同源重组的分子机制_2
什么是同源重组的分子机制
什么是同源重组的分子机制关键信息项1、同源重组的定义2、参与同源重组的关键分子3、同源重组的启动条件4、同源重组过程中的关键步骤及相关机制5、同源重组的调控机制6、同源重组在生物体内的作用及意义1、同源重组的定义同源重组是指发生在两条同源DNA 序列之间的遗传物质交换过程。
这一过程对于维持基因组的稳定性、遗传多样性以及修复 DNA 损伤等方面具有重要意义。
11 同源重组的特点同源重组具有高度的准确性和特异性，它依赖于两条 DNA 链之间的同源性来实现遗传物质的交换。
12 同源重组与其他重组方式的区别与其他类型的重组（如位点特异性重组和转座重组）相比，同源重组涉及的区域更长，并且对同源序列的要求更高。
2、参与同源重组的关键分子21 重组酶重组酶是催化同源重组过程的关键酶类，如 RecA 家族的蛋白质。
211 RecA 蛋白的作用RecA 蛋白能够促进单链 DNA 与同源双链 DNA 进行链交换。
212 其他重组酶的功能除了 RecA 蛋白，还有一些其他的重组酶在同源重组中发挥着不同的作用。
22 单链结合蛋白单链结合蛋白能够稳定单链 DNA 结构，防止其重新形成双链。
23 核酸外切酶核酸外切酶在同源重组中参与切除DNA 链的末端，产生单链区域。
3、同源重组的启动条件31 DNA 损伤如 DNA 双链断裂是常见的启动同源重组的因素。
32 细胞周期阶段在特定的细胞周期阶段，如 S 期和 G2 期，同源重组的发生频率较高。
33 环境压力某些环境压力，如辐射、化学物质等，可能导致 DNA 损伤，从而启动同源重组。
4、同源重组过程中的关键步骤及相关机制41 产生 DNA 单链通过核酸内切酶或外切酶的作用，产生 DNA 单链。
411 单链的延伸和侵入单链 DNA 延伸，并侵入到同源双链 DNA 中，形成异源双链结构。
412 链交换和分支迁移在异源双链结构的基础上，发生链交换和分支迁移，促进遗传物质的交换。
42 形成 Holliday 连接体这是同源重组过程中的一个关键中间结构。
【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。
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。
遗传学中的同源重组机制
遗传学中的同源重组机制遗传学是研究遗传变异和遗传规律的学科，其研究范围从微观的分子水平到宏观的群体水平。
在遗传学中，同源重组机制是基因重组的一种重要方式，它在基因转移、基因突变的形成以及进化等方面起着重要作用。
同源染色体在遗传学中，同源染色体是指在相同物种中两条染色体的基因组成相同或相似。
同源染色体可以是同一物种的不同个体所拥有的染色体，也可以是不同物种之间的染色体。
例如，人类和大猩猩的染色体虽然不完全相同，但是它们具有高度的同源性。
同源重组机制的基本原理同源重组机制是指两条同源染色体之间互相交换DNA片段的过程。
同源重组机制主要在减数分裂时发生，以确保每个生殖细胞中基因组的正确分离和再组合。
同源重组机制的过程主要分为四个步骤：一、同源染色体的配对在减数分裂开始时，同源染色体首先进行配对。
在此过程中，同源染色体会相互搜索并配对，然后相互交换DNA片段。
二、DNA切割和重组在同源染色体配对后，相对应的染色体会互相“交换”某一范围内的DNA片段。
这个过程是由酶催化完成的，其中最重要的酶是转移酶（recombination enzyme），它能够切割两根不同染色体或同一染色体的DNA链，以将碎片重组为新的DNA序列。
三、交换在DNA片段切割和重组后，相互对应的同源染色体会互相“交换”DNA片段，形成新的染色体组合。
这个过程称为同源重组。
四、交叉互换当相互配对的同源染色体上出现非互补的序列时，交叉互换便会发生。
在交叉互换的过程中，同源染色体上的非同源DNA片段将被交换到另一条染色体上，从而形成一个重组后的DNA序列。
同源重组在基因重组中的意义同源重组在基因重组中发挥着重要的作用。
基因重组是指基因片段的组合重组，形成新的基因序列，并在种群进化中起着关键作用。
同源重组机制不仅在有性生殖过程中发挥重要作用，也在无性生殖和DNA修复中发挥作用。
在进化过程中，同源重组机制也为物种的适应性进化提供了基本方式。
结论同源重组机制在遗传学中发挥着重要作用，是基因组进化和重组的基础。
同源重组
单链的侵入（strand invasion）由RecA蛋白介导。
RecA是一种单链DNA结合蛋白，参与大肠杆菌中所有 的同源重组事件。它催化一个双链DNA分子的3－末端 单链区侵入另一个双链DNA分子，形成异源双链区， 同时置换出同源单链，形成Holliday结构。
RecA介导的链交换可以分为三个阶段：RecA聚集在
SSB所结合的单链DNA上，而Mus81蛋白可能是拆分 Holliday中间体的酶。
二、位点特异性重组
位点特异性重组是发生在DNA上特定序列之间的重组，不依
赖于DNA顺序的同源性，由能识别特异DNA序列的蛋白质介导，
并不需要RecA蛋白和单链DNA。 λ噬菌体DNA侵入大肠杆菌细胞后，面临着裂解生长和溶原
在断裂处，MRX酶复合体利用其5’→3’的外切酶活性
降解DNA，生成3’单链末端，其长度通常可达1 Kb或更 长。MRX酶复合体由Mre11，Rad50和Xrs2三个亚基组成， 并以三个亚基的首字母命名。MRX酶复合体还被认为能 除去与DNA相连的Spo11。
在真核细胞中已经发现了两种与细菌RecA蛋白同源
