基因重组(hollidaY)
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G. L. ZHOU
25
（一）、基因转变（gene conversion） A g+×a gA g+ A g+ a g+ a g+ A g+ A ga ga g非重组孢子对 非重组孢子对 重组孢子对， 基因转变 非重组孢子对
A g+ A g+ a g+ a gA g+ A ga ga g-
非重组孢子对 重组孢子对， 基因转变 重组孢子对， 基因转变 非重组孢子对
1940年，Mitchell注意到上述现象，设计了实验进行分析：
吡哆醇依赖型突变：＋ pdxp
×
pdx ＋
585个子囊
G. L. ZHOU
20
好象是一个基 因转变成为另 一个基因，其 邻近的基因仍 然是2：2分离
基因转变
G. L. ZHOU
21
（一）、基因转变（gene conversion）
介绍四分子分析时，可以看到一个子囊中的八个子囊孢 子成直线排列，比例为４：４，而且是两两成对的。但是 以后的研究中发现一些不规则的分离现象，即5：3；６：２ （或２：６），不规则４：４（不是两两成对）等。例如 在粪生粪壳菌中，野生型黑色子囊孢子与突变型灰色子囊 孢子的杂交（g+×g-），曾发现：
G. L. ZHOU
15
二、ＤＮＡ损伤的修复
重组修复
这种重组修复并 没有从亲代ＤＮ Ａ中除去二聚体， 在以后的复制中 还必须经过重组 修复的过程。但 是随着复制的继 续，损伤的ＤＮ Ａ链将在群体中 逐步“稀释”。
G. L. ZHOU
16
二、ＤＮＡ损伤的修复
电离辐射引起的DNA损伤和它的修复：请同学们学！
G. L. ZHOU
基因转变伴随基因重组
26
引入：Holliday模型
这是R.Holliday 1964年提出的一个关于基因 重组的模型。
(a)联Βιβλιοθήκη Baidu；(b)两个染色单体双链ＤＮＡ分子中各一条 单链为核酸内切酶切断；（c）单链游离端移动；(d) 游离端交换位置；（e）单链连接成为半交叉；(f)半 交叉位置移动成十字型结构；（g）两臂旋转；(h) 上下两个单链由限制性内切酶切断；(i) DNA连接， 中间包含杂合双链的两条染色单体，两旁基因（Ａ 和Ｂ，ａ和ｂ之间）发生了重组。
变相反的突变，是由于终止密码子突变为编码子，使肽链延长。
G. L. ZHOU
1
与突变有关的几个概念
５．回复突变（back or reverse mutation）：是指由突变 型四复为野生型的突变。 ６．抑制基因突变（suppressor mutation）：是指一个基 因的突变表型可因另一基因的突变而发生改变，后一个基因 就称为抑制基因。 ７．突变率（mutation rate）：指在一个世代中或其他规 定的单位时间内，在特定的条件下，一个细胞发生某一突变 的概率。对于有性生殖的生物，突变率用一定数目配子中的 突变配子的比例来表示；细菌的突变率则用一定数目的细胞 在分裂一次过程中发生突变的次数表示。能常多细胞生物的 突变率高于单细胞原核生物。
异源双链heteroduplex
G. L. ZHOU
31
(二)同源重组的Holliday模型
G. L. ZHOU
32
(二)同源重组的Holliday模型
G. L. ZHOU
33
(二)同源重组的Holliday模型
6.Holliday连 接体异构化、 拆分
G. L. ZHOU
34
6. Resolving Holliday junction
II：烷化剂：这是一类带有一个（单功能烷化剂）或几个
（多功能烷化剂）不稳定的烷基，可与核酸中的碱基起化学反 应的物质。大多数烷化剂可在鸟嘌呤的第七位上产生烷化作用， 形成７－烷基鸟嘌呤。７－烷基鸟嘌呤很不稳定，可以脱去烷 基而恢复原状，也可以使核糖－鸟嘌呤间的共价键断裂而脱去 鸟嘌呤。脱去鸟嘌呤的位置上便形成一个空位，这一空位有以 下几个可能的效应：
G. L. ZHOU
18
mitosis
A
a A
If normal rules of meiosis apply:1. Should be 4 red : 4 yellow in ascus 2. Pairs of spores should have same color (as formed by mitosis)
与突变有关的几个概念
１．同义突变（same sense or synonymous mutation）：指虽然
基因已发生突变，但仍编码同一种氨基酸，这是因为密码子有简 并性。 ２．无义突变（nonsense mutation）：是指由于突变而使其某一 编码子突变为终止密码子（UGA,UAG，UGG）。 ３．错义突变（mis-sense mutation）：又称歧义突变，是指由 于突变而导致多肽链上氨基酸的改变，大多数的突变属于此类。 ４．延长突变（elongation mutation）：这是一类刚好与无义突
a
BUT we find rare exceptions (often associated with a cross-over in this region)
What’s going on ?
