第五節　基因變異與疾病

物種在進化繁衍和生命活動中，遺傳物質通常可以在一定的時間范圍內保持相對穩定的分子組成結構和生物學功能以維持穩定的遺傳性狀。當物種受內外環境因素的作用和影響，其遺傳物質可能發生某些變化，這個過程稱為突變（mutation）。

基因突變是生物界廣泛存在的遺傳事件，可能會發生在生殖細胞與體細胞中。生殖細胞中發生的突變基因，一般通過有性生殖途徑傳遞給后代，并存在于后代個體的每個細胞中。從進化的角度來看，基因突變導致的有利性或中性變異（如有助于生物生存等），會隨著物種的繁衍不斷累積并趨于穩定，為不同物種的演化提供豐富的原材料和生物學基礎，并通過自然選擇不斷促進種群的系統發育和新的種群產生；而基因突變導致的有害變異或不利于物種生存的變異，可能會導致多種遺傳性疾病的發生，從而增加物種群體的遺傳負荷。而發生在體細胞中的基因突變（somatic mutation），不會直接傳遞給后代個體，但可以通過突變細胞的分裂增殖在后代子細胞中傳遞，形成突變的細胞克隆，并形成腫瘤病變或細胞癌變。

基因突變具有顯著的特性，包括多向性、隨機性、重復性、可逆性、有害性。①多向性是指任意一個基因，都有可能獨立地發生多次不同的突變而形成新的等位基因或形成所謂的復等位基因；②隨機性是指基因突變對于任一生物及個體的任一細胞或基因，其發生都是隨機的，但不同基因、不同物種發生突變的頻率可能有所差異，如人類基因的突變頻率約為10-6～10-4；③重復性是指已經發生過突變的基因在特定條件下仍然可以再次獨立發生突變并形成新的等位基因；④可逆性是指基因突變形成的突變型可以通過再次突變等過程變為野生型，從野生型突變為突變型稱為正向突變（forward mutation），從突變型變為野生型稱為回復突變（reverse mutation），通常正向突變率遠高于回復突變率；⑤有害性是指如果對物種具有決定性意義的基因發生突變，往往會對生物的生存帶來消極或不利的影響。

一、基因突變的類型

基因突變的過程可以造成細胞水平的染色體數目和結構異常，也可以造成分子水平的DNA堿基序列或結構變化，即染色體畸變（chromosome aberration）和基因突變（gene mutation）兩大類。基因突變有可能是中性或者良性，而“突變”這個詞被認為帶有“有害”的含義。因此，為了避免語義的偏差，近年來，用變異（variant）代替突變（mutation）來描述DNA的改變變得越來越常見。在大部分情況下，由于“變異”和“突變”語義相同，在本書中未做區分。

（一）染色體畸變——染色體整倍體和非整倍體異常

染色體畸變是指體細胞或生殖細胞內染色體發生的異常，其引起的后果在細胞周期不同時限內有所不同。染色體畸變可分為數目畸變（numerical aberration）和結構畸變（structural aberration）兩種，其中數目畸變又分為整倍性改變和非整倍性改變。染色體的數目或結構畸變通常會導致染色體片段基因群的增減或位置改變，造成遺傳物質改變，從而引起染色體異常綜合征或染色體疾病。

正常人體生殖細胞精子和卵子所包含的全部染色體稱為一個染色體組。精子和卵子為單倍體（haploid），以n表示，含有22條常染色體和1條性染色體。正常人體受精卵為二倍體（diploid），以2n表示，含有22對常染色體和1對性染色體。體細胞染色體數目的增加或減少，稱為染色體數目畸變。