分支迁移由结合在Holliday分支点上的RuvA和RuvB蛋 白催化。RuvA以四聚体的形式识别并结合到Holliday 分支点上。RuvB蛋白为催化分支迁移的解旋酶，但
RuvB自身不能有效地与DNA结合，它需要与RuvA一起
起作用。RuvC蛋白催化断裂反应，切开极性相同的两 条单链，拆分Holliday 中间体。
物种生存具有重要意义。通过重组实现基因的重新组合使
物种能够更快地适应环境，加快进化的过程。此外，DNA 重组还参与许多重要的生物学过程，比如重组在DNA损伤 修复和突变中发挥重要作用。
高中生物第十一节：基因重组与基因转位——基因重组概念
课次：22教学目的：使学生了解重组的四种类型，了解位点特异重组和异常重组的特点，掌握同源重组的机制。
重点：同源重组的机制难点：同源重组的机制复习旧课：提问1人，了解教学效果。
导入新课：第九章遗传重组第一节概述DNA分子内或分子间发生遗传信息的重新组合，称为遗传重组(genetic recombination)。
重组产物为重组体DNA (recombinant DNA) 。
DNA重组对生物进化起着关键的作用。
基因重组是指由于不同DNA链的断裂和连接而产生的DNA片段的交换和重新组合，形成新的DNA 分子的过程。
重组的类型：（1）同源重组(homologous recombination )：反应涉及到大片段同源DNA序列之间的交换。
其主要特点是需要RecA蛋白的介入。
（2）位点特异性重组（site-specific recombination）：重组发生在特殊位点上，此位点含有短的同源序列，供重组蛋白识别。
（3）转座重组（transposition recombination）：由转座因子产生的特殊的行为。
转座的机制依赖DNA 的交错剪切和复制，但不依赖于同源序列。
（4）异常重组分为两类，末端连接和链滑动。
其特征时重组对中很少或没有序列同源性，所以也称为非同源性重组。
第二节同源重组1 同源重组1.1 同源重组（homologous recombination）:发生在同源DNA序列之间。
1.2 特征-进行同源重组的基本条件：1）在交换区具有相同或相似的序列：涉及同源序列间的联会配对，且交换的片段较大；单链DNA分子或单链DNA末端是交换发生的重要信号2）双链DNA分子之间互补碱基进行配对3）重组酶4）异源双链区的形成:涉及DNA分子在特定的交换位点发生断裂和错接的生化过程；存在重组热点。
e.g.：Euk.减数分裂时的染色单体之间的交换；细菌的转化，转导，接合，噬菌体重组同源重组是同源依赖性的，而非序列依赖性。
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。
染色体同源重组中的机制与调控
染色体同源重组中的机制与调控染色体同源重组是指两条同源染色体之间的重组过程，是生物基因组进化和遗传变异的重要机制之一。
同源重组可以发生在几乎所有生物中，包括真核生物和原核生物。
同源重组对于维持基因组稳定性、增加生物遗传变异、提升适应性等方面都有重要作用。
同源重组的机制同源重组主要涉及两个过程：DNA剪切和DNA连接。
在染色体同源重组过程中，DNA剪切是由核酸内切酶（endonuclease）介导的，通过切割同源染色体上的两条DNA链，从而形成单链DNA。
单链DNA在脱氧核糖核酸合成酶的作用下，反转录成DNA丝，再通过碱催化酶促进配对和连接来完成同源重组。
同源重组具有互换位置、替代性和修复损伤等功能。
在它的过程中，同源重组的前体分子间形成四刀形结构体，这样可以调节DNA链上的局部拓扑结构。
这些过程都涉及到DNA的精细控制和调节。
同源重组的调控同源重组过程中，大量的酶类蛋白在调控这个过程中发挥关键作用。
这些酶类蛋白可以被划分为DNA加工酶和DNA结构酶。
DNA加工酶主要负责DNA链上的剪切和连接，以及DNA分子的旋转和解旋。
DNA结构酶则负责调控单链分别和DNA链之间的互动并构形成四刀形结构，从而实现同源重组的细致调控。
外界环境的因素也可以影响染色体同源重组。
例如，放射线等DNA损伤因素可以刺激同源重组的发生。
而细胞内的信号通路则可以控制DNA结构与功能，从而改变同源重组的发生机制与效率。
研究同源重组的意义深入研究同源重组的机制与调控有助于我们理解细胞基因组稳定性的维持，基因遗传变异的形成，以及细胞DNA损伤应对机制的规范。
这些研究对于解决生物体的基因遗传变异、对抗严重的基因疾病、创造经济价值等方面都有巨大作用。
结语染色体同源重组是一种基础研究领域中的重要课题，需要多学科交叉学习和多方面研究。
当前，同源重组的机理和调控的研究正在迅速发展，带动了多个应用领域的发展。
因此研究这个领域不仅具有重要的科学价值，而且深入理解染色体同源重组的机制与调控还具有巨大的应用价值。
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。
7 第七章__分子水平的同源重组_
6. RuvAB复合物特异性识别Holliday接合点 RuvAB复合物特异性识别 复合物特异性识别Holliday接合点 并促进分支转移（ migration）。 并促进分支转移（branch migration）。
完成了重组的链渗入后，两个重组DNA分子通过一个称为 分子通过一个称为Holliday 完成了重组的链渗入后，两个重组DNA分子通过一个称为Holliday 接合点的DNA分支连接起来 分支位点的移动需要两个同源DNA二聚体间 分支连接起来。 接合点的DNA分支连接起来。分支位点的移动需要两个同源DNA二聚体间 碱基对的交换。 碱基对的交换。
3. 遗传重组的类型 （1）同源重组