G. L. ZHOU
19
异常分离与基因转变（abnormal segregations and gene conversion )
5：3 占0.06％ 6：2 占0.05％
不规则４：４ 占0.008％
22
G. L. ZHOU
（一）、基因转变（gene conversion）
5：3
G. L. ZHOU
6：2
不规则4：4
23
（一）、基因转变（gene conversion）
1930年Ｈ．温克勒把不规则分离的现象解 释为减数分裂过程中同源染色体联会时一个基 因使相对位置上的基因发生相应的改变所致， 因而他提出了基因转变（有时亦称为基因转换） 的概念。 基因转换：指由一个基因转变为其相应的 等位基因的现象。
A、ＤＮＡ复制时空位的相对位置上出现Ｔ而引起转换
O T G C
G. L. ZHOU
A T
O C
G C
6
（2）碱基修饰剂（改变DNA结构的诱变剂）
B、ＤＮＡ复制时，在空位的相对位置上出现Ａ或Ｇ，引 起颠换：
O A G C O C O G T A C G
C、导致ＤＮＡ断裂，引起染色体畸变成移码突变。
•DNA损伤修复的缺陷：DNA损伤修复的缺陷将
带来严重的后果。可导致细胞的突变，甚至死亡。 人的DNA损伤修复的缺陷也将带来多种疾病。
•如着色性干皮病（xeroderma pigmentosum,XP） 是一种常染色体隐性遗传病（AR）。该病的病人 是因为与DNA损伤修复相关的基因突变引起的， 90%的病人在20岁之前就已经发生了皮肤癌。
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24
（一）、基因转变（gene conversion）
以后又发现一个基因发生转变时它两旁的基因（侧 翼标记）常同时发生重组，所以认为基因转变是某 种形式的染色体重组的结果。例如A g+×a g-的杂交 （Ａａ是一对关于接合型的基因）。 g+和g-可以发生 转变，而且凡是g+或g-发生转变。都伴随着Ａ和ｇ之 间的重组。 由于基因转变常伴随着重组的发生，所以基因转 变机制的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。
G. L. ZHOU
27
(二)同源重组的Holliday模型
1. Homologous DNA pairs
2. Nicks made near Chi (GCTGGTGG) sites by a nuclease. 2.两个DNA分子单链的 同一部位发生断裂。
G. L. ZHOU
28
(二)同源重组的Holliday模型
G. L. ZHOU
17
第四节 ＤＮＡ重组
DNA重组大致可分为三大类型： 一是同源重组(homologous recombination)：这是 指依赖于大范围ＤＮＡ同源顺序之间的联会，联会 和重组部分不受限制； 二是非同源重组：指依赖于小范围ＤＮＡ同源顺序 的联会，联会仅限于某些特定的核苷酸序列，而重 组 也 仅 发 生 在 这 里 ， 故 又 称 位 点 专 一 重 组 (sitespecific recombination)； 三是异常重组(illegitimate recombination)：指 没有同源顺序的联会而发生的重组。
3. ssDNA carrying the 5’ ends of the nicks is coated by RecA to form RecA-ssDNA dilaments.
