同源重组的分子机制

哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
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
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
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；
第六章 同源重组的分子机制
(一)、过程
1
1. 同源的非姐妹染色单体联会 ;
6
2. DNA内切无酶论在非H姐o妹ll染id色ay单 结2构断裂是否导致旁侧遗传标
体的相同位置同时切开两个
旋转1800
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；
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；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
1 6
2
旋转1800 3
4
5
7
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
A
G
B
A
A
B
a
C
b
a
T
b
A
G
b
A
A
b
a
C
B
a
T
B
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
(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；
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。
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
2
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
哈工大 -遗传学
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；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
二、Holliday 模型
依据：细菌重组 chi结构 基因转变
哈工大 -遗传学
4
5. 分支迁移：形成一大段异源
双链DNA(Holliday 结构)
5
7
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。
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
(1) 5' A 3' 3' 5' a
(2) 5' A 3' 3' 5' a
哈工大 -遗传学
第六章 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 +
+ + pdx + + pdxp + pdxp
3 + pdxp + + pdx + + +
4 pdx + + pdxp pdx + pdx +
哈工大 -遗传学
B 3' 5' 5'
b 3' 联会
B 3' 5' 5'
b 3' 酶切
(3) 5' A 3' 3' 5' a
(4) 5' A 3' 3' 5' a
B 3'
5'
5'
b
3'
游离端移动联会
B 3'
5'
5'
b 3' 游离端交叉连接
(5) 5' A 3' 3' 5' a
B 3' 5' 5'
b3 形成单链交叉
(6) 5' A 3' 3' 5' a
Meselson-Radding 模型 1975年Meselson Radding 提出；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
1
2.
断裂重接模型
3.
4.
1．
2.
3.
4.
模板选择复制 模型
图 23-3 断裂重接模型和模板选择复制模型的比较
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
断裂重接模型和模板选择复制模型存在的问题
第六章 同源重组的分子机制
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；
哈工大 -遗传学
第六章 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
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
?
-
-
-
-
+
+
+
+
?
-
+
?
-
-
-
-
6:2 (或 2:6)
120/200000
5:3 (或 3:5)
100/200000
3:1:1:3
16/200000
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%；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
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：
(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；
第六章 同源重组的分子机制
--
-+
-+
-+
++
++
+-
+-
-+
-+
-+
基因转-变+(gene convers-io-n) ：一个基因-转+变为它的等位基
因的遗+传+学现象（源于+ 基+ 因内重组）。+ +
+-
+-
+-
-+
-+
-+
-+
+-
++
+-
+-
染色单体转变粪生粪壳菌(Oliv半e)染: 色g +单×体g转-变
(7)
A
B 3'
5'
5
b
3'
分支点移动
B
(8)
A
B
两臂旋转
b a
(9)
A
B
b a
(10)
A
B
A B
b a
(11) A
B
a
b
AБайду номын сангаас
B
a
b
b a
A
b
a
B
A
b
a
B
a
b
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；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制