同源重组的分子机制2
06.第六章-遗传重组的分子机理
• Mu的DNA是线型的，两端没有粘性末端，而是类 似于IS的序列，并有与转座有关的基因A和基因B ， 其整合方式与λ噬菌体不同，不是位点专一性的整 合和切除，而是类似于转座因子，其末端常常带 有一小段宿主DNA，因而可以引起转导。
model): DNA双链的断裂与重接
3)Holliday模型：异源双链
(heteroduplex)的断裂与重接
4)Meselon-Radding 模型：
1.Holliday 模型
a) 同源染色体联会
b) 内切酶切割非姊妹染 色单体DNA
c) 交换重接形成交联桥 结构(cross-bridge
structure)
A: phe- try- tyr- × B: met- his-
苯丙AA 色AA 酪AA
甲硫AA 组AA
↓
原养型菌落
phe+ try+ tyr+ met+ his+
问题：是接合引起的？是转化引起的？
U型管实验
• 但在这里，结果却获 得了原养型菌株，说 明有一种可通过滤膜 的过滤性因子(FA)， 细菌不必直接接触即 可进行基因转移
遗传学讲义 第六章 遗传重组的分子基础
中国海洋大学 生命学院 汪小龙 xiaolong@
1、遗传重组的类型
(1) 同源重组(homologous recombination)
又叫普遍性重组(generalized recombination) ，大范围同源序 列对等交换。真核生物减数分裂中同源染色体联会，非姊妹 染色单体之间的交换就是同源重组。需要重组蛋白因子参与， 如E.coli. 的RecA.参与重组，又叫依赖于RecA的重组（RecAdependent recombination)；
同源重组的分子机制
方记向的相同重的组一条，单它链们； 都含有•3 一个异源双链区。
3. 切开的单链交换重接;
4. 形成交联桥结构； 5. 分支迁移：形成一大段异源 •4
双链DNA(Holliday结构)
•5
6. 绕交联桥旋转1800，形成
Holliday异构体；
• •7
7. 切开与重接：
左右切，形成非重组体
上下切，形成重组体。
•(2). 一个杂种分子得到校正，另一条未校正，有丝分裂后 分离形成 5:3 或 3:5 的分离比，属于半染色单体转变；
•(3). 两个杂种分子都被校正到同一种类型，有丝分裂后分 离形成 6:2或2:6 的分离比，属于染色单体转变；
•(4). 两个杂种分子都被校正到不同类型，有丝分裂后分离 形成 4:4 分离比，未出现基因转变；
哈工大-遗传学
同源重组的分子机制
(二)、基因转变及其分子机理
1、异常分离与基因转变 粗糙脉孢菌： pdxp：酸度敏感的VB6依赖型 pdx： 酸度不敏感的VB6依赖型
哈工大-遗传学
同源重组的分子机制
+ pdxp
× pdx +
•585个子囊中
孢子对
①
子囊
②
③
④
1 2
•? + pdxp pdx +
+ + pdx +
•-
•-
•-
因的遗传+ 学现象（源于-基因内重组）。+
•+
•+
•+
+
+
+
•+ -
••+-+-
••+-+-
同源重组的分子机制
同源重组的分子机制一、断裂重接模型（breakage joining model）C．D．Darlington 1936年提出。
在同源染色体联会时，由于染色体的缠绕而产生张力，两个相对染色单体在同一位置断裂，然后彼此和另一染色单体重新连接起来从而形成重组并消除这种张力。
二、基因转换现象Olive等广泛研究粪生粪壳菌g座位，g-决定子囊孢子灰色，g+决定子囊孢子的黑色，在g+×g-的杂交中，他们分析了20万子囊，发现0.06%是5∶3分离，0.05%是6∶2分离，0.008％是3∶1∶1∶3（或异常4∶4）分离。
图示． (1)一个孢子中的两个孢子有着不同的基因型。
(2)分离比例不是4∶4。
(3)邻近的基因A/a都呈现正常分离。
断裂重接模型则无法解释异常现象。
1930年，德国遗传学家H．温克勒把这种不规则分离现象解释为减数分裂过程中同源染色体联会时一个基因使相对位置上基因发生相应的变化所致，因而称就基因转变。
好象是由于一个基因转换为另一等位基因，所以称为基因转换（gene conversion）。
以后由于发现一个基因发生基因转变时，它两旁的基因常同时发生重组：在5∶3和6∶2分离的子囊中，大约有30%也在g座位的这边或那边发生重组；有基因转换的子囊中，基因转换和遗传重组都发生在同样两个单体的子囊比例竟高达90%。
所以认为基因转变是某种形式的染色体交换的结果。
因此，基因转变的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。
三、同源重组的Holliday模型1964年，R. Holliday提出了重组的杂合DNA模型(hybrid DNA mode)，并作修正。
图示．过程：A．同源的非姊妹染色体的DNA配对。
B-C．同源非姊妹染色单体DNA中两个方向相同的单链在DNA内切酶的作用下，在相同位置上同时切开。
