烷化后可引起异构转变而导致突变。烷化剂与双链DNA作用时，主要也作用于鸟嘌呤环的第7位的氮原子上，而引起异构转变，在复制时使碱基对改变，导致G—C转换为A—T。烷化剂甲基乙基磺胺与DNA作用时，鸟嘌呤环第7位上乙基化后可发生脱嘌呤作用，在复制发生前，脱嘌呤后所留下的空缺可被任何一个碱基填补，因此发生错误配对而引起突变。
碱基类似物 是在体内 （细胞内）作用于病毒的诱变剂。碱基类似物5-溴尿嘧啶(BU)是一种很强的诱变剂。BU与胸腺嘧啶相似，其5-溴基占的空间与胸腺嘧啶上的甲基所占空间很接近，所以易于取代胸腺嘧啶而渗入到DNA上。因BU中的5-溴基有较高的电子亲和力，所以易于使酮式BU转变成烯醇式BU。BU呈烯醇式时则可与鸟嘌呤配对，而不是与腺嘌呤配对。与酮式BU相比，实际上烯醇式BU是很少见的。BU引起的错误配对，可有两种形式的转换，一种称“底物转换”，即烯醇式BU为底物与鸟嘌呤配对而渗入至DNA链上，在复制时形成G—C转换为A—T(图5)。另一种形式的转换称“模板转换”，即酮式BU渗入DNA后，在DNA链上异构转变为烯醇式BU，则A—T转换为G—C(图6)。

图5 烯醇式BU为底物引起的错误配对(G—C变A—T)

图6 烯醇式BU为模板引起的错误配对(A—T变G—C)

插入性化学物质 如前黄素和6-氨基氮杂菲 (6-ami-nophenanthridine)等能插入至双链DNA邻近碱基对之间或与一个（也可多个）碱基结合，可引起突变，其机理尚不清楚，但很可能插入后可发生移码突变的缘故。插入性化学物质引起突变的现象，已在DNA噬菌体-细菌体系观察到。
以上列举的一系列诱变剂，除了有诱变作用外，可同时有病毒失活现象，而且使病毒失活的现象，往往是主要的。

化学诱变剂

chemical mutagen