突然変異 変異の種類
適応度効果の分布（DFE）に関する初期の理論的研究の一つは、理論集団遺伝学者の木村資生（Motoo Kimura）によって行われた。彼の提唱した「分子進化の中立説」では、新たに生じる変異の大半は高度に有害であり、中立的な変異はごく一部とされている。その後、明石裕（Hiroshi Akashi）は、DFEが二峰性（bimodal）を持つとするモデルを提案し、有害変異と中立的変異を中心とする二つの分布が存在すると説明した。これらの理論は、新生変異のほとんどは中立的または有害であり、有利な変異は非常に稀であるという点で一致しており、この点は実験的研究によっても裏付けられている。たとえば、水疱性口内炎ウイルスのランダム変異に対するDFE研究では、変異全体のうち39.6%が致死的、31.2%が非致死性の有害変異、27.1%が中立的変異であった。また、酵母を用いたハイスループット変異誘発実験では、DFEが二峰性を示し、中立的変異が一つのピークを形成し、もう一方に幅広い有害変異の分布が観察された。
有利変異は相対的に稀ではあるが、進化的変化に重要な役割を果たす。中立的変異と同様に、選択圧が弱い有利変異は遺伝的浮動によって失なわれることがあるが、強い選択圧の有利変異は固定化されやすい。有利変異のDFEを理解することは、進化動態の予測精度を高める上で有用と考えられている。有利変異のDFEに関する理論的研究は、John H. GillespieおよびH. Allen Orrによってなされ、彼らは、有利変異の分布は多くの条件下で指数分布に従うと提唱した。この仮説は、少なくとも強い選択を受ける有利変異に関しては、実験的研究によっておおむね支持されている。
一般的に、変異の大部分は中立的または有害であり、有利な変異は稀であると考えられているが、その割合は種によって異なる。このことは二つの重要な点を示唆する。第一に、実質的に中立的な変異の割合は有効個体数（effective population size）に依存し、種ごとに異なる可能性があること。第二に、有害変異の平均的影響も種間で大きく異なる可能性があること。さらに、DFEはコード領域と非コード領域でも異なり、非コードDNAのDFEには選択圧の弱い変異がより多く含まれる傾向がある。
専用の生殖細胞を持つ多細胞生物では、突然変異は生殖細胞系列変異と体細胞変異（獲得変異とも呼ばれる）に大別される。生殖細胞系列変異は生殖細胞を介して子孫に伝えられるのに対し、体細胞変異は生殖細胞以外の細胞に生じ、通常は子孫には受け継がれない。
二倍体生物（例：ヒト）は、それぞれの遺伝子について父方および母方の2つのアレルを持つ。突然変異が各アレルにどのように生じるかに基づいて、次の3つの型に分類される。いずれのアレルにも変異がない個体は、野生型（wild type）または非変異のホモ接合型個体とされる。
個体の生殖細胞に生じた変異は、生殖細胞系列変異（germline mutation）と呼ばれ、子孫において構成的変異（constitutional mutation）を引き起こす。構成的変異とは、受精後に生じるすべての細胞に共通して存在する変異を指す。構成的変異は、受精直後の初期発生段階で生じる場合もあれば、親から受け継がれた構成的変異がそのまま子に伝えられる場合もある。生殖細胞系列変異は、次世代以降にも受け継がれる可能性がある。
このような生殖細胞系列変異と体細胞変異の区別は、明確な生殖細胞系列を持つ動物では重要な意味を持つ。一方、植物のように明確な生殖細胞系列を持たない生物では、この区別は突然変異の影響を理解する上であまり意味を持たない。また、出芽などの無性生殖によって増殖する動物では、娘個体を形成する細胞がそのまま生殖系列を担うことがあるため、両者の区別が曖昧になることがある。
父母のいずれからも受け継がれていない新たな生殖細胞系列変異は、「de novo変異（de novo mutation）」と呼ばれる。
体細胞変異（somatic mutation）は、親から受け継がれず、また子孫にも伝わらない遺伝的変化である。体細胞変異は生殖細胞系列に影響を及ぼさないため、子孫に遺伝することはない。ただし、変異を持った体細胞が分裂する過程で（有糸分裂）、その変異が同一個体内の細胞群に引き継がれるため、体の一部が同じ変異を持つことがある。体細胞変異は、紫外線や有害な化学物質など、環境要因によって誘発されることが多く、癌を含むさまざまな疾患の原因となりうる。