D．切开单链交换重接，形成交联桥结构（cross-bridged structure）。
E．交联桥的位置可以靠拉链式活动，沿着配对DNA分子“传播”—桥迁（Bridge migration），其中互补碱基间形成的氢键从一条链改变另一条链。
同源重组法分子克隆 -回复
同源重组法分子克隆 -回复同源重组法是分子克隆技术中的一种重要方法，其基本原理是利用DNA的同源性重组来插入外源DNA序列到宿主DNA中。
同源重组法在基因克隆、遗传工程等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍同源重组法的原理、步骤及应用。
一、同源重组法的原理同源重组法的原理基于DNA分子的自身结构和功能，DNA分子在某些条件下能够进行重组、修复和重复。
同源重组是指两个DNA分子之间具有相似序列（同源）的区域进行交换而形成的DNA分子重组。
同源重组法基于此原理，通过在宿主DNA中引入重组的同源片段，将外源DNA序列插入到宿主DNA中。
同源重组法的原理可以分为两个步骤：相互间接断裂和互补配对。
两个DNA分子的同源片段同时发生间接断裂，获得可供基因重组的末端。
接下来，由于互补配对的作用，从两个DNA分子中间的同源片段在一定条件下进行配对，形成插入、缺失、互换等不同类型的重组产物。
1. 构建载体DNA：载体DNA是将外源DNA插入到宿主DNA中的重要工具，构建载体DNA 需要选择有适当限制酶切位点的载体和外源DNA。
一般来说，常用的载体包括质粒、噬菌体、噬菌体样颗粒等。
2. 制备DNA片段：外源DNA片段可以通过PCR扩增、酶切和DNA合成等技术制备。
需要注意的是，PCR扩增要确保扩增的DNA片段与宿主DNA具有一定的同源性。
3. 利用限制酶切割载体和外源DNA：根据预定的酶切位点设计限制酶切位点并进行酶切。
4. 进行杂交和拼接：将外源DNA片段与载体DNA杂交，并通过互补配对将DNA片段与载体DNA进行拼接。
5. 转化大肠杆菌：利用化学方法或电击法将构建好的载体DNA转化到大肠杆菌中，转化后得到含外源DNA的菌落。
6. 筛选阳性菌落：利用选择性培养基和荧光素酯分析方法等技术筛选阳性菌落。
7. 测序鉴定：对筛选出的阳性菌落进行测序，并鉴定插入的外源DNA序列是否正确。
同源重组法是分子克隆领域中一种非常实用的技术。
同源重组技术的原理和应用
同源重组技术的原理和应用同源重组技术（Homologous recombination technology，HRT）是一种常用的基因编辑技术，它能够在特定部位改变DNA序列，用于治疗某些遗传性疾病、研究基因表达调控和蛋白质结构等方面。
本文将介绍同源重组技术的原理和应用。
1. 同源重组技术的原理同源重组技术是利用质粒、病毒等载体携带的外源基因通过靶向指向的方式将其导入到细胞或生物体中，从而达到改变生物体基因组的目的。
具体来说，同源重组技术是基于DNA的相互作用原理进行的。
DNA由四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）构成，它们之间形成了氢键，使得两条互补的DNA链可以通过这些氢键相互结合。
在同源重组中，DNA分子的另一端则通过DNA酶和锌指核酸酶来实现切割和精准定位。
一旦发现了具备相同序列的区域，这些酶就会将外源基因定向到位点，与染色体上的同源序列组成DNA双链，从而取代了原有的序列，以达到修复或替换某些基因的效果。
2. 同源重组技术的应用同源重组技术的应用广泛，其中最重要的是对基因的编辑和修复。
以下将介绍几种常见的同源重组技术应用：(1)质粒介导同源重组质粒介导同源重组是一种常用的基因工程技术。
这种技术主要是利用菌单倍体的同源重组能力，通过转化质粒来实现有选择性地在DNA的特定区域插入新基因。
这种技术特别适用于菌类以及一些单细胞真菌和原生生物。
(2)病毒介导同源重组病毒介导同源重组则运用了病毒自身的重组机制特征，对其进行了改造，使其能够以带选择性的方式在目标细胞中整合外源基因。
这种方法目前已经广泛应用于人类基因治疗领域，尤其在修复致病基因和引入新基因方面取得了显著进展。
(3)基因组编辑基因组编辑技术可以通过同源重组来治疗遗传性疾病。
比如，在用于治疗Friedreich's ataxia（FA）的基因治疗研究中，研究团队采用基因克隆技术构建了能够靶向FA基因的重组质粒，并通过同源重组的方式将其导入细胞中。
DNA同源重组修复的分子机制
・综述・作者单位:300192 天津,中国医学科学院放射医学研究所DNA 同源重组修复的分子机制王勇 樊飞跃 电离辐射直接造成生物靶分子细胞DNA 的损伤,DNA 的损伤类型很多,其中以DNA 双链断裂(double strand break ,DS B )最为严重。
DNA DS B 的修复较其他类型的DNA 损伤更加困难,不修复则可能导致染色体断裂和细胞死亡,而修复不当则可能导致染色体缺失、重排、转位和倒置等,从而易于形成肿瘤等疾病[1]。