--涉及大片段同源序列之间的交换。如真核生物减数分 --涉及大片段同源序列之间的交换 涉及大片段同源序列之间的交换。 裂过程发生的交互重组；细菌的转化、接合、 裂过程发生的交互重组；细菌的转化、接合、普遍性转导 过程发生的单向重组。主要特点是需要RecA蛋白的参与 蛋白的参与。 过程发生的单向重组。主要特点是需要RecA蛋白的参与。
4. 在RecA纤丝内建立 RecA纤丝内建立 新的碱基配对伴侣。 新的碱基配对伴侣。
寻找同源性的两步模型与RecA 寻找同源性的两步模型与RecA 纤丝内DNA链的交换。 纤丝内DNA链的交换。
5. RecA同源物存在于 RecA同源物存在于 所有生物中。 所有生物中。
三种生物的RecA样蛋白质。 三种生物的RecA样蛋白质。
△由于独立分配或交换在后代中出现原来没有基因组合。 由于独立分配或交换在后代中出现原来没有基因组合。 DNA从一个细胞转移至另一个细胞 从一个细胞转移至另一个细胞， △DNA从一个细胞转移至另一个细胞，并在其中形成新的 遗传信息的结合过程。 遗传信息的结合过程。 核酸分子中一段核苷酸序列的重新组合。 △ 核酸分子中一段核苷酸序列的重新组合。 广义概念——任何遗传基因型变化的基因交流过程 任何遗传基因型变化的基因交流过程。 △ 广义概念——任何遗传基因型变化的基因交流过程。 狭义概念——基因交流或重排的过程 基因交流或重排的过程。 △ 狭义概念——基因交流或重排的过程。
同源重组的分子机制_2.pptx
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)
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。
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
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. 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
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。
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；
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
左右切
异源双链区
D/d
A
G
B
A
A
B
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。
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。
3.3同源重组
同源重组
位点特异性重组 转座重组 异常重组
＋ ＋ － －
＋ － － －
－ ＋ ＋ ？
同源重组
பைடு நூலகம்
一、特征
1、 同源重组（homologous recombination）:
发生在同源DNA序列之间,涉及的是大片段同源DNA序列的交换
2、 特征：
◘ 涉及同源序列间的联会配对，且交换的片段较大
◘ 涉及DNA分子在特定的交换位点发生断裂和错接的生化过程 异源双链区的生成 ◘ 存在重组热点 ◘ 需要重组酶 ◘ 单链DNA分子或单链DNA末端是交换发生的重要信号
第三节 遗传重组
◘ 只要有DNA，就会发生重组 减数分裂 高等Euk.体细胞核基因、叶绿体和线粒体 温和噬菌体 转座子转座 ◘ 生存→变异→突变，重组 损伤修复、适应环境、加速进化
◘ 广义遗传重组：任何造成基因型变化的基因交流过程 ◘ 狭义遗传重组：涉及到DNA分子内断裂-复合的基因交流 ◘ 重组可分为四类（DNA序列、蛋白质因子） 类型 需同源序 列 需RecA蛋白 需序列特异 性的酶
（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.
3‘
e、 RecBCD 切割产生3’单链末端
2、RecA 蛋白 （1） 活性 a、 RecA 有单、双链 DNA 结合活性 b、 RecA 有 NTPase 活性（底物差异活性） 与单链 DNA 结合时活性最大---依赖于 DNA c、 RecA 有启动一个分子的单链侵入到另一双螺旋分子
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哈工大-遗传学
第四章 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
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；
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第六章 同源重组的分子机制
3 + pdxp + + pdx + + +
4 pdx + + pdxp pdx +
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第六章 同源重组的分子机制
pdx +
--
-+
-+
-+
++
++
+-
+-
-+
-+
-+
基因转-变+(gene conver-sio-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）。+ +
上一课重点内容回顾
• 连锁与交换规律
两点测交 三点测交
**相关概念：交换值、重组率、遗传干涉、并发系数、 染色单体干涉等
• 四分子遗传分析
