04 遗传信息的改变_part3

第四节重组与转座 一、DNA重组的概念二、重组的类型一、DNA重组的概念重组和突变是遗传变异的两种截然不同的机制：重组是已经存在的信息重排，而突变是在基因组中导入新的信息。

突变和重组在分子水平上是相互关联的。

很多重组事件(特别是引起转座和不正常重组)会导致基因破坏，这称为突变。

相反的，一些重组为修复潜在突变或致死DNA损伤所必需。

重组(recombination)是已经存在的遗传物质产生新的组合的过程。

分子间或染色体间重组(真核染色体减数分裂时独立分配和病毒基因组片段的重新分配);而分子内或染色体内重组是酶依赖的过程，新的遗传物质通过DNA的剪切和连接产生。

根据对DNA序列和所需蛋白质因子的要求可以把重组分为3种类型:同源重组（homologous recombination）位点专一性重组（site specific recombination） 转座重组（transposition recombination）.二、重组的类型（一）同源重组1，它的发生是依赖大范围的DNA同源序列的联会。

重组过程中，两个染色单体或DNA 分子相互交换对等的部分，因此表现出交互的特点2，同源重组中负责DNA配对和重组的蛋白质系统无碱基序列的特异性要求，只要两条DNA序列表现出同源性(相同或接近)，重组就可以在此序列中的任何一点发生。

3，重组热点:一些序列发生重组的频率高于其他序列4 同源序列的要求:要求两个DNA分子的序列同源,同源区越长越有利，同源区太短，越难发生重组;只要同源序列足够长，那么即使相差仅1bp的不同的遗传标记，仍然可能发生重组大肠杆菌重组:至少要求有20—40bp是相同的大肠杆菌基因组与λ噬菌体或质粒重组:大于13bp枯草杆菌基因组与质粒重组:大于70 bp哺乳动物重组:150bp以上5，重组的时期和分子机制:真核生物发生在减数分裂前期,有一套复杂的酶系统催化大肠杆菌的同源重组发生在细菌的遗传物质交流时，需要RecA和RecBCD蛋白质催化，类似的重组系统也存在于其他细菌中。

因此，细菌中的同源重组又称为依赖RecA重组(1) 5’ A B 3’ (8) A 3’ 5’ B 3’ 5’5’ a b 3’ 两臂旋转联会(2) 5’ A B 3’ b3’ 5’ a3’ 5’5’ a b 3’ (9) A酶切 B(3) 5’ A B 3’3’ 5’ b3’ 5’ a5’ a b 3’游离端移动联会(4) 5’ A B 3’ (10) A A3’ 5’ B B3’ 5’5’ a b 3’游离端交叉连接b b(5) 5’ A B 3’ a a3’ 5’3’ 5’ (11) A B A b5’ a b 3形成单链交叉a b a B(6) 5’ A B 3’3’ 5’3’ 5 A B A b5’ a b 3’分支点移动(7) A a b a BBa b （二）、同源重组模型1，Holliday 模型1、同源染色体的识别和配对排列2、两条多核苷酸链在对应位置断裂并相互侵入（交换）3、酶的作用使交换的链连接形成Holliday中间体4、分枝移位（Branch migration）形成异源双链DNA（Heteroduplex DNA）5、异源双链DNA转动，再次拉长Holliday中间体6、由内切酶在水平方向或垂直方向切开Holliday中间体7、产生带间隙的双螺旋8、酶的作用使缝隙连接起来Meselson-Radding模型（单链侵入模型）双链断裂模型2，大肠杆菌的同源重组过程 在原核同源重组中存在8个碱基组成的Chi位点;RecA.B.C.D.参与重组。

RecBCD复合体具有核酸酶，解旋酶和ATPase活性。

在Chi位点产生单链3ˊ游离未端.RecA可促进分枝移动。

RuvA和RuvB可促进异源双链的形成。

RuvC是一种内切酶,可释放重组中间体。

chi 位点5' GCTGGTGG 3'3' CGACCACC 5'在E.coli中每隔约5~10 kb有一个拷贝，但其它遗传因子中无此拷贝1、RecBCD介导的解旋和剪切产生3‘游离末端，用来起始异源双链的连接。

2、RecBCD识别DNA双螺旋的双链断裂，并释放单链，刺激链的降解。

3、RecA蛋白结合到单链上使单链伸展形成细丝；单链先是与另一个双螺旋的互补链配对，然后才侵入双螺旋并发生链交换。

4、被替换的单链与断裂的双螺旋连接形成突触。

5、通过DNA聚合酶和连接酶对缺口进行修复，这样就形成了两个Holiday结构。

6、在RecG和RecAB的作用下，Holiday结构进行分支迁移。

7、RecC切断Holiday结构的连接点，拆分重组中间体以形成单个双螺旋。

（二）、位点专一性重组1)依赖于小范围同源序列的联会，重组事件只涉及特定位置的短同源区或是特定的碱基序列之间，重组发生精确DNA的切割、连接反应2)DNA分子不交换对等的部分，结果是一个DNA分子整合到另一个DNA分子内部，又称为整合式重组3)需要专门的酶系统4)代表：大肠杆菌基因组附着位点(attBOB’)与λ噬菌体附着位点(attPOP’)的重组，有专门的整合酶和解离酶催化1 ，重组特点溶菌状态：λ噬菌体在宿主细菌中独立存在溶源状态：λ噬菌体通过重组作用整合进宿主细菌染色体的特异位点。