DNA 损伤的不完全修复可导致基因组不稳定,机体细胞为了对抗损伤,发展出多个修复系统来保证基因组的完整性,同源重组修复(hom olog ous recombinationrepair ,HRR )是DNA DS B 损伤修复的主要方式,对于保持哺乳动物细胞的基因组完整性十分重要[2]。
重组即遗传物质的重排,同源重组是指发生在同源DNA 序列间的重组,主要是利用DNA 序列间的同源性来识别,而负责配对和重组的蛋白质因子并无碱基序列特异性。
本文综述了国外近来对HRR 分子机制的研究进展,包括引发HRR 的DNA 损伤机制;HRR 的基本修复过程和多条修复通路;HRR 关键分子重要功能的实现机制;HRR 与细胞周期调控等其他事件的相互关系;辐射和HRR 及其与肿瘤之间的关系。
11DNA 损伤的感受识别:HRR 参与的蛋白质有RAD51,RAD51b ,c ,d ,RAD52,RAD54,BRC A1,BRC A2,XRCC2,XRCC3和MRN 复合物等,另外还需大量起始和损伤应激感受分子,包括AT M ,ATR 和DNA 2PK cs [3]。
细胞在受到电离辐射照射后,一系列重组或修复蛋白及复合物重新定位形成核焦点,以应答DNA 损伤。
这些蛋白有γ2H2AX ,AT M ,RAD51,BRC A1,BRC A2,NBS1,RPA 和MRN ,它们相互作用,完成DNA 损伤信号的接受功能并转导信号给其他蛋白质,介导并协调包括周期检控点、凋亡、修复的损伤应答。
RedET同源重组技术概述
亚克隆 pGB-15A载体抗性基因簇
Red/ET subcloning
直接克隆 Myxococcus xanthus中的沉默基因簇
3 mg基因组DNA用EcoR V消化
EcoRV (36739)
EcoRV (664)
p15A ori
Cm
Mx unknown PKS gene cluster (~36kb)
2. 不受靶标DNA分子大小的限制；
3. 不受内切酶切位点的限制；
4. 精确性：不依赖RecA蛋白，减少了引入非预期的突变、
缺失、替换等的几率；
5. 简便快捷：省去了中间质粒的构建，减少实验步骤、缩
短实验周期。
三、 Red/ET重组的作用机制
1.链入侵模式
Red/ET重组链入侵模型
2.链退火模型
插入选择标记
插入无选择标记的DNA片段
E. coli染色体上插入抗性基因
传统基因工程技术（A）和Red/ET重组技术（B）修饰E.coli染色体实验步骤比较
3. 亚克隆 （Subcloning）
4. 直接克隆 （Direct cloning）
（A）亚克隆和直接克隆示意图
（B） 不同复制子能承载外源 DNA片段的大小
2. RecE和RecT
RecE：C端39kDa的部分才是5’-3’外切酶活性必需，对5’端为羟 基的底物也有活性。 RecT：与ssDNA结合形成丝状体，催化与互补ssDNA之间的退火。
3. RecA ４个亚基形成有活性的RecA蛋白，细菌中广泛存在且高度保
守，有同源重组酶、DNA损伤修复、DNA依赖ATPase活性等功能。 可诱导SOS反应、挽救DNA复制叉等，提高电击后细胞的活
6. 重组子筛选
同源染色体联会的分子机制
同源染色体联会的分子机制
同源染色体联会（homologous chromosome pairing）是指在有性生殖中，同源染色体在减数分裂前期通过染色体联会在细胞核中形成特定的结构，从而实现染色体的准确配对和交换的现象。
同源染色体联会对于有性生殖的正常进行至关重要，它在基因重组和遗传多样性的形成中起到重要作用。
同源染色体联会的分子机制涉及多个分子和细胞过程的参与。
以下是同源染色体联会的主要分子机制：
1. 首先，细胞核内的同源染色体会在减数分裂前期的染色质纤维上形成同源染色体联会中心（homologous chromosome pairing center，PC）。
2. PC由多种蛋白质组成，其中一个重要的蛋白质是Meristem Disc 1（MER1），它被认为是同源染色体联会的关键因子。
3. MER1蛋白质通过与同源染色体的特定区域结合，促进同源染色体的接近和配对。
4. 在同源染色体联会的过程中，其他蛋白质如ASY1、ASY3和ZYP1等也参与其中，它们形成复合物并与MER1一起调控同源染色体联会的进程。
5. 同源染色体联会的形成还涉及DNA修复机制的参与。
在染色体联
会过程中，同源染色体之间的DNA断裂和交换被触发，从而实现基因重组。
这一过程依赖于DNA双链断裂修复机制中的同源重组。
总的来说，同源染色体联会的分子机制是一个复杂的过程，涉及多种蛋白质的相互作用和调控，以及DNA修复机制的参与。
这些分子机制的研究对于了解有性生殖的遗传机制和遗传多样性的形成具有重要意义。
遗传学 遗传重组
IS
IS
IS
transposition
IS L
IS
R臂
中心区
臂