若體細胞染色體數目變化體現為單倍體（n）的整倍數增加或減少，則稱為整倍性（euploidy）改變。在2n基礎上增加一個染色體組，染色體數變為3n，即三倍體（triploid）；在2n基礎上增加兩個染色體組，染色體數為4n，即四倍體（tetraploid）；在2n基礎上減少一個染色體組，染色體數為n，即單倍體。三倍體及以上的統稱為多倍體。根據研究表型，流產胎兒中三倍體較為常見，極少數存活到出生的三倍體胎兒多為2n/3n的嵌合體。三倍體的形成原因可為雙雌受精或雙雄受精，四倍體的形成原因主要是核內復制或核內有絲分裂。

若體細胞染色體數目變化體現為增加或減少了一條或數條，統稱為非整倍性（aneuploidy）改變，臨床上較為多見。當體細胞中染色體數目少了1條或數條時，稱為亞二倍體，即2n-m（其中m ＜ n），構成單體型。當體細胞中染色體數目多了1條或數條時，稱為超二倍體，即2n+m（其中m ＜ n），構成三體型。同時存在兩種或兩種以上的細胞系的個體稱為嵌合體（mosaic）。嵌合體多見于數目異常、結構異常、數目與結構異常之間。

（二）染色體畸變——結構變異

染色體的結構變異因物理、化學、生物等多種因素作用導致，主要結果是染色體發生斷裂，并可能發生斷裂片段的重接。臨床常見的染色體結構畸變包括缺失、重復、倒位、易位、環狀染色體、雙著絲粒染色體和等臂染色體等。

缺失（deletion）是指某一條正常染色體斷裂后丟失了一個片段，故此片段上的基因也會發生丟失。由于遺傳物質的丟失，往往造成個體功能下降甚至致死。染色體缺失按照染色體斷點的數量和位置可分為末端缺失及中間缺失兩種。末端缺失是指染色體臂斷裂后未發生重接，無著絲粒的片段無法與紡錘絲相連；中間缺失是指染色體的同一臂上發生了兩次斷裂，兩個斷點之間無著絲粒片段丟失，其余的兩個斷片重接。

重復（duplication）是指某一條染色體片段增加了一份以上，故此片段間的基因也增加了一份以上。造成重復的主要原因是同源染色體之間的不等交換或姊妹染色單體之間的不等交換或染色體片段的插入。

倒位（inversion）是指某一條染色體發生兩次斷裂后，兩斷點之間的片段顛倒180°后重新連接而成染色體，會造成染色體上基因順序的重排。倒位是既常見又多見的遺傳研究的染色體結構變異類型。通常根據發生倒位的部分是否包括染色體的末端細分為臂內倒位與臂間倒位。臂內倒位是指一條染色體的某條臂上同時發生兩次斷裂，兩斷點之間的片段旋轉180°后重接；臂間倒位是指一條染色體的長、短臂各發生一次斷裂，中間斷片顛倒后重接，形成臂間倒位染色體。

易位（translocation）是指染色體片段位置的改變，一般會伴有基因位置的改變。易位發生在一條染色體內稱為移位或染色體內易位。易位發生在兩條同源或非同源染色體之間稱為染色體間易位，即一條染色體的斷片連接到另一條同源或非同源染色體的臂上。

常見的幾種類型：

相互易位（reciprocal trans location）指兩條染色體同時發生斷裂，斷片交換位置后重接形成兩條新的衍生染色體。相互易位是比較常見的結構畸變，在各條染色體間都可發生，新生兒的發生頻率為1：1 000～2：1 000。相互易位僅涉及位置改變而不造成染色體片段的增減時稱為平衡易位，平衡易位通常沒有明顯的遺傳效應，但平衡易位的攜帶者與正常人婚后生育的子女中，卻有可能得到一條衍生異常染色體。

羅伯遜易位（Robertsonian translocation）是相互易位的一種特殊形式，是指兩個近端著絲粒染色體（D/D，D/G，G/G）在著絲粒部位或其附近斷裂后，兩者的長臂在著絲粒處接合在一起，形成一條由兩條染色體長臂構成的衍生染色體，這條長臂幾乎具有全部遺傳物質，而兩條短臂形成的小染色體由于缺乏著絲粒或幾乎全由異染色質組成，在第二次分裂時丟失。羅伯遜易位本身不會引起明顯的表型，但后代常常會引起流產或產生三體型綜合征。