着丝粒作图 两个连锁基因作图
**相关概念：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）等
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
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
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。
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；
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
解释同源重组分子机制的模型：
Байду номын сангаас
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；
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；
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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；
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
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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
+-
+-
+-
-+
-+
-+
-+
+-
++
+-
+-
染色单体转变粪生粪壳菌(Oliv半e)染: 色g+单×体g转- 变
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
?
-
-
-
-
6:2 (或 2:6)
120/200000
5:3 (或 3:5)
100/200000
+
+
+
+
?
-
+
?
-
-
-
-
3:1:1:3
16/200000
霍利迪(Holliday)模型 1964年Robin Holliday提出；
Meselson-Radding模型 1975年Meselson Radding提出；
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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
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)
第六章 同源重组的分子机制
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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。
第六章 同源重组的分子机制
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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；
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第六章 同源重组的分子机制
(二)、基因转变及其分子机理
二、Holliday模型
依据：基因转变 证据：细菌重组chi结构
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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a单y 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。
第六章 同源重组的分子机制
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第六章 同源重组的分子机制
左右切
异源双链区
D/d
A
G
B
A
A
B
a
C
b
a
T
b
D/d
上下切
异源双链区
D/d
A
G
b
A
A
b
a
T
B
a
C
B
D/d
A
G
B
A
A
B
a
C
b
a
T
b
A
G
b
A
A
b
a
T
B
a
C
B
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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
(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；
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第六章 同源重组的分子机制
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。
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第六章 同源重组的分子机制
2
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