♣ 两侧的IS既可 以是IR，又可以 是DR状态 （IR多） ♣ 当两个IS组件相同 时，其中任一个都可 行使转座功能
♣ 不同时，主 要依靠一个
C、转座噬菌体 mutator phage, Mu （巨型转座子 ）
以E.coli为寄主的温和型噬菌体（溶源、裂解）
玉米转座因子对胚乳颜色的影响 Ac、Ds的转座属于非复制机制
2）果蝇基因组中的转座子
果蝇的P因子有两种类型： 一类是全长P因子，长2907bp，两端有33bp的反向重复序
列(IR)，有4个外显子(4个ORF)，编码转座酶； 另一类为缺失型P因子，它不能编码转座酶，它的转座
依赖于全长P因子。缺失型P因子都是由活性P因子的中段 缺失衍生而来的，长度从500bp到1400bp不等。
③ 在新的位置上，转座因子两侧出现5~12bp 正向 重复序列
④ 转座过程中出现共联体（cointegrate)，即两个 复制子通过共价键连接形成的一个复制子
2）非复制型转座（nonreplicative transposition) 转座子从供体一个位点转移到受体新位点处，供
体位点留下缺口，受到损伤（严重时致死）或宿主 修复系统识别修复。
Ds因子长0.4-4kb，它的中间(在转座酶基因中)有许多种长度不等的 缺失, 如Ds9缺失194bp，而Ds6则缺失2.5kb，Ds的两端也都有11bp的 反向重复序列。
Ac和Ds的末端反向重复几乎是一样的，只有一个不同之处：Ac两 端最外边的核苷酸是彼此不互补的T:G，而Ds是互补的T:A(图)。
Ac-Ds转座元件结构示意图。右边示Ac及Ds元件的单链DNA末端反向重复 配对所形成的茎环结构，这种结构可能对转座有意义
同源重组的分子机制
同源重组的分子机制一、断裂重接模型（breakage joining model）C．D．Darlington 1936年提出。
在同源染色体联会时，由于染色体的缠绕而产生张力，两个相对染色单体在同一位置断裂，然后彼此和另一染色单体重新连接起来从而形成重组并消除这种张力。
二、基因转换现象Olive等广泛研究粪生粪壳菌g座位，g-决定子囊孢子灰色，g+决定子囊孢子的黑色，在g+×g-的杂交中，他们分析了20万子囊，发现0.06%是5∶3分离，0.05%是6∶2分离，0.008％是3∶1∶1∶3（或异常4∶4）分离。
图示． (1)一个孢子中的两个孢子有着不同的基因型。
(2)分离比例不是4∶4。
(3)邻近的基因A/a都呈现正常分离。
断裂重接模型则无法解释异常现象。
1930年，德国遗传学家H．温克勒把这种不规则分离现象解释为减数分裂过程中同源染色体联会时一个基因使相对位置上基因发生相应的变化所致，因而称就基因转变。
好象是由于一个基因转换为另一等位基因，所以称为基因转换（gene conversion）。
以后由于发现一个基因发生基因转变时，它两旁的基因常同时发生重组：在5∶3和6∶2分离的子囊中，大约有30%也在g座位的这边或那边发生重组；有基因转换的子囊中，基因转换和遗传重组都发生在同样两个单体的子囊比例竟高达90%。
所以认为基因转变是某种形式的染色体交换的结果。
因此，基因转变的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。
三、同源重组的Holliday模型1964年，R. Holliday提出了重组的杂合DNA模型(hybrid DNA mode)，并作修正。
图示．过程：A．同源的非姊妹染色体的DNA配对。
B-C．同源非姊妹染色单体DNA中两个方向相同的单链在DNA内切酶的作用下，在相同位置上同时切开。
D．切开单链交换重接，形成交联桥结构（cross-bridged structure）。
E．交联桥的位置可以靠拉链式活动，沿着配对DNA分子“传播”—桥迁（Bridge migration），其中互补碱基间形成的氢键从一条链改变另一条链。
同源重组的分子机制
同源重组的分子机制同源重组是指在一些生物体内，两个或多个相同的DNA分子发生断裂后重新联接，形成新的DNA分子。
同源重组在维持基因组的稳定性、遗传多样性和进化中起到了重要的作用。
下面将详细介绍同源重组的分子机制。
同源重组发生的分子机制主要包括以下几个步骤：1.DNA的双链断裂：同源重组的第一步是将DNA分子的双链断裂，产生“剪切”点。
这个过程通常由核酸内切酶或其他切割酶完成。
2.定向修复：一旦DNA双链断裂，细胞会启动DNA损伤修复机制。
同源重组的关键步骤是定向修复，即通过与另一个同源DNA分子的配对，完成失配碱基的对齐和DNA链的延伸。
3. 合成DNA片段的消旋：在定向修复过程中，DNA链被切断并重新配对。
这会产生修复延伸片段，通常称为D-loop。
D-loop中未配对的DNA片段称为Holliday结构。
4. 构建交换结构：Holliday结构是同源重组的关键中间产物。
它可以被随后的DNA解旋酶切割，使两个重组DNA分子交换部分DNA片段。
这就形成了交换结构，也称为交叉结构。