—前病毒（原噬菌体）整合: 溶菌状态——溶源状态切除：溶源状态——溶菌状态整合和切除发生在细菌DNA和λ噬菌体DNA的专一性附着位点。

λDNA专一性重组具有以下两个特点：z交换是可逆的z噬菌体和细菌的DNA之间有一段很短的同源序列，重组交换必须通过特定的核苷酸完成。

2，重组机制附着位点（attachment sites,att）:在细菌和噬菌体的特异位点通过重组发生整合和切离1. λ-DNA对E.coli的整合：POP’+ BOB’→BOP’—POB’需要整合酶(Int—拓扑异构酶活性)和整合宿主因子(IHF)参与,非可逆反应2. λ-DNA从E.coli的切离：BOP’—POB’→POP’+ BOB’需要整合酶(Int)、整合宿主因子(IHF)和切除酶(Xis)参与,非可逆反应整合和切离反应作用位点是不同的，整合需要识别attP和attB;而切离时需要attL和attR。

位点特异重组是通过重组位点的鉴别来控制的，因此这两个反应所依赖的蛋白质也不相同。

整合（attB x attP）反应需噬菌体int基因的产物---整合酶（intergrase,Int）和细菌蛋白宿主整合因子（intergration hostfactor,IHF），IHF由两个不同亚单位的20 Kda蛋白组成，分别由himA和himB基因编码。

位点专一性重组的核苷酸序列1. POP’:O为15bp(核心)富含A-T的非对称序列P为-160-0的160bp序列P’为0-80的80bp序列共240bp2. BOB’:O为15bp(核心)富含A-T的非对称序列B为-11-0序列B’为0-11序列（三）、转座重组转座：在转座酶的作用下，转座因子或是直接从原来位置上切了下来，然后插入染色体的新的位置；或是染色体上的DNA序列转录成RNA,RNA反转录产生的cDNA插入染色体上新的位置，这样，在原来位置上仍然保留转座因子，而其拷贝则插入新的位置。

转座重组：在转座酶的作用下转座因子插入染色体或切离染色体而产生的遗传重组。

McClintock早在1951年就在玉米中发现了转座因子，但由于人们受到基因在染色体上有序排列的传统观念的桎梏而难以接受“跳跃基因”这一新的概念，所以直到1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子（transposable element）1、转座子的类型和结构特征IS-两端有IR，只编码转座酶类转座因子-结构同IS，但不能独立存在，仅作为复合转座子的两端组件复合转座子-两端由IS 或类IS 构成，可编码抗抗菌素物质原核TnA 转座子家族-两端为IR，可编码转座酶、解离酶和抗性物质AC-Ds-植物（玉米）中的激活-解离因子转座子P 因子-果蝇中父本因子，在M♀×P♂中导致杂种不育反转录病毒、RNA →DNA→整合宿主靶DNATy Copia 病毒超家族LINSL1（1）有长末端重复序列（2）编码反转录酶或整合酶（3）可含内含子SINSB1/ Alu （1）无重复序列（2）不编码转座子产物（3）无内含子转座因子真核反转录转座子非病毒超家族假基因插入序列（IS）:IS家族的结构：两端都有短的正向重复序列（direct repeats, DR），略长的反向重复序列（inverted repeats，IR）以及1kb左右的编码区，它仅编码和转座有关的转座酶。

对靶位点的选择有三种形式：随机选择，热点选择和特异位点的选择。

插入序列图九复合转座子：复合转座子含有一个中心序列和位于两侧的臂（arm）。

除了和自身转座有关的基因外，中心序列含有抗药性基因等遗传信息。

复合转座子两端的臂由IS序列组成。

有的二侧组件相同（如Tn903），有的不同（如Tn10）。

有的方向相同（如Tn9），有的方向相反（如Tn903，10，5）。

有的皆有功能（如Tn903，10），有的仅右侧组件有功能IS组件相同，方向相反>>>>>cam R>>>>> ISL ISRIS组件IS组件中的IR 中的IR图 23-31 复合转座子结构的(Tn9)Tn A家族:TnA是复制型转座的转座子。

长约5kb左右，中部的编码区不仅编码抗性基因，还编码转座酶和解离酶。

两端具有末端反向重复序列，而不是IS，长约38bp左右，任一个缺失都会阻止转座。

靶位点具有5bp的正向重复序列。

TnA家族都带有抗性标记转录单位IR res IRtnpA tnpR amp R38 3066 19 558 861 38tnpA GUA Ⅰ Ⅱ Ⅲ AUG tnpR-58 0 +105mRNA mRNA图23-34 TnA 的结构和转录TnpA 介导转座分为两步,分别由tnpA,、tnpR 编码的转座酶（transposase ）和解离酶（resolvase ）来完成。

转座酶可以结合在末端38bp IR 中的25bp 的序列上。

转座酶识别末端重复序列，并可交错5bp 切割靶DNA ，使转座子插入。

解离位点（res ）是内部的特殊位点，只有TnA 家族才具有这一位点。

Res 位点中包含3个tnpR 结合序列（I,II,III ），每个序列长30－40bp 。

三个序列同时和tnpR 解离酶结合，使DNA 保持一个适当的拓扑结构。

2、转座作用机制(1)复制转座Replicative transposition转座子在转座过程中被完整地复制。