3.两个断裂的单链的 游离末端彼此交换
G. L. ZHOU
29
(二)同源重组的Holliday模型
4. RecA-ssDNA filaments search the opposite DNA duplex for corresponding sequence (invasion).
G. L. ZHOU
2
（1）碱基类似物
碱基类似物指与DNA分子中碱基结构十分相似的化学物质。当
DNA复制时，这些类似物可以掺入到DNA分子中而引起误配，例如 ５－溴尿嘧啶（5-BU）以酮式存在时可与Ａ配对，以烯醇式存在时 可与Ｇ配对，从而导致转换的发生。同时，有5-Bu引起的突变也可 以由再诱发回复突变。 2-氨基嘌呤也有类似的情况。
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3
（1）碱基类似物
G. L. ZHOU
4
（1）碱基类似物 5-BU的诱变机制： A A G T T C
A T A BU
BU掺入
G BU
第一次复制
G BU
第二次复制
G C G C
G. L. ZHOU
G C A BU
A T A BU
5
G BU
（2）碱基修饰剂（改变DNA结构的诱变剂）
4.末端彼此连接形 成Holliday连接体
G. L. ZHOU
重组接点Recombination joint
30
(二)同源重组的Holliday模型
接合分子 joint molecule 4. form a four branched Holliday structure 5. Branch
migration(分支迁移)
G. L. ZHOU
11
二、ＤＮＡ损伤的修复
光复活作用修复
G. L. ZHOU
12
二、ＤＮＡ损伤的修复
暗复活（dark reactivation）： 又称切补修
复（excision repair），所谓的暗复活是指修复ＤＮ Ａ的损伤并不需要光的激活作用，而不是指修复过 程必须在暗中进行。这一过程大约有四个酶参与， 即首先由核酸内切酶的作用下在ＤＮＡ损伤部位造 成单链断裂，然后在核酸外切酶的作用下切除二聚 体及周围的少数几个核苷酸，而后在DNA pol I或Ⅱ 的作用下修补缺口，最后由连接酶连接成一个完整 的ＤＮＡ双链。
G. L. ZHOU
13
二、ＤＮＡ损伤的修复
暗复活修复
G. L. ZHOU
14
二、ＤＮＡ损伤的修复
重组修复（recombination repair）： 重组修
复是在DNA复制的情况下进行的，所以又称复制后修复。过 程大致是： （１）复制：带有二聚体的ＤＮＡ单链仍可做为模板进行 DNA复制，但是子代DNA链中在与二聚体对应的部位出现 空隙。 （２）重组：有缺口的子代DNA链与另一完整的母链进行 重组，空隙由母链来的片段弥补而将空隙转移给母链。 （３）再合成：重组后，空缺已不再对着二聚体部位，而 是面对着另一正常的单链，此时在ＤＮＡ多聚酶和连接酶作 用下便可完成修复过程。
变剂的特点是诱发移码突变，使ＤＮＡ 分子增加或缺失几对核苷酸。
G. L. ZHOU
10
二、ＤＮＡ损伤的修复
光复活作用（photo reactivation）：经UV
照射后的细菌等细胞如果暴露在可见光下时，存活 数显然大于在黑暗中培养的同一处理物。这是因为 细胞中含有一种可见光激活的酶，称光复合酶。这 种酶可与经UV照射过的ＤＮＡ的黑暗中结合，如果 经可见光激活便可将二聚体分开来，同时酶脱离Ｄ ＮＡ。 光复活过程已在细菌、酵母、原生动物、哺乳动 物乃至人类细胞中发现。
也可能并不脱去７－烷基鸟嘌呤，但由于７－烷基嘌 呤的存在使碱基错配而导致点突变。
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（2）碱基修饰剂（改变DNA结构的诱变剂）
G. L. ZHOU
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（2）碱基修饰剂（改变DNA结构的诱变剂）
G. L. ZHOU
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（3）DNA插入剂（结合到DNA上的化合物） 吖啶类化合物（如原黄素等）：这一类诱
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（一）、基因转变（gene conversion） A g+×a gA g+ A g+ a g+ a g+ A g+ A ga ga g非重组孢子对 非重组孢子对 重组孢子对， 基因转变 非重组孢子对
A g+ A g+ a g+ a gA g+ A ga ga g-
非重组孢子对 重组孢子对， 基因转变 重组孢子对， 基因转变 非重组孢子对
1940年，Mitchell注意到上述现象，设计了实验进行分析：
吡哆醇依赖型突变：＋ pdxp
×
pdx ＋
585个子囊
G. L. ZHOU
20
好象是一个基 因转变成为另 一个基因，其 邻近的基因仍 然是2：2分离
基因转变
G. L. ZHOU
21