植物においては、体細胞変異が種子を介さずに継承されることがある。たとえば、接ぎ木や挿し木を通じて変異が維持される場合があり、「デリシャス」リンゴや「ワシントン」ネーブルオレンジといった果物の品種改良につながっている。
ヒトおよびマウスの体細胞における変異率は、生殖細胞系列よりも10倍以上高い。マウスは、ヒトと比較して体細胞・生殖細胞系列のいずれにおいても、細胞分裂あたりの変異率が高い。このような変異率の違いは、ゲノム維持が体細胞よりも生殖細胞系列でより重要とされていると考えられている。
条件突然変異（conditional mutation）とは、特定の「許容的（permissive）」環境条件下では野生型（またはそれに近い軽度な）表現型を示す一方、特定の「制限的（restrictive）」条件下では変異表現型を示す突然変異である。たとえば、温度感受性変異は高温（制限的条件）で細胞死を引き起こすが、低温（許容的条件）では有害な影響を示さないことがある。 このような変異は発現が特定の条件の存在に依存するため非自律的（non-autonomous）であり、環境条件に関わらず自律的（autonomous）に発現する変異とは区別される。許容的条件には、温度、特定の化学物質、光、またはゲノムの他領域における変異などが含まれる。  転写スイッチなどの生体内機構（in vivo）によっても条件突然変異を生じる場合がある。たとえば、ステロイド結合ドメインの結合は、ステロイドリガンドの有無に応じて遺伝子発現を切り替える転写スイッチを形成することがあげられる。 条件突然変異は、遺伝子発現の制御が可能であるため研究に有用である。特に、モデル生物の発生段階で遺伝子発現が有害な影響を及ぼす場合でも、成長後に遺伝子を発現させて成体での疾患研究に利用できる。Cre-Lox組換えなどのDNA組換え酵素系を、特定条件下で活性化されるプロモーターと組み合わせることで、条件突然変異を誘導できる。また、デュアルリコンビナーゼ技術（dual recombinase）を用いれば、複数の遺伝子に同時に条件突然変異を導入し、複数の変異が同時に生じることで発症する疾患の研究に応用可能である。さらに、一部のインテインは特定の許容温度でのみスプライシングを行い、それ以外の温度では異常なタンパク質合成を引き起こし、機能喪失型突然変異を生じることが報告されている。 条件突然変異は、生物の寿命の特定段階以降で遺伝子発現を変化させられるため、加齢に関連する遺伝学的研究にも応用されている。
変異を分類するためには、まず「正常」あるいは「健康な」生物（「変異体」や「病的な」個体ではない）からDNAの「正常」配列を取得し、それを同定・報告する必要がある。理想的には、その配列はヌクレオチド単位で容易に比較可能な形で公開され、科学界や専門の遺伝学者・生物学者グループによって「コンセンサス配列（consensus sequence）」として合意されるべきである。この段階には膨大な科学的努力が必要となる。
コンセンサス配列が確立されると、ゲノム内の変異を特定、記述、分類できるようになる。ヒトゲノム変異学会（HGVS）の委員会は、標準的なヒト配列多様体命名法を策定しており、研究者やDNA診断機関はこれに従い、曖昧さのない変異記述を行うことが求められる。原則として、この命名法は他の生物種の変異記述にも適用可能である。この命名法は、変異の種類および塩基やアミノ酸の変化を明示する。
ヌクレオチド置換（例：76A>T）数字は5'末端からのヌクレオチドの位置を表す。最初の文字は野生型のヌクレオチド、2番目の文字は置換されたヌクレオチドを表す。この例では、76番目のアデニンがチミンに置換されたことを意味する。
ゲノムDNA、ミトコンドリアDNA、RNAにおける変異を区別する必要がある場合は、次のような表記を用いる。たとえば、100番目の塩基がGからCへ変異した場合、ゲノムDNAでは g.100G>C、ミトコンドリアDNAでは m.100G>C、RNAでは r.100g>c と表記する。RNAの変異ではヌクレオチドコードを小文字で表わすことに注意。