5.交叉解除：交叉结构需要通过交叉解除酶进行解旋。
交叉解除酶能够切割并重新连接DNA链，使两个DNA分子在重新联接后恢复原始的连续性。
总的来说，同源重组是通过DNA分子的双链断裂、定向修复、合成DNA片段的消旋、构建交换结构和最后的交叉解除等一系列分子机制来实现的。
同源重组除了上述的分子机制外，还受到一些调控因子的控制。
例如，同源重组过程中参与的酶和蛋白质需要进行相互作用，并受到调控因子的调控。
这些调控因子包括DNA损伤修复蛋白、组蛋白修饰酶、DNA结合蛋白等。
同时，在同源重组的整个过程中，细胞还需要保持恰当的染色质结构和空间组织。
同源重组在生物体中具有多种功能。
一方面，同源重组能够实现DNA分子的修复和保护，维持基因组的稳定性。
另一方面，同源重组还是基因重组和遗传多样性的重要机制之一、在生殖细胞的形成过程中，同源重组可以通过重组DNA片段的交换来增加基因组的多样性。
2μ的同源重组机制
2μ的同源重组机制引言同源重组是指在染色体内部或不同染色体之间的基因片段发生重组现象。
同源重组是遗传学中重要的遗传现象之一，它在生物界中普遍存在，并对物种的进化和遗传多样性发挥着重要作用。
2μ是酵母菌中的一种质粒，以其独特的结构和功能而受到广泛关注。
本文将详细介绍2μ的同源重组机制。
1. 2μ的结构和功能2μ质粒是酵母菌中一种重要的可自复制的质粒，其大小约为6.4kb。
2μ质粒由多个功能区域组成，包括起始区域（ARS）、自复制区域（REP）和分离区域（STB）。
起始区域是2μ质粒复制的起点，自复制区域包含了质粒复制所需的基因和序列，分离区域是质粒在细胞分裂时与染色体分离的关键区域。
2μ质粒的功能主要包括自复制和稳定维持。
自复制是指2μ质粒能够在细胞分裂过程中独立复制自身的能力，从而保证质粒在子代细胞中的传递。
稳定维持是指2μ质粒能够在细胞分裂过程中保持相对稳定的拷贝数目，避免质粒过多或过少的情况发生。
2. 2μ的同源重组机制2μ的同源重组机制是2μ质粒在细胞分裂过程中发生的一种重要的遗传现象。
同源重组可以发生在2μ质粒内部，也可以发生在不同2μ质粒之间。
2.1 2μ质粒内部的同源重组在2μ质粒内部，同源重组通常发生在自复制区域和分离区域之间。
这种同源重组的结果是产生了新的2μ质粒变异体，这些变异体可能具有不同的自复制能力和稳定性。
同源重组的发生通常需要两个条件：同源序列的存在和重组酶的参与。
在2μ质粒内部，同源序列通常是自复制区域和分离区域之间的重叠序列。
重组酶是一种能够催化DNA分子之间发生切割和连接的酶，它在同源重组过程中起到了关键的作用。
同源重组的过程可以简单分为四个步骤：切割、重组、连接和修复。
首先，重组酶会切割2μ质粒上的同源序列，生成单链断裂。
然后，两个2μ质粒上的同源序列会通过重组酶的介导发生重组，形成新的DNA分子。
接下来，重组酶会连接这些DNA分子，形成一个新的2μ质粒变异体。
同源重组酶工作原理
同源重组酶工作原理同源重组酶是一种重要的酶类，它可以促进DNA分子在不同的位置之间发生重组，从而实现DNA片段的重组、插入、剪切等操作。
同源重组酶在生物学研究、基因工程、生物医学等领域都有着广泛的应用，成为了现代生物技术的重要工具之一。
同源重组酶工作原理主要涉及到DNA分子的结构和功能、DNA复制和修复机制等方面的知识。
下面将从这些方面逐一介绍。
一、DNA分子的结构和功能DNA是生物体内存储遗传信息的重要分子，它由四种碱基（腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C）组成的碱基对相互配对形成了双螺旋结构。
DNA分子的主要功能是存储和传递遗传信息，它通过遗传密码的方式指导生物体的生长发育、代谢活动等各种生命过程。
二、DNA复制和修复机制DNA复制是指在细胞分裂过程中，DNA分子通过模板作用合成新的DNA分子的过程。
DNA复制的过程包括DNA双链的分离、DNA聚合酶的作用、DNA链的连接等步骤。
DNA复制是生物体维持遗传信息稳定性的基础，它在生命过程中扮演着至关重要的角色。
DNA修复是指在DNA受到损伤或者错误的情况下，通过一系列的修复机制使其恢复正常的过程。
DNA修复的主要机制包括直接修复、错配修复、碱基切除修复、重组修复等。
DNA修复机制可以保证生物体的遗传信息的准确性和完整性，同时也是维持生物体正常生命活动的基础。
三、同源重组酶的作用原理同源重组酶是一种能够催化DNA分子在不同位置之间发生重组的酶类。
同源重组酶主要作用于DNA分子中的同源序列，即两个DNA 分子中具有相同序列的区域。
同源重组酶通过识别同源序列，将两个DNA分子在同源序列处断裂，并将它们重新组合成一个新的DNA分子。
同源重组酶的作用过程主要包括以下几个步骤：1. DNA分子的断裂：同源重组酶在同源序列的位置识别并结合，促进DNA双链在同源序列处发生断裂。
2. 末端处理：断裂后的DNA末端需要经过一系列处理，包括去除末端碱基、平滑末端等操作，以便于末端的配对。
