普通遗传学11第十一章遗传重组

二、同源重组的基本条件
具有同源区段 有联会发生
DNA单链间能相互交换 需蛋白因子参与
三、同源重组的特点
涉及同源序列间的联会配对，且交换的片 段较大 需要重组酶（是一个酶促过程） 存在重组热点 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 单链DNA分子或单链DNA末端是交换发 生的重要信号
最简单的转座子，不含有任何宿主基因。 是独立的单元，每个IS元件只编码转座酶。 是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。
IS结构特征
Transposase gene
反向重复序列 (inverted repeat sequence)
在插入位点,IS 两侧总有短的正向重复(Direct repeat)
三、λphage的整合与切除 1、实现机制：
均是通过---细菌DNA和λDNA上特定位点之间的重组
2、特定位点-----附着位点（attachment site att）
◘ E.coli attB/ attB 含BOB’三序列 23bp 含 POP’三序列 240bp
◘ λphage attP
◘ 核心序列 “O”完全一致（15bp） 富含AT，无回文对称性 （同源部分） ---位点特异性重组发生的地方
IS序列结构特征比较
转座子(composite transposon)
一类较大的转座子，除转座酶基因外，带有某 些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子 复合转座子(composite transposon)：带 有IS的Tn 简单转座子(simple transposon)：不含IS 的Tn
双倍体染色体交换
四、同源重组的分子机制
1. 同源重组异源双链DNA断裂重接的证据：
重组的发生都包括切断、链置换、连接等过程 证据：
（1）非姊妹染色单体的交换 （2）λ -DNA的断裂重接
2、同源重组的分子机制假说
1）部分交叉型假说
1909年，Janssens提出
先有交换后有交叉，交叉在重新愈合的地
四种DNA遗传重组的特征
类型
同源重组 位点专一性重组 转座重组 异常重组
需同源序列
+ + -
需RecA蛋白
+ -
需序列特异性酶
+ + ?
◘ 遗传重组与重组DNA技术
第一节 同源重组
一、homologous recombination的含义：
联会的DNA同源序列之间相互交换对等部分的过程。 发生在同源DNA序列之间
第二节 位点专一性重组
一、含义：
位点专一性重组（ site-specific recombination）指
发生在专一序列而顺序极少相同的DNA分子间的重
组，保守性重组（conservative recombination） 噬菌体基因组整合到细菌染色体基因组中属此种重 组
二、特点： DNA既不失去也不合成，而是整合； 在特定的结合序列部位，有专一的酶催化断裂 重接； 高度专一性（发生在噬菌体和细菌DNA短同源 序列的专一性核苷酸上）和高度保守性（交换 是相互的和保存原先的DNA ）。
复合转座子(composite transposon)
一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因） 的转座子
两翼往往是两个相同 或高度同源的IS序列
两个相邻的IS可以使他们中
间的DNA移动，同时也可制造出
新的转座子
3. Mu 噬菌体 (mutator phage)
它是 Ecoli 的一种温和噬菌体。与必须整合到宿主染色 体特定位置上的一般温和噬菌体不同，Mu噬菌体并没有 一定的整合位置。 与其他温和性噬菌体的差别：其基因组不论在进入裂解
方形成 细胞学水平
2）模板选择假说 1933年，Belling提出，Belling交换 假说 染色体配对是在未复制的同源染色体之间 进行，染色粒 与现代分子生物学研究结果相矛盾
3）扭力假说
Darlingtong于1937年提出，断裂愈
合模型 减数分裂同源染色体联会时，非姊妹染色 单体由于缠绕而产生张力，两个染色单体 在同一位置断裂、重接，以消除张力，从
RecBC酶的作用
具有核酸酶的作用，切断Holliday中间体，完成重组。
Ruv酶的作用
识别Holliday中间体，形成聚合物；解螺旋，促进RecA蛋白从DNA上
离去，完成重组。
参与同源重组的其他蛋白质
核酸酶、聚合酶、连接酶等
五、同源重组的功能
维持种群的遗传多样性
染色体正确分离 有助于DNA损伤修复
1、复制型转座模式 实质：转座子元件被复制并被移动到受体位 点，最终转座过程扩增了转座子的拷贝（供、 受点） 需两种酶：转座酶（作用于原拷贝两末端） 解离酶（作用于复制后的拷贝） 模式：
转座过程：两大步 a）共合体形成： 切口－连接－复制
b）拆分：由解离酶介导
4条单链断裂产生 8个末端 其中4个末端交换 连接，形成交叉 形结构，由转座 酶完成 交叉形结构决定 了转座方式—— 复制转座 交换重组，解离
◘ B,B’,P,P’臂对重组有影响
3、整合过程