插入易位（insertional translocation）是指兩條非同源染色體同時發生斷裂，只有其中一條染色體的片段插入到另一條染色體的非末端部位。一般只有發生了三次斷裂時，才可能發生插入易位。

環狀染色體（ring chromosome）是指一條染色體的長、短臂即染色體的兩端同時發生了斷裂，斷裂下來的兩個斷片彼此可以黏合成一個，而含有著絲粒的片段可通過兩斷端的黏合形成環狀染色體。不包含著絲粒的碎片往往會消失，包含著絲粒的部分能繼續進行有絲分裂。如慢性粒細胞白血病患者向急性方向轉化時，常可見到環狀染色體。

雙著絲粒染色體（dicentric chromosome）是指兩條染色體同時發生一次斷裂后，兩個具有著絲粒的片段的斷端相連接，從而形成一條雙著絲粒的衍生染色體。

等臂染色體（isochromosome）是指一條染色體的兩個臂在形態上和遺傳結構上完全相同，一般由于著絲粒分裂異常造成，著絲粒橫裂會導致長臂、短臂各自形成一條染色體，即形成一條具有兩個長臂和一條具有兩個短臂的等臂染色體。

（三）基因突變——靜態突變

靜態突變以一定頻率發生并可以相對穩定傳遞，靜態突變包括點突變和小片段的缺失、插入和重排，而點突變又可以具體細分為同義突變、無義突變、錯義突變等堿基替換和移碼突變。

同義突變（synonymous mutation）是由于遺傳密碼子的簡并現象導致的，雖然發生了堿基替換，但是新、舊密碼子編碼的氨基酸種類保持不變，即該位置的密碼子突變前后為簡并密碼子，不產生相應的遺傳表型突變效應。如CTA與CTG均編碼亮氨酸，若A突變為G則該突變為同義突變。此類變異一般不會影響所翻譯蛋白質的結構和功能，只會影響編碼效率。需要注意的是，有些同義突變的堿基改變，可能會對RNA剪切產生影響，進而生成功能缺陷的蛋白。

無義突變（nonsense mutation），也稱為終止密碼子獲得突變（stopgain mutation），是由于堿基替換導致編碼某一種氨基酸的三聯體遺傳密碼子，變為了蛋白翻譯終止的密碼子UAA、UAG或UGA。雖然無義突變并不引起氨基酸編碼的錯誤，但由于終止密碼子出現在一條mRNA的中間部位，此類變異會導致翻譯時多肽鏈合成延伸的提前終止，造成多肽鏈的組成機構殘缺及蛋白質功能異常或喪失蛋白質功能。當無義突變位于倒數第二個外顯子之前或更靠近5'端區域時，提前終止的蛋白質翻譯可以引發無義介導的mRNA降解（nonsense mediated mRNA decay，NMD），使帶有突變的mRNA變得不穩定，在細胞內被迅速降解清除。

終止密碼子缺失突變（stoploss mutation）是由于堿基替換導致DNA分子中的某個終止密碼子變成了具有氨基酸編碼功能的遺傳密碼子，會導致本應終止的多肽鏈繼續非正常延伸從而形成功能異常的蛋白質結構分子。

錯義突變（missense mutation）是由于堿基替換導致編碼某種氨基酸的密碼子變成編碼另一種氨基酸的密碼子，從而使多肽鏈的氨基酸種類和序列發生改變，導致蛋白質多肽鏈原有功能的異常或喪失，并引起人類的多種分子和代謝類疾病。

剪接位點突變（splicing site mutation）通常發生在DNA的非編碼區域（也可能發生在編碼區域），通過破壞正常的剪切位點或產生新的剪切位點，引起RNA剪切的改變，生成帶有缺失或插入序列的RNA，最后翻譯為功能異常的蛋白。有的剪切位點突變可以改變RNA剪切的效率，影響正常蛋白質的翻譯。