（一）、基因转变（gene conversion）
介绍四分子分析时，可以看到一个子囊中的八个子囊孢 子成直线排列，比例为４：４，而且是两两成对的。但是 以后的研究中发现一些不规则的分离现象，即5：3；６：２ （或２：６），不规则４：４（不是两两成对）等。例如 在粪生粪壳菌中，野生型黑色子囊孢子与突变型灰色子囊 孢子的杂交（g+×g-），曾发现：
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二、ＤＮＡ损伤的修复
重组修复
这种重组修复并 没有从亲代ＤＮ Ａ中除去二聚体， 在以后的复制中 还必须经过重组 修复的过程。但 是随着复制的继 续，损伤的ＤＮ Ａ链将在群体中 逐步“稀释”。
G. L. ZHOU
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二、ＤＮＡ损伤的修复
电离辐射引起的DNA损伤和它的修复：请同学们学！
G. L. ZHOU
基因转变伴随基因重组
26
引入：Holliday模型
这是R.Holliday 1964年提出的一个关于基因 重组的模型。
(a)联Βιβλιοθήκη Baidu；(b)两个染色单体双链ＤＮＡ分子中各一条 单链为核酸内切酶切断；（c）单链游离端移动；(d) 游离端交换位置；（e）单链连接成为半交叉；(f)半 交叉位置移动成十字型结构；（g）两臂旋转；(h) 上下两个单链由限制性内切酶切断；(i) DNA连接， 中间包含杂合双链的两条染色单体，两旁基因（Ａ 和Ｂ，ａ和ｂ之间）发生了重组。
变相反的突变，是由于终止密码子突变为编码子，使肽链延长。
G. L. ZHOU
1
与突变有关的几个概念
５．回复突变（back or reverse mutation）：是指由突变 型四复为野生型的突变。 ６．抑制基因突变（suppressor mutation）：是指一个基 因的突变表型可因另一基因的突变而发生改变，后一个基因 就称为抑制基因。 ７．突变率（mutation rate）：指在一个世代中或其他规 定的单位时间内，在特定的条件下，一个细胞发生某一突变 的概率。对于有性生殖的生物，突变率用一定数目配子中的 突变配子的比例来表示；细菌的突变率则用一定数目的细胞 在分裂一次过程中发生突变的次数表示。能常多细胞生物的 突变率高于单细胞原核生物。
异源双链heteroduplex
G. L. ZHOU
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(二)同源重组的Holliday模型
G. L. ZHOU
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(二)同源重组的Holliday模型
G. L. ZHOU
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(二)同源重组的Holliday模型
6.Holliday连 接体异构化、 拆分
G. L. ZHOU
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6. Resolving Holliday junction
II：烷化剂：这是一类带有一个（单功能烷化剂）或几个
（多功能烷化剂）不稳定的烷基，可与核酸中的碱基起化学反 应的物质。大多数烷化剂可在鸟嘌呤的第七位上产生烷化作用， 形成７－烷基鸟嘌呤。７－烷基鸟嘌呤很不稳定，可以脱去烷 基而恢复原状，也可以使核糖－鸟嘌呤间的共价键断裂而脱去 鸟嘌呤。脱去鸟嘌呤的位置上便形成一个空位，这一空位有以 下几个可能的效应：
G. L. ZHOU
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mitosis
A
a A
If normal rules of meiosis apply:1. Should be 4 red : 4 yellow in ascus 2. Pairs of spores should have same color (as formed by mitosis)
与突变有关的几个概念
１．同义突变（same sense or synonymous mutation）：指虽然
基因已发生突变，但仍编码同一种氨基酸，这是因为密码子有简 并性。 ２．无义突变（nonsense mutation）：是指由于突变而使其某一 编码子突变为终止密码子（UGA,UAG，UGG）。 ３．错义突变（mis-sense mutation）：又称歧义突变，是指由 于突变而导致多肽链上氨基酸的改变，大多数的突变属于此类。 ４．延长突变（elongation mutation）：这是一类刚好与无义突
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BUT we find rare exceptions (often associated with a cross-over in this region)
What’s going on ?