◘ 整合后的附着位点为 attL（BOP’） attR（POB’） ◘ 整合位点---attB、attP 切除位点---attL、attR ◘ 整合过程需要λ 整合酶 （integrase Int）（λ 编码） 和寄主的整合宿主因子IHF （integration host factor） 共同作用
非 同 源 性 重 组
三、分子机制： 1. 末端连接——非同源末端
2. 链滑动——当DNA复制时，由一个模板 跳跃到另一个模板所引起的重组。
正向重复序列可能是链滑动发生的热点， 为什么？
本章重点
概念： 同源重组、 基因转换、转座子 比较同源重组、位点专一性重组、转座重组 和异常重组分子机制的异同点，说明遗传重 组的重要性。
第十一章
概述 第一节 第二节 第三节 第四节
遗传重组
同源重组 位点专一性重组 转座重组 异常重组
概述：
◘
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
适应环境、加速进化；损伤修复
◘ 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）
周期或处于溶源状态都可随机整合到宿主染色体的任何
位置，且游离的和已整合的基因次序是相同的. 与IS和Tn两种转座因子相比，Mu噬菌体的分子量最大（ 38kb），它含有20多个基因。Mu噬菌体引起的转座可以 引起插入突变，其中约有2％是营养缺陷型突变。
1）结构:线形DNA分子，38kb.不含IR 序列，游 离MuDNA两端各带一段寄主DNA , 整合状态时会 消失。 2）MuDNA左端含有与转座有关的A基因和B基因， 分别编码分子量为70kb和33 kb的两种蛋白。 C基因编码的产物对A基因和B基因表达有负调节作用 右端含有G片段。
2. 遗传学效应
改变现存序列
Байду номын сангаас 启动或关闭某些基因
产生缺失、重复、倒位等，与进化、发育和分 化有关 应用带不同抗药性基因的转座子在细菌质粒间 的转座，可导致多价抗药性质粒的形成
为遗传学研究的有效工具
第四节 异常重组
一、异常重组（illegitimate recombination） 的含义
在位点专一性重组过程中，对attP和attB 的初始识别并不直接依赖于DNA序列的 同源性，而是依赖于Int蛋白识别att序列
的能力
第三节 转座重组
美国女遗传学家 Barbura McClintock
一、转座因子的概念
转座子(transposon), 转座因子(transposable
element)：存在于染色体DNA上可自主位移的基本单位。
Transposition(转座) ：由可移位因子介导的遗
传物质重排现象。
二、转座重组的特点
发生于非同源序列之间 依赖于转座区域DNA的复制 需要转座酶
一般频率较低
三、原核生物转座因子
1.插入序列 (insertional sequence,IS)
没有同源性或同源性很小的DNA序列之间的遗传 重组过程 可发生在许多不同位点上 与人类癌症的发生、遗传性疾病的产生及基因组 的进化有关系
二、分类及特点：
末端连接（end-joining）：断裂的 DNA末端彼此相连形成一条具有新 的遗传组成的DNA序列 链滑动（strand-slippage）：DNA 复制时，由一个模板跳到另一个模 板引起重组
四、真核生物转座子
玉米的Ac-Ds系统
自主元件
产生转座酶
非自主元件
反式激活
不能产生 转座酶
移动到新位点
移动到新位点
Ac
Ds
Autonomous
Nonautonomous
果蝇的转座子
P因子的结构与功能示意图
六、转座重组的分子机制
转座产生正向重复序列 三种类型：复制型、非复 制型和保守型
转座酶（transposase）与转座子两端以及将要插入的 DNA靶序列相结合，然后转位酶在靶上交错切割，同时在 转座子的两条不同的链两端各进行单链切断。转座酶作用 产生3’-OH端，转座子的3’-OH进攻靶位点，使转座子游离 端和靶序列的游离端相连接，成一个DNA分子。然后，受 体DNA的靶序列（3~12bp）被复制，使插入的转座子位于 两个重复的靶序列之间。 最后由解离酶（resolvase）催化两个转座子拷贝间进行 拆分（同源重组，单交换），从而产生两个分离的DNA分 子，每个均带有一个拷贝转座子。
2、非复制型转座模式
◘ 供体上最终产生双链断裂 ◘ 供体位点如不能被修复则
有致死效应
3、保守型转座模式
◘ ◘
另一种非复制型转座 与λ 整合机制相似，其转座酶与λ 整合
酶家族有关
七、转座重组的功能与应用
1. 功能 可以关闭或增强一部分基因的活性，引起染 色体重组，影响个体发育。但常常使很多基 因受到破坏，所以是有害的，甚至致死。 有时是生物体的一种适应机制。
而产生重组。
先配对后复制；具体机制不清楚
4）Holliday模型
1964年由Holliday提出，又称为异源
或杂种DNA模型
具体步骤： Holliday模型解释的同源重组是交互的， 即均等分裂
3.同源重组的酶学机制
RecA蛋白的作用
重组酶，依赖ATP；通过碱基配对使两个DNA连接成杂交分子；促进 同源DNA联会，促使DNA分子间单链交换形成交联桥。