遗传重组的分子机制

哈工大哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
(二)、同源重组的Holliday模型 二 、同源重组的 模型
交叉理论（ 交叉理论（chiasmatatype hypothesis） ）
1909年，Janssens提出； 年 提出； 提出
断裂和重接模型
1937年，Darlington提出； 年 提出； 提出
模板选择学说（ 模板选择学说（copy choice ）
B 3’ 5’ 5’ b 3’ 联会 B 3’ 5’ 5’ 3’
(8)
A B 两臂旋转 b a
b 酶切 B
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(9)
A B
(3) 5’ A 3’ 3’ 5’ a (4) 5’ A 3’ 3’ 5’ a
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 3’ 5’ 5’ b 3 形成单链交叉 3’ 5’ 5 b 3’ 分支点移动 A B B B
b a
(10)
A B
A B
b (5) 5’ A 3’ 3’ 5’ a a (11) A B A
b a b
a (6) 5’ A 3’ 3’ 5’ a (7)
b
a
B
A
B
A
b
a
b
a
B
a
b
支持Holliday遗传重组模型的证据： 遗传重组模型的证据： 支持 遗传重组模型的证据 1、形态学上，Holliday中间体 、形态学上， 中间体(Chi 结构 的电镜照片； 结构)的电镜照片 的电镜照片； 中间体
(二)、同源重组的 二 、同源重组的Holliday模型 模型
交叉理论（ 交叉理论（chiasmatatype hypothesis） ）
1909年，Janssens提出； 年 提出； 提出
断裂和重接模型
1937年，Darlington提出； 年 提出； 提出
模板选择学说（ 模板选择学说（copy choice ）
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第八章 遗传重组
Holliday模型同样适用于环状 模型同样适用于环状DNA间的重组 模型同样适用于环状 间的重组 两个环状DNA分子配对、断裂、重接形成“8”字 分子配对、断裂、重接形成“ 字 两个环状 分子配对 型结构中间物，根据切割的位置不同， 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， 个亲本环、大的单体环或者是滚环结构，也可以形成 结构。 “χ” 结构。
3. 1．
4. 2.
模板选择复制 模型
3.
4.
图 23-3 断裂重接模型和模板选择复制模型的比较
哈工大哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
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； 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： 模板选择复制模型： (1) 违背了半保留复制； 违背了半保留复制； (2) DNA复制在 期，重组在偶线期，不应同时发生； 复制在S期 重组在偶线期，不应同时发生； 复制在 (3)不能解释 线和 线交换； 不能解释3线和 线交换； 不能解释 线和4线交换
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第八章 遗传重组
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第八章 遗传重组
Holliday 模型中，由于重组而产生的异源双链区存在 模型中， 不配对碱基， 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： 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 两个杂种分子均未得到校正，有丝分裂后分离形成4:4 的异常孢子分离比， 或 3:1:1:3的异常孢子分离比，属于半染色单体转变； 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 一个杂种分子得到校正，另一条未校正， 的分离比，属于半染色单体转变； 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 两个杂种分子都被校正到同一种类型， 的分离比，属于染色单体转变； 离形成 6:2或2:6 的分离比，属于染色单体转变； 或 (4). 两个杂种分子都被校正到不同类型，有丝分裂后分离 两个杂种分子都被校正到不同类型， 分离比，未出现基因转变； 形成 4:4 分离比，未出现基因转变；
Belling J.首先提出，1933年又撤回； 首先提出， 年又撤回； 首先提出 年又撤回 1948年，Hershey再次提出； 年 再次提出； 再次提出
Holliday模型 模型
1964年Robin Holliday提出； 年 提出； 提出
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1
2.
断裂重接模型
A
A A
a a
减数分裂I 减数分裂
A AA A A A a aa aa a
a a a a A A A A
A
a
a 减数分裂II 减数分裂 有丝分裂
第二次分裂分离(M 模式 第二次分裂分离 II)模式
A A A A a a a a
＋
＋ A － A
a a
－
a a a a A A A A
A － A a － a A ＋ A a ＋ a
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二、同源重组的分子机制
(一)、异源DNA双链断裂与重(错)接 异源DNA双链断裂与重( DNA双链断裂与重
证据： 证据：1961，M.Meselson and J.J.Wergle ，
(c mi)λ噬菌体1 噬菌体 (+ +) λ噬菌体2 噬菌体
13C和14N 和 12C和14N 和
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第八章 遗传重组
(三)、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： 粗糙脉孢菌： pdxp：酸度敏感的VB6依赖型 ：酸度敏感的 pdx： 酸度不敏感的 B6依赖型 ： 酸度不敏感的V
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第八章 遗传重组
第一次分裂分离(M 模式 第一次分裂分离 I)模式
例：同源染色体非姐妹单体交换； 同源染色体非姐妹单体交换； 细菌的转化、转导、接合； 细菌的转化、转导、接合； 噬菌体的重组… 噬菌体的重组 分子序列同源； 分子序列同源 条件： 个 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； 不同物种同源重组所需的最小的同源序列不同；
+ ? ? -