移碼突變（frame-shift mutation）是由于基因組DNA多核苷酸鏈中堿基對的插入或缺失，導致插入或缺失點之后的所有遺傳密碼子組合發生改變，從而導致編碼的蛋白質多肽鏈的氨基酸種類和順序發生變化。如果插入或缺失非3整倍數的堿基對，將會造成插入或缺失位點之后的整個密碼子堿基組合及排列順序的改變。如果插入或缺失的堿基對是3或3的倍數，則不造成讀碼框的改變。一般來講，移碼突變不僅會影響突變下游編碼氨基酸序列的改變，形成一個新的終止密碼子，導致多肽鏈的合成中斷，形成截短的肽鏈，甚至形成不穩定的mRNA，通過NMD使突變的mRNA在細胞內被清除。

此外，DNA分子中還可能出現涉及數十或數百個堿基片段的微小缺失、微小插入或重排。微小缺失（micro-deletion）是由于DNA復制或損傷的修復過程中，某一小片段沒有被正常復制或未能得到修復所致；微小插入（micro-insertion）是指在DNA復制過程或損傷過程中，某一小片段插入到DNA鏈中；重排（rearrangement）是指DNA分子發生兩處以上的斷裂后，所形成的斷裂小片段兩端顛倒重接，或不同的斷裂片段改變原來的結構順序重新連接，從而形成了重排的片段突變形式。

（四）基因突變——動態突變

動態突變（dynamic mutation）是指DNA分子中某些短串聯重復序列，尤其是基因編碼區、3'或5'-UTR區、啟動子區、內含子區出現三核苷酸重復及其他長短不等的小衛星、微衛星序列的重復拷貝數，在減數分裂或體細胞的有絲分裂過程中發生擴增而造成遺傳物質的不穩定狀態。此類串聯三核苷酸的重復次數會根據世代交替傳遞形成逐步遞增積累的效應，導致不同的單基因疾病，如脆性X綜合征患者的限制性酶切片段中存在的（CGG）n拷貝數可達100～200個，而正常人僅為60個以下。這種三核苷酸重復拷貝數增加，不僅可發生在上代的生殖細胞中而遺傳給下一代，而且在當代的體細胞中也可發生，并同樣具有表型效應。

二、基因突變發生的機制

細胞水平上的染色體畸變和分子水平上的基因突變其實質都是遺傳物質的改變，這種改變可自發產生或由外界因素誘變而產生。誘變因素包括化學因素、物理因素、生物因素。

（一）染色體畸變的發生機制

整倍性改變可能發生在配子形成合子時，或其后的受精卵、胚胎或體細胞有絲分裂過程中。正常情況下，一個單倍體卵子與一個單倍體精子結合形成二倍體的合子，當卵子和精子的染色體組數目異常或多于2個配子形成合子時，會導致合子染色體組整倍性的改變。三倍體的形成原因可為雙雄受精（dispermy）或雙雌受精（digyny）。一個正常的卵子同時與兩個正常的精子發生受精稱為雙雄受精（dispermy）。一個二倍體的異常卵子與一個正常的精子發生受精，稱為雙雌受精（digyny）。四倍體形成的主要原因是核內復制（endoreduplication）或核內有絲分裂（endomitosis），指DNA復制而細胞不進行分裂的現象。即在一次細胞分裂時，DNA不是復制一次，而是復制了兩次，而細胞只分裂了一次。這樣形成的兩個子細胞都是四倍體，這是腫瘤細胞中常見的染色體異常特征之一。