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异常分离与基因转变（abnormal segregations and gene conversion )
5：3 占0.06％ 6：2 占0.05％
不规则４：４ 占0.008％
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（一）、基因转变（gene conversion）
5：3
G. L. ZHOU
6：2
不规则4：4
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（一）、基因转变（gene conversion）
1930年Ｈ．温克勒把不规则分离的现象解 释为减数分裂过程中同源染色体联会时一个基 因使相对位置上的基因发生相应的改变所致， 因而他提出了基因转变（有时亦称为基因转换） 的概念。 基因转换：指由一个基因转变为其相应的 等位基因的现象。
A、ＤＮＡ复制时空位的相对位置上出现Ｔ而引起转换
O T G C
G. L. ZHOU
A T
O C
G C
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（2）碱基修饰剂（改变DNA结构的诱变剂）
B、ＤＮＡ复制时，在空位的相对位置上出现Ａ或Ｇ，引 起颠换：
O A G C O C O G T A C G
C、导致ＤＮＡ断裂，引起染色体畸变成移码突变。
•DNA损伤修复的缺陷：DNA损伤修复的缺陷将
带来严重的后果。可导致细胞的突变，甚至死亡。 人的DNA损伤修复的缺陷也将带来多种疾病。
•如着色性干皮病（xeroderma pigmentosum,XP） 是一种常染色体隐性遗传病（AR）。该病的病人 是因为与DNA损伤修复相关的基因突变引起的， 90%的病人在20岁之前就已经发生了皮肤癌。
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（一）、基因转变（gene conversion）
以后又发现一个基因发生转变时它两旁的基因（侧 翼标记）常同时发生重组，所以认为基因转变是某 种形式的染色体重组的结果。例如A g+×a g-的杂交 （Ａａ是一对关于接合型的基因）。 g+和g-可以发生 转变，而且凡是g+或g-发生转变。都伴随着Ａ和ｇ之 间的重组。 由于基因转变常伴随着重组的发生，所以基因转 变机制的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。
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(二)同源重组的Holliday模型
1. Homologous DNA pairs
2. Nicks made near Chi (GCTGGTGG) sites by a nuclease. 2.两个DNA分子单链的 同一部位发生断裂。
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(二)同源重组的Holliday模型
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第四节 ＤＮＡ重组
DNA重组大致可分为三大类型： 一是同源重组(homologous recombination)：这是 指依赖于大范围ＤＮＡ同源顺序之间的联会，联会 和重组部分不受限制； 二是非同源重组：指依赖于小范围ＤＮＡ同源顺序 的联会，联会仅限于某些特定的核苷酸序列，而重 组 也 仅 发 生 在 这 里 ， 故 又 称 位 点 专 一 重 组 (sitespecific recombination)； 三是异常重组(illegitimate recombination)：指 没有同源顺序的联会而发生的重组。
3. ssDNA carrying the 5’ ends of the nicks is coated by RecA to form RecA-ssDNA dilaments.