(1). 染色单体转变 染色单体转变: (chromatid conversion) 6:2 / 2:6 分离 (2). 半染色单体转变 半染色单体转变: (half-chromatid conversion) 5:3 / 3:5 3:1:1:3
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第八章 遗传重组
2、基因转变的分子机制 分离的子囊中， 也在g基因两侧 ①在5：3和6：2分离的子囊中，约有 ： 和 ： 分离的子囊中 约有30%也在 基因两侧 也在 发生重组； 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 发生基因转变的子囊中， 于同样的两个染色单体上的子囊的比例高达90%； ； 于同样的两个染色单体上的子囊的比例高达 基因转变的实质：重组过程中留下的局部异源双 基因转变的实质：重组过程中留下的局部异源双 链区， 链区，在细胞内的修复系统识别下不同的修复产 生的结果； 生的结果；
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(四)、同源重组的 四 、同源重组的Meselson – Radding 模型
1 6 旋转1800 旋转
2 无论 Holliday 结构断裂是否导致旁侧遗传标 体的相同位置同时切开两个
记的重组，它们都含有一个异源双链区 异源双链区。 记的重组，它们都含有一个异源双链区。
4 5 7
3
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第八章 遗传重组
(1) 5’ A 3’ 3’ 5’ a (2) 5’ A 3’ 3’ 5’ a
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第八章 遗传重组
第一节 同源重组
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第八章 遗传重组
一、概念
同源重组：依赖大范围的DNA同源序列的联会， 同源重组：依赖大范围的DNA同源序列的联会，重组过 DNA同源序列的联会 程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。 程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。 DNA分子交换对等的部分
＋
－
A
a
＋ A －
a
a a A A a a A A
－
＋
－
＋
A A a a a a A A
A ＋
－
a
－ A ＋
a a A A A A a a
－
＋
＋
－
减数分裂I 减数分裂
MI
减数分裂II 减数分裂
MII
a
有丝分裂
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第八章 遗传重组
(三)、基因转变及其分子机理
Belling J.首先提出，1933年又撤回； 首先提出， 年又撤回； 首先提出 年又撤回 1948年，Hershey再次提出； 年 再次提出； 再次提出
霍利迪(Holliday)模型 模型 霍利迪
1964年Robin Holliday提出； 年 提出； 提出
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重链 轻链
同时感染
E.coli
重链 重链+轻链 重链 轻链 轻链
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CsCl密度梯度离心 密度梯度离心
子代噬菌体
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5’ 3’ 5’ 3’
c
mi
3’ 5’ 3’ 5’
轻亲代
+
5’ 3’
+
3’ 5’
重亲代
c
+
图 23-4 轻、重标记λ噬菌体的重组实验
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第八章 遗传重组
支持Holliday遗传重组模型的证据： 遗传重组模型的证据： 支持 遗传重组模型的证据 1、形态学上，Holliday中间体 、形态学上， 中间体(Chi 结构 的电镜照片； 结构)的电镜照片 的电镜照片； 中间体 2、异源双链形成时，产生碱基错配导致与重组相关联 、异源双链形成时， 基因转变的发生； 的发生 的基因转变的发生；
染色单体转变粪生粪壳菌 半染色单体转变 粪生粪壳菌(Olive): g+ × g -
+ + + + + + 6:2 (或 2:6) )
120/200000
+ + + -
+ + + + + 5:3 (或 3:5) )
100/200000
+ + ? -
+ + + + 3:1:1:3 :
16/200000
1. 同源的非姐妹染色单体联会 同源的非姐妹染色单体联会; 2. DNA内切酶在非姐妹染色单 内切酶在非姐妹染色单 方向相同的一条单链； 方向相同的一条单链； 3. 切开的单链交换重接 切开的单链交换重接; 4. 形成交联桥结构； 形成交联桥结构； 5. 分支迁移：形成一大段异源 分支迁移： 双链DNA(Holliday结构) ( 结构) 双链 结构 6. 绕交联桥旋转1800，形成 绕交联桥旋转 Holliday异构体； 异构体； 异构体 7. 切开与重接： 切开与重接： 左右切， 左右切，形成非重组体 上下切，形成重组体。 上下切，形成重组体。
1、异常分离与基因转变 、 粗糙脉孢菌： 粗糙脉孢菌： pdxp：酸度敏感的VB6依赖型 ：酸度敏感的 pdx： 酸度不敏感的 B6依赖型 ： 酸度不敏感的V
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第八章 遗传重组
+ pdxp
×
pdx +
585个子囊中 个子囊中
子囊 孢子对
①
1 2 3 4 + pdxp pdx + + pdx + +
上一章主要内容回顾
几个主要的概念： 几个主要的概念： • 转化 • 转导
– 普遍性转导 – 局限性转导 – 流产转导
几个主要的知识点： 几个主要的知识点： • 转化时重组率的计算 • 转导时基因顺序的判断
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第八章 遗传重组
第八章
遗传重组
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第八章 遗传重组
DNA 的复制 遗传 DNA 的修复 生物 DNA突变 突变 变异 DNA重排 重排 遗传重组 同源重组 位点专一性重组 异常重组
②
③
+ + + + pdx + pdxp + +
④
pdx + + pdx + pdxp + +
+ pdxp pdx +
?
+
pdxp pdx
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+ +
+ + -
+ +
+ + + -
- + - + - + - + 基因转变(gene conversion)：一个基因转变为它的等位基 基因转变 - + - - ： + + + + + + 因的遗传学现象（源于基因内重组）。 因的遗传学现象（源于基因内重组）。 + + + + + + + + + + + + -