同源重组的原理及过程
同源重组的原理及过程【最新版】目录1.什么是同源重组2.同源重组的基本过程3.同源重组的相关酶及其功能4.同源重组的种类5.异常重组6.总结正文一、什么是同源重组同源重组是分子生物学中的一个基本概念，它指的是在 DNA 双链断裂后，通过引入断裂的 DNA 片段并将其与同源 DNA 分子连接起来，从而完成 DNA 修复的过程。
在这个过程中，需要通过一定的机制来保证连接的准确性，这个机制就是同源重组。
二、同源重组的基本过程同源重组的过程可以分为以下几个步骤：1.两个同源 DNA 分子的联会：在 DNA 双链断裂后，两个同源 DNA 分子会在断裂部位形成一个联会结构，从而为后续的修复提供准确的模板。
2.引入断裂 DNA：在联会结构形成后，需要将断裂的 DNA 片段引入到联会结构中，这样才能保证后续的修复能够准确地进行。
3.在两条重组 DNA 间形成碱基互补的段片段起始区：在断裂 DNA 片段被引入到联会结构后，会在两条重组 DNA 间形成一个碱基互补的段片段起始区，这个起始区将为后续的链入侵提供起点。
4.链入侵后两个 DNA 分子相互交叉的 DNA 链联系在一起：在形成碱基互补的段片段起始区后，断裂 DNA 片段会通过链入侵的方式与同源DNA 分子连接起来，从而使得两条 DNA 分子相互交叉的 DNA 链联系在一起。
5.Holliday 联接体的剪切：在链入侵完成后，会形成一个称为Holliday 联接体的结构，这个结构需要通过剪切来完成 DNA 修复的最后一步。
三、同源重组的相关酶及其功能在同源重组的过程中，需要通过一些酶的参与来完成 DNA 的修复，这些酶包括：1.RecBCD：具有解螺旋核酸内切酶活性，能拆分 Holliday 结构。
2.RecA：能促进同源 DNA 单链的结合，具有单链、双链结合活性，NTP 酶活性。
四、同源重组的种类同源重组可以分为以下几种类型：1.位点特异性重组：这种类型的重组需要特异性位点和特异性位点的核酸内切酶参与。
利用同源重组从而实现目的基因的替换的原理
利用同源重组从而实现目的基因的替换的原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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同源重组如何影响基因组编辑的效率
同源重组如何影响基因组编辑的效率关键信息项：1、同源重组的定义和机制2、基因组编辑的目标和方法3、影响同源重组效率的因素4、同源重组对基因组编辑准确性的影响5、提高同源重组在基因组编辑中效率的策略6、同源重组相关技术的发展趋势1、引言11 基因组编辑的重要性和应用领域12 同源重组在基因组编辑中的关键作用2、同源重组的原理和过程21 同源重组的分子机制211 重组酶的作用212 同源序列的识别和配对22 同源重组发生的细胞环境和条件3、基因组编辑的主要技术和方法31 CRISPRCas 系统的工作原理32 其他基因组编辑工具的介绍4、影响同源重组效率的因素41 同源序列的长度和相似度42 细胞周期阶段43 基因组结构和染色质状态44 DNA 损伤修复机制的竞争5、同源重组对基因组编辑准确性的影响51 精确的基因替换和修饰52 减少脱靶效应和意外突变6、提高同源重组在基因组编辑中效率的策略61 优化同源模板的设计和制备62 调控细胞内相关基因的表达63 联合使用其他技术手段7、同源重组相关技术的发展趋势71 新的重组酶和辅助因子的发现72 基于同源重组的精准基因治疗的前景8、结论81 同源重组在基因组编辑中的重要地位和未来展望82 进一步研究和技术创新的方向在基因组编辑领域，同源重组作为一种重要的分子生物学过程，对编辑效率产生着深远的影响。
同源重组是指依赖于同源序列之间的交换和重组，以实现遗传物质的重新组合和修复。
其机制涉及多个步骤，包括重组酶对同源序列的识别、配对和链交换等。
基因组编辑旨在对生物体的基因组进行精确的修饰和改造，以实现特定的生物学功能或治疗疾病。
常见的基因组编辑技术如 CRISPRCas系统，通过引导 RNA 与 Cas 蛋白的结合，在特定的基因组位点产生双链断裂，进而借助细胞内的修复机制实现基因编辑。
同源序列的长度和相似度是影响同源重组效率的重要因素。
较长且高度相似的同源序列能够提高重组的成功率。
3.3同源重组
◘ Holliday结构形成的分子机制（断裂复合起始机制） 有双链侵入模型、单链侵入模型、双链断裂修复模型等多种
三、同源重组相关的酶(原核)
（但其靶 DNA 必须有缺口－－结合DNA）
RecA引发链侵入模型
RecA 被置换连
入侵单链
RecA启动的单链入侵
RecA promotes the assimilation of invading single strands into duplex DNA so long as one of the reacting strands has a free end.
