【遗传学】同源重组

【遗传学】同源重组
同源重组是同源染色体间或同源序列之间某区段的重组，包括真核生物同源区段的交换、细菌同源区段的交换。

1.同源重组的基本条件
1）具有同源区段
同源重组常常发生在两个DNA分子的相同部位，但有时在具有同样或类似序列的不同部位间也发生重组，异位重组可引起DNA序列缺失、重复、倒位和其他DNA的重排现象。

但是不管同位重组还是异位重组，交换或重组序列必须相同或相似。

2）有联会发生
3）DNA单链间能相互交换
4）需蛋白因子参与
2.同源重组的分子机制
1）Holliday模型的重组过程
（1）联会在晚偶线期和早粗线期染色体配对时，同源非姊妹染色单体的DNA分子联会在一起。

（2）酶切内切核酸酶识别DNA分子上的相应断裂点后，把磷酸二酯键切断，使两个同源非姊妹染色体DNA分子各有一条链断裂。

（3）交换重接两断链游离端的氢键断裂，离开互补单链。

落选局部放松，单链交换准备重接。

（4）形成交联桥结构在连接酶的作用下，断裂以交替方式与另一断裂点相互连接，行程一个交联桥，该结构称为Holloday中间体。

(5)分支迁移在重组接点处，单链可以从一条双螺旋进入另一条双螺旋，从而使重组接点像拉链一样滑来滑去，即重组接点可沿着两条双链移动，这种现象称为分支迁移。

某条单链上相当长的一段可以从一条DNA双螺旋上转移到另一条，形成长段的某种双链。

交联可靠拉链式活动，沿着配对DNA分子“传播”——桥迁，其中互补碱基间形成的氢键从一条链改变到另一条链，于是在两个亲本DNA分子间形成一段异源双链DNA，这种结构称Holliday结构。

（6）交联桥旋转交联的两臂环绕另外两臂旋转180°形成“十”字形。

（7）形成Holliday异构体在交联部分断开以消除交联体，回复两个线性DNA分子，形成Holliday结构的异构体。

（8）拆分沿左右或上下方向拆分Holliday中间体。

如果左右切断，即上连、下连，则产生的两个异源双链的两侧基因为AB和ab，仍保持亲代类型；如果上下切断，即左连、右连，则两侧基因为Ab和ab两个重组类型。

3.同源重组的酶学机制
1）RECA蛋白的作用
RecA蛋白又叫重组酶，重组蛋白，X蛋白，依赖于ATP的酶，是催化重组的基本反应的酶，能通过碱基配对使两个DNA连接成杂交份子。

主要作用是促进同源DNA联会，使DNA分子间简单链交换形成交联桥和Chi结构。

RecA蛋白可使单链DNA 取代双链DNA中的同源部分，应满足条件：①两个双链中一个DNA分子具单链区；②两个双链中另一个DNA分子有一个游离的3’端；③单链区和3’端的DNA有互补区。

2）RecBC酶的作用
RecBC酶是recB和recC基因的产物。

RecBC酶在同源重组中具有核算酶作用，可以切断Holliday中间体完成重组。

因此RecBC酶又称为外切核酸酶V。

RecBC酶偏爱在含有Chi位点的DNA分子上促进重组作用.Chi的核苷酸序列为5’-GCTGGTGG-3’是易发生重组频率较高的部位。

3）Ruv酶的作用
大肠杆菌有一组有三个基因编码与重组后期有关的蛋白质，即由rUVA和ruvc和ruvc编码的一组酶。

ruvA和ruvB基因的产物促进异源双链的形成。

ruvA酶可以识别Holliday结构，在交换点出与DNA 全部的4条链结合，形成中间夹着DNA的两个四聚体，RuvB酶是一个六聚体ATP酶，有解旋酶火星，在交换点上游RuvB酶与每个DNA 双链环绕结合门卫分支迁移提供动力。

RuvAB复合物能使分支以10-
20bp/s 的速度移动，且具有解旋酶活性。

因而，RuvA酶和RuvB酶能增加异源双链结构的形成，同时在作用过程中，RuvAB复合物把RecA蛋白从DNA上置换出来，作用于Holliday结构完成重组。

另外，rucC编制专一识别序列Holliday结构的一种内切核酸酶RuvC.
4)参与同源重组的其他蛋白质
核酸酶，它能将Holliday结构的交叉处切断，从而将重组DNA 分子解离，但亦有人认为这也是RecBC酶的功能。

另外，有几个DNA 复制必需的蛋白质在重组中也起作用。

例如，单链DNA结合蛋白（SSB）帮助RecA蛋白与单链DNA结合，DNA聚合酶能填补重组DNA上“空隙”。

当然，最后尚须DNA连接酶将缺口封好。