多數非整倍體產生的原因是在生殖細胞成熟過程中或受精卵早期卵裂中，發生了染色體不分離（non-disjunction）或染色體丟失（chromosome lose）。在細胞分裂進入中、后期時，如果某一對同源染色體或姐妹染色單體彼此沒有分離，而是同時進入同一個子細胞，結果所形成的兩個子細胞中，一個將因染色體數目增多而成為超二倍體，另一個則因染色體數目減少而成為亞二倍體，這個過程稱為染色體不分離。染色體不分離可以發生在細胞的有絲分裂過程中，也可以發生在配子形成時的減數分裂過程。染色體丟失又稱染色體分裂后期延滯（anaphase lag），在細胞有絲分裂過程中，某一染色體未與紡錘絲相連，不能移向兩級參與新細胞的形成。或在移向兩極時行動遲緩，滯留在細胞質中，造成該條染色體的丟失而形成亞二倍體。染色體丟失也是嵌合體形成的一種方式。

染色體結構畸變發生的原因是染色體發生斷裂，然后斷裂片段重接。斷裂的片段如果在原來的位置上重新結合，稱為愈合或重合（reunion），即染色體恢復正常，一般不引起遺傳效應。如果染色體斷裂后未能在原位重接，也就是斷裂片段移動位置與其他片段相接或丟失，則可引起染色體結構畸變又稱染色體重排（chromosomal rearrangement）。并且有1/2的人類基因組由多次重復的DNA序列組成，基因組中的同向重復序列和反向重復序列會發生配對和同源重組，這種異位重組（ectopic recombination）也會導致缺失、重復、倒位、易位等染色體結構畸變的發生。

（二）基因突變的產生機制

基因突變可來源于DNA復制的不準確性、遺傳物質的化學損傷、轉座子。

1.DNA復制的不準確性

雖然互補配對原則保證了DNA復制的準確性，但復制過程中仍然可能偶然地插入錯誤的核苷酸（約每添加105個堿基對產生一個錯誤），影響DNA合成的精確度。復制時的錯配由校對過程識別，DNA聚合酶復合物激活其3'→5'外切酶活性，去除3'末端的錯誤核苷酸。校對過程遺漏的部分錯誤配對會被復制后的錯配修復過程識別并修復。達到細胞內觀測到的極高的DNA合成精確度（約每添加1 010個堿基對產生一個錯誤）。

有些錯誤插入的核苷酸逃脫校對和錯配修復的檢測并在新合成的鏈和模板鏈之間形成錯誤配對。在第二輪復制的時候，錯誤插入的核苷酸已經是模板鏈的一部分，將指導其互補性核苷酸插入到新合成的鏈中。此時不存在錯配，取而代之的是在DNA序列中產生一個永久性的改變（突變）。

DNA復制的不準確性也可能導致小片段的缺失或重復。在DNA復制或損傷的修復過程中，某一小片段沒有被正常復制或未能得到修復會造成微小缺失，而某一小片段插入到DNA鏈中，其結果造成新鏈中相應小片段的微小插入。

基因組中存在著大量的重復片段，復制很難精確拷貝這種重復序列。簡單的2-、3-或4-核苷酸序列的重復被稱為微衛星DNA（microsatellite DNA），最常見的微衛星DNA（microsatellite DNA）序列是二核苷酸重復序列（如CACACACACACACACA）。微衛星DNA是易發生突變的序列，在復制時常發生“打滑”，使重復序列的拷貝數目增加或減少，從而導致這些重復片段發生動態突變。動態突變的產生機制也可能是姊妹染色單體的不等交換或重復序列中的斷裂修復錯位。