反应结束时，RecA 结合到双链上
◘ 其中—单链同化有固定的方向 入侵单链为5’－3‘ 双链 DNA 的互补链是3’－5‘
3. 原核同源重组的其它蛋白 需要 E.coli 中三个基因 ruvA,ruvB 和 ruvC 的产物
a、 RuvA 识别 Holliday 结构的连接点
b、 RuvB 为分枝迁移提供动力（ATPase 10～20bp/s） c、 RuvC 核酸内切酶---专一性识别 Holliday 结构的连接点
reca启动的单链入侵reca引起的链交换和holliday结构的生成2reca蛋白催化双链和单链dna的反应阶段联会前阶段缓慢reca与单链结合单链与双螺旋的互补链迅速配对形成双链连接分子holliday5侵入从双螺旋结构中缓慢置换一条链产生一段长的异源双链dna反应结束时reca结合到双链上其中单链同化有固定的方向入侵单链为53dna的互补链是35原核同源重组的其它蛋白需要ecoli中三个基因ruvaruvbruvc的产物ruva识别holliday结构的连接点ruvb为分枝迁移提供动力atpase1020bpsruvc核酸内切酶专一性识别holliday结构的连接点体外切段连接点以拆分重组体特点
同源重组载体构建原理
同源重组载体构建原理
同源重组载体是一种常用的基因工程技术，其原理是利用同源重组机制将外源基因序列嵌入到宿主细胞染色体中，从而实现目的基因的表达。
同源重组是指在DNA分子中，两根具有相
似的序列，经过配对形成互补链后进行切割和重新连接的过程。
同源重组载体的构建过程包括以下几个关键步骤：
1. 选择载体：选择合适的载体作为DNA重组的平台。
常用的
载体包括质粒和噬菌体等。
2. 获取目的基因：从已知基因库中获取目的基因的DNA序列。
3. 选择限制性内切酶：根据目的基因的DNA序列，选择适当
的限制性内切酶，用于切割载体和目的基因的DNA。
4. 进行DNA切割：用选择的限制性内切酶分别切割载体和目
的基因的DNA，得到切割后的DNA片段。
5. 进行DNA连接：将切割后的载体DNA和目的基因片段进
行混合，并加入DNA连接酶，使其在适当的条件下进行连接。
6. 复制、转化宿主细胞：将连接好的DNA引入到宿主细胞中，通过细胞的自身复制和表达机制，将目的基因嵌入到宿主细胞染色体中。
7. 选择正确的克隆：经过培养和筛选，筛选出含有正确重组载
体的克隆细胞。
通过以上步骤，成功构建了同源重组载体。
该载体可以被宿主细胞识别和复制，从而实现了目的基因的稳定表达。
需要注意的是，在构建同源重组载体的过程中，要确保载体和目的基因的DNA序列有相应酶切位点和互补序列，以保证切割和连接的准确性。
同时还需注意选择合适的宿主细胞，使其具备较高的转化效率和稳定性。
同源重组原理
同源重组原理
同源重组的原理主要包括DNA的切割、连接和修复三个步骤。
首先，DNA分子经过特定的内切酶切割成片段，然后这些片段在适当的条件下与另一DNA分子的相应片段进行连接，最后通过细胞内的修复机制，使其形成新的DNA分子。
同源重组在基因工程中有着广泛的应用。
例如，通过同源重组技术可以构建基因敲除的转基因动植物，用于研究基因的功能和生物学过程。
此外，同源重组还可以用于基因治疗，通过修复受损的基因，治疗一些遗传性疾病。
在自然界中，同源重组也是生物体进行遗传信息交换和多样性产生的重要手段。
在有性生殖过程中，同源重组能够将父母亲的基因重新组合，生成具有不同基因组合的后代，增加了种群的遗传多样性，有利于适应环境的变化。
同源重组的原理不仅在生物学研究和基因工程领域有着重要的应用，同时也为我们理解生物遗传规律和进化提供了重要的理论基础。
通过对同源重组原理的深入研究，可以更好地理解生物体的遗传机制，为人类的生命科学研究和医学应用提供更多的可能性。
总的来说，同源重组原理是生物体遗传信息传递和多样性产生
的重要机制，对于基因工程、基因治疗以及生物进化等领域具有重
要的意义。
通过对同源重组原理的深入研究和应用，可以为人类的
健康和生命科学研究带来更多的突破和进展。
同时，对于保护生物
多样性和促进生物资源的可持续利用也具有重要的意义。
因此，我
们应该加强对同源重组原理的研究，不断拓展其在各个领域的应用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
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两个方向相同的一条单链；
• 3. 切开的单链交换重接;
•
• 4. 形成交联桥结构；
•4
• 5. 分支迁移：形成一大段异 •5
•7
源双链DNA(Holliday结构)
• 6. 绕交联桥旋转1800，形成 Holliday异构体；
• 7. 切开与重接：
• 左右切，形成非重组体
• 上下切，形成重组体。
同源重组的分子机制2
支持Holliday遗传重组模型的证据： 1、形态学上，Holliday中间体(Chi 结构)的电镜照片；
同源重组的分子机制2
•Holliday模型同样适用于环状DNA间的重组 两个环状DNA分子配对、断裂、重接形成“8”字
型结构中间物，根据切割的位置不同，可分别形成两 个亲本环、大的单体环或者是滚环结构，也可以形成 “χ” 结构。
•A•G•b•A•A•b
•a
•T
•B
•a
•C
•B
•D/d
同源重组的分子机制2
•A •G
•B
•A •A
•B
•a •C
•b
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•A
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•a
