突然変異
突然変異（とつぜんへんい）とは、生物学の用語で、単に変異とも言う。ある集団の大多数の形質と異なる形質を持つようになること。DNAあるいはRNA上の塩基配列に物理的変化が生じることを遺伝子突然変異といい、染色体の数や構造に変化が生じることを染色体突然変異という。突然変異の結果遺伝情報にも変化が表れる。このような変異の結果、表現型に変異が生じた細胞または個体を突然変異体（ミュータント, テンプレート:Lang-en-short）と呼び、変異を起こす物理的・化学的な要因を変異原という。英語やドイツ語ではテンプレート:Enと呼び、この語は「変化」を意味するラテン語に由来する。個体レベルでは発ガンや機能不全などの原因となり、長い目で見ると進化の原動力ともなっている。多細胞生物の場合は、変異が進化の原動力となるのは生殖細胞に起こり子孫に伝えられた場合に限られる。なお、単に変異という場合、狭義では何らかの方法で検出可能な対立遺伝子間の違いを指す。
突然変異の発見
突然変異を発見し、命名したのはオランダの生物学者ユーゴー・ド・フリースで、1901年のことだった。ここから進化が突然変異によって起こるという突然変異説を提唱した。
突然変異を人為的に誘発できることを実験的に証明したのはハーマン・J・マラーである（ →「人為突然変異」項を参照）。マラーはショウジョウバエにX線を照射し、次世代の致死率を測ることにより、理論値から推測した。以後、生物学（遺伝学）では人為的に突然変異を誘導する変異導入により突然変異体を得て、その表現型を観察することで、遺伝子の機能を解析してきた。
遺伝子突然変異
遺伝子突然変異は、DNA複製の際のミスや化学物質によるDNAの損傷および複製ミス・放射線照射によるDNAあるいは染色体の損傷、トランスポゾンの転移による遺伝子の破壊などによって引き起こされる。突然変異には、一つのヌクレオチドが別の塩基に変わる点変異や、一つから複数のヌクレオチドが挿入または欠失するものもある。
点変異はコドンの1番目のコードに変異が起きる場合と2・3番目のコードに起きる場合がある。前者と後者の変異がコードの場所に関係なく一律に起きるならば、2・3番目のコードに変異が起きて翻訳しても対応するアミノ酸が変化しないサイレント変異が、1番目のコードの変異より多く子孫に引き継がれていく。第1コードに変異があり、アミノ酸が変化したタンパク質は変異前の機能を保持できないことが多く、このような変異体は生存に不利になることが多いと考えられる一方で、このような変異が生存に有利となる場合もあり、そのような変異は進化の要因となりうる。
遺伝子をコードする領域以外（イントロン）の変異や、遺伝子内でもアミノ酸配列や転写量を変化させない場合はサイレント変異となる（ →「中立進化説」「分子時計」項を参照）。機能に影響がある点変異は、別のアミノ酸にコドンが変化する非同義変異、アミノ酸のコドンが終止コドンに変わるナンセンス変異、終止コドンがアミノ酸のコドンに変わる読み過ごし変異がある。三つのヌクレオチドで一つのアミノ酸をコードするため、挿入・欠失したヌクレオチドが3の倍数だとアミノ酸の挿入・欠失が起こり、そうでないときはコドンの読み枠がずれアミノ酸配列が大きく変わるフレームシフトなどが起こる。
遺伝子変異の種類
- フレームシフト突然変異 (テンプレート:En)
- 塩基の挿入、欠失によってオープンリーディングフレームがずれてしまう突然変異。
突然変異の分類
染色体突然変異
染色体突然変異のうち、染色体構造の変化には以下のようなものがある。
- 欠失 - 染色体の一部が失われる。
- 例･･･白いカラス、オレンジ色のモグラ、黒→白になった犬（ラブラドールレトリバー種）
- 逆位 - 染色体の一部が通常の逆の向きになる。
- 重複 - 染色体の一部が重複する。
- 転座 - 染色体の一部が切れて、別の染色体につながる。
染色体突然変異のうち、染色体数の変化には以下のようなものがある。
ダウン症は21番染色体を1本余分に持つ異数性の例である。種無しスイカは、通常のスイカがゲノムの2倍の染色体を持つのに対し、3倍の染色体を持つ倍数性の例である。
突然変異の影響
体細胞の突然変異は腫瘍の発症につながることがある（ →「悪性腫瘍#がん発生の機序（メカニズム）」「発癌性」各項を参照）。
生殖細胞が突然変異を起こし、それが無事に発生・成長すれば、その個体の全細胞のDNAが変異した状態となり、部位によっては親と異なる遺伝形質が発現する事がある。さらにそれが子に遺伝し、幾世代に渡って変異が累積していけば、ついには別の種へと変化する事になり、これが進化のプロセスの一つと考えられている。
細菌やウィルスは突然変異によりワクチンの型変化や治療薬への抵抗力を獲得する事があり、治療・予防を困難にしている。
ただし細胞や個体が突然変異を起こしたとしても、細胞なら分裂能力、個体なら繁殖能力を持たない場合も多く、変異したものがその個体のみで終わってしまう場合も少なくない。また個体の場合は、繁殖能力を持っていたとしても、必ずしも変異したDNA部分が遺伝されるわけではないので、やはり変異が遺伝されるとは限らない。