2.遺傳物質的化學損傷

化學損傷可分為自發性損傷和環境因素導致的損傷。

（1）自發性損傷：

在細胞中，DNA雙螺旋的正確結構有賴于水性的環境，但DNA也會因水解的作用產生自發性損傷。水解損傷包括脫氨作用（deamination）和脫嘌呤作用（depurination）。其中最頻繁和最重要的類型是正常胞嘧啶脫去一個氨基產生非天然的（在DNA中）堿基尿嘧啶。尿嘧啶優先與腺嘌呤配對。因此，復制時在另一條鏈上導入腺嘌呤，而不是胞嘧啶指導下的鳥嘌呤。這種損傷很容易被修復，因為DNA修復系統中的堿基切除修復（base-excision repair）會識別并除去非天然的DNA堿基，所以胞嘧啶脫氨產生的尿嘧啶會被識別并替換為正常的胞嘧啶。然而甲基化后的胞嘧啶——5-甲基胞嘧啶——經脫氨作用產生胸腺嘧啶，由于胸腺嘧啶是正常的DNA堿基，因而不會被堿基切除修復系統去除。在此情況下，脫氨作用將原來的G-C對改變為G-T對，在下一輪復制中產生G-C（野生型）和A-T（突變型）子代分子。脊椎動物DNA中甲基化的胞嘧啶是自發突變的熱點。脫嘌呤作用是指嘌呤核苷酸中嘌呤堿基的丟失。在嘌呤核苷酸中，糖-嘌呤鍵相對比較不穩定，容易被水解。通過水解，也可發生嘧啶的丟失（depyrimidination，脫嘧啶作用），但比脫嘌呤作用少見。某個脫氧核糖上的堿基缺失可被AP修復系統修正。但是，如果復制叉在修復發生之前到達該無嘌呤位點，則復制過程幾乎總是會在子鏈上與無嘌呤位點相對之處插入一個腺嘌呤。又經過一輪復制后，原來的G-C對變成T-A對，這是典型的顛換突變。

（2）氧化劑、烷化劑造成的損傷：

氧化反應和烷化反應都可改變堿基的氫鍵結合性質，造成錯誤的核苷酸摻入雙鏈DNA。DNA還易受到活性氧簇的攻擊（如 O₂-、H₂O₂和 OH·）。這些強烈的氧化劑由電離輻射和產生自由基的化學試劑產生。最常見的一種DNA氧化損傷類型是鳥嘌呤的氧化產生8-氧鳥嘌呤。8-氧鳥嘌呤不與胞嘧啶配對，而與腺嘌呤配對。亞硝酸類化合物可引起腺嘌呤、胞嘧啶和鳥嘌呤的脫氨作用。與水解導致的脫氨作用一樣，因氫鍵結合專一性的改變導致原有堿基配對的改變。如腺嘌呤脫氨生成與胞嘧啶配對的次黃嘌呤，造成A-T到G-C的轉換。烷化劑具有高度的誘變活性，如甲醛、氯乙烯、氮芥等。該類物質能夠將烷基基團引入多核苷酸鏈上的任一位置，從而造成被烷基化的核苷酸發生配對錯誤而導致突變的發生。如乙基磺酸甲酯與鳥嘌呤反應，產生O6-乙基鳥嘌呤，可與T配對，形成G-C到A-T的轉換。

（3）紫外線造成的損傷：

紫外線照射會造成細胞內遺傳物質損傷，是所有病毒和細胞的誘變劑。DNA中的堿基吸收紫外線的能量，在核苷酸序列中相鄰嘧啶堿基處發生二聚體化，產生共價連接的嘧啶二聚體（pyrimidine dimer）。其中最常見的是胸腺嘧啶二聚體（thymine dimer，TT）。嘧啶二聚體的形成改變了DNA的局部結構，引起螺旋扭曲，當DNA復制或RNA轉錄進行到這一區域時，這種扭曲會導致DNA聚合酶的終止暫時阻斷DNA的復制，或阻斷轉錄。

（4）電離和電磁輻射導致的損傷：

電離和電磁輻射的誘變作用是一定強度、劑量的射線（如X射線、γ射線和快中子等）或電磁波輻射擊中遺傳物質，被吸收的能量，引發遺傳物質內部的輻射化學反應，導致染色體和DNA分子多核苷酸鏈的斷裂性損傷；斷裂的染色體或DNA序列片段發生重排，進而造成染色體結構的畸變。