•C
•B
同源重组的分子机制2
同源重组的分子机制2
• Holliday 模型中，由于重组而产生的异源双链区存在 不配对碱基，可被细胞内的修复系统能够识别并以一条链 为模板进行切除修复：
•5:3 (或 3:5)
100/200000
•3:1:1:3
同1源6重/组2的00分0子0机0制2
2、基因转变的分子机制
•①在5：3和6：2分离的子囊中，约有30%也在g基因两侧 • 发生重组； •②发生基因转变的子囊中，基因转变和遗传重组都发生 • 于同样的两个染色单体上的子囊的比例高达90%；
•基因转变的实质：重组过程中留下的局部异源双 链区，在细胞内的修复系统识别下不同的修复产 生的结果；
同源重组的分子机制2
同源重组的分子机制2
同源重组的分子机制2
•左右切
•异源双链 区
•D/d
•A
•G
•B
•A
•A
•B
•a
•C
•b
•a
•T
•b
•D/d
同源重组的分子机制2
•上下切
•异源双链 区
•D/d
•(1). 两个杂种分子均未得到校正，有丝分裂后分离形成4:4 或 3:1:1:3的异常孢子分离比，属于半染色单体转变；
•(2). 一个杂种分子得到校正，另一条未校正，有丝分裂后 分离形成 5:3 或 3:5 的分离比，属于半染色单体转变；
•(3). 两个杂种分子都被校正到同一种类型，有丝分裂后分 离形成 6:2或2:6 的分离比，属于染色单体转变；
同源重组的分子机制2
2020/11/7
同源重组的分子机制2
•上一课重点内容回顾
•着丝粒作图原理与方法
•顺序四分子遗传分析
•四分子分析
•两个基因作图原理与方法
•非顺序四分子遗传分析
•相关概念：四分子、顺序四分子、第一次分裂分离(MI模式)、 第二次分裂分离(MII模式)、子囊型(PD、NPD和T)
同源重组的分子机制2
同源重组的分子机制2
•2
同源重组的分子机制2
同源重组的分子机制2
支持Holliday遗传重组模型的证据： 1、形态学上，Holliday中间体(Chi 结构)的电镜照片； 2、异源双链形成时，产生碱基错配导致与重组相关联 的基因转变的发生；
同源重组的分子机制2
(二)、基因转变及其分子机理 1、异常分离与基因转变
同源重组的分子机制2
•二、Holliday模型 •依据：基因转变 •证据：细菌重组chi结构
同源重组的分子机制2
•(一)、过程
•1
• 1. 同源的非姐妹染色单体联
•6
•会; 无论 Holliday 结•2构断裂是否• 导致旁侧遗传标
• 2. DNA内切酶在非姐妹染
•旋转1800
•色单记体的的相重同组位，置同它时们切都开 含•3有一个异源双链区。
Meselson-Radding模型 1975年Meselson Radding提出；
•同源重组的分子机制
同源重组的分子机制2
•第四章 同源重组的分子机制
同源重组的分子机制2
断裂重接模型和模板选择复制模型存在的问题
断裂重接模型：不能解释基因转变和极化子现象； 模板选择复制模型：
(1) 违背了半保留复制； (2) DNA复制在S期，重组在偶线期，不应同时发生； (3)不能解释3线和4线交换；
同源重组的分子机制2
•解释同源重组分子机制的模型：
断裂和重接模型 1937年，Darlington提出；
模板选择复制模型（copy choice ） Belling J.首先提出，1933年又撤回； 1948年，Hershey再次提出；
霍利迪(Holliday)模型 1964年Robin Holliday提出；
第六章 同源重组的分子机制
同源重组的分子机制2
•一、概 念
•同源重组：依赖大范围的DNA同源序列的联会，重组过 程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。
• 例：同源染色体非姐妹单体交换； • 细菌的转化、转导、接合； • 噬菌体的重组…
•条件：•2个DNA分子序列同源；
•不同物种同源重组所需的最小的同源序列不同；
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•+同源重组的分子机制2
•染色单体转变•粪生粪壳菌(Ol•i半ve染): 色g+单×体g转-变
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•?
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•6:2 (或 2:6)
•120/200000
4 pdx + + pdxp pdx + pdx +
同源重组的分子机制2
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••基因转+变(gene
conver••+s-+-ion)：一个基因••转+-+- 变为它的等位基
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因的遗传+ 学现象（源于-基因内重组）。+
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••+-+-
••+-+-
粗糙脉孢菌： pdxp：酸度敏感的VB6依赖型 pdx： 酸度不敏感的VB6依赖型
同源重组的分子机制2
+ pdxp
× pdx +
•585个子囊中
孢子对
①
子囊
②
③
④
1 2
•? + pdxp pdx +
+ + pdx +
+ + pdx + + pdxp + pdxp
3 + pdxp + + pdx + + +