3.两个断裂的单链的 游离末端彼此交换
G. L. ZHOU
29
(二)同源重组的Holliday模型
4. RecA-ssDNA filaments search the opposite DNA duplex for corresponding sequence (invasion).
G. L. ZHOU
2
（1）碱基类似物
碱基类似物指与DNA分子中碱基结构十分相似的化学物质。当
DNA复制时，这些类似物可以掺入到DNA分子中而引起误配，例如 ５－溴尿嘧啶（5-BU）以酮式存在时可与Ａ配对，以烯醇式存在时 可与Ｇ配对，从而导致转换的发生。同时，有5-Bu引起的突变也可 以由再诱发回复突变。 2-氨基嘌呤也有类似的情况。
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（1）碱基类似物
G. L. ZHOU
4
（1）碱基类似物 5-BU的诱变机制： A A G T T C
A T A BU
BU掺入
G BU
第一次复制
G BU
第二次复制
G C G C
G. L. ZHOU
G C A BU
A T A BU
5
G BU
（2）碱基修饰剂（改变DNA结构的诱变剂）
4.末端彼此连接形 成Holliday连接体
G. L. ZHOU
重组接点Recombination joint
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(二)同源重组的Holliday模型
接合分子 joint molecule 4. form a four branched Holliday structure 5. Branch
migration(分支迁移)
G. L. ZHOU
11
二、ＤＮＡ损伤的修复
光复活作用修复
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二、ＤＮＡ损伤的修复
暗复活（dark reactivation）： 又称切补修
复（excision repair），所谓的暗复活是指修复ＤＮ Ａ的损伤并不需要光的激活作用，而不是指修复过 程必须在暗中进行。这一过程大约有四个酶参与， 即首先由核酸内切酶的作用下在ＤＮＡ损伤部位造 成单链断裂，然后在核酸外切酶的作用下切除二聚 体及周围的少数几个核苷酸，而后在DNA pol I或Ⅱ 的作用下修补缺口，最后由连接酶连接成一个完整 的ＤＮＡ双链。
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二、ＤＮＡ损伤的修复
暗复活修复
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二、ＤＮＡ损伤的修复
重组修复（recombination repair）： 重组修
复是在DNA复制的情况下进行的，所以又称复制后修复。过 程大致是： （１）复制：带有二聚体的ＤＮＡ单链仍可做为模板进行 DNA复制，但是子代DNA链中在与二聚体对应的部位出现 空隙。 （２）重组：有缺口的子代DNA链与另一完整的母链进行 重组，空隙由母链来的片段弥补而将空隙转移给母链。 （３）再合成：重组后，空缺已不再对着二聚体部位，而 是面对着另一正常的单链，此时在ＤＮＡ多聚酶和连接酶作 用下便可完成修复过程。
变剂的特点是诱发移码突变，使ＤＮＡ 分子增加或缺失几对核苷酸。
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10
二、ＤＮＡ损伤的修复
光复活作用（photo reactivation）：经UV
照射后的细菌等细胞如果暴露在可见光下时，存活 数显然大于在黑暗中培养的同一处理物。这是因为 细胞中含有一种可见光激活的酶，称光复合酶。这 种酶可与经UV照射过的ＤＮＡ的黑暗中结合，如果 经可见光激活便可将二聚体分开来，同时酶脱离Ｄ ＮＡ。 光复活过程已在细菌、酵母、原生动物、哺乳动 物乃至人类细胞中发现。
也可能并不脱去７－烷基鸟嘌呤，但由于７－烷基嘌 呤的存在使碱基错配而导致点突变。
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（2）碱基修饰剂（改变DNA结构的诱变剂）
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（2）碱基修饰剂（改变DNA结构的诱变剂）
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（3）DNA插入剂（结合到DNA上的化合物） 吖啶类化合物（如原黄素等）：这一类诱