（5）堿基類似物、嵌入劑導致的損傷：

突變還可由替換正常堿基的化合物（base analog，堿基類似物）或能插入堿基間的化合物（intercalating，嵌入劑）導致復制錯誤引起。堿基類似物在結構上與正常的4種堿基之一類似，可在正常復制過程中摻入DNA雙鏈，但是兩者結構上存在的差異，使堿基類似物的配對不準確，導致復制過程中頻繁發生錯誤。如一種常見的堿基類似物5-溴尿嘧啶（5-BU）的化學結構與胸腺嘧啶極為相似，受溴原子的影響，酮式5-BU可以和腺嘌呤互補，烯醇式5-BU可以和鳥嘌呤配對。嵌入劑是含有幾個多元環的扁平分子，包括吖啶及焦寧類扁平分子構型的芳香族類化合物，能夠嵌入到DNA的核苷酸組成序列中，造成堿基的插入或丟失，導致插入或丟失點之后整個編碼順序的改變。

3.轉座子的作用

轉座（transposition）是一種特殊的遺傳重組，是自發性突變的主要來源，它將特定的遺傳因子從DNA上的一個地方移位到另一個地方。這種遺傳因子是長度 ＞ 100bp甚至 ＞ 1kb的重復單元，稱為轉座因子（transposable element）或轉座子（transposon）。在轉座過程中，轉座因子可保留原拷貝的情況下，轉移到基因組中新的位置上，或從原位置切除插入到新的位點。當轉座因子移位時，轉座因子通常對插入位點幾乎沒有序列選擇性，所以，轉座子可能會插入到基因內部，造成基因完全失活；也可能會插入到一個基因的調控序列中，造成該基因表達的改變。

三、基因突變在進化中的作用

拉馬克的觀點是生物是不斷進化的，其根本原因是用進廢退和獲得性遺傳。達爾文則提出了自然選擇學說，他認為：生物都具有過度繁殖的傾向，但依托的食物和空間是有限的，生物要生存繁衍下去就必須進行生存斗爭，在生存斗爭中，具有有利變異的個體就容易獲勝并將這些變異遺傳下去，具有不利變異的個體則容易在生存斗爭中被淘汰。這樣經過長期的自然選擇，適應環境的有利變異就不斷被積累。

現代生物進化理論則以自然選擇學說為核心，其基本觀點為種群是生物進化的基本單位，生物進化的實質在于種群基因頻率的改變。突變和基因重組、自然選擇及隔離是物種形成的三個基本環節，通過以上的綜合作用，種群產生分化，最終導致新物種的形成。基因突變是新基因產生的途徑，是生物變異的根本來源，是生物進化的原始材料。生物變異主要分為兩類：可遺傳的變異和不可遺傳的變異。可遺傳的變異主要有基因突變、基因重組和染色體變異，其中基因突變是生物變異的根本來源。種群作為生物進化的基本單位，通過種群的生存繁衍將各自的基因傳遞給后代以實現生物的變異和進化。而每個種群基因庫都存在特異性，并能在種群繁衍中得到保持與發展。基因庫、基因頻率及頻率變化、可遺傳的變異等都是生物變異和進化中必不可少的原材料，而基因突變、基因重組和染色體變異又是可遺傳變異的主要來源，其中基因突變是可遺傳性變異產生的根本來源。

由于基因突變是染色體在復制時堿基對的組成或排列順序發生了改變而引起的，從而導致種群基因庫的表型變化，這種變化最終聚集成了生物進化。近年來，隨著基因組測序技術的發展，獲得了大量物種的基因組測序數據，同時隨著比較基因組學的深入研究，科學家們將物種分化和基因組進化歸納為基因突變類型、模式及突變頻率的變化，基因突變的實質是基因在結構上發生堿基對組成或擺列順序的改變，而這種改變在一定條件下成為生物進化最初的原材料。

綜上所述，在生物變異與進化過程中，雖然基因突變不是生物變異的唯一來源，也不是生物進化的唯一原料，但不可否認它對生物變異和進化都起到一定促進作用。

（肖　銳）