基因重组-精品PPT

免
间插DNA
疫 球
V片段
RSS
RSS J片段
蛋
单链切开 RAG1 RAG2
白
OH
基
OH
因
分子内转酯反应
重
排
过
单链切开
程
转移核苷酸 修复、连接
V
J
目录
四、转座重组
由插入序列和转座子介导的基因移位或重 排称为转座(transposition)。
由 McClintock （ 1956 ） 在 玉 米 上 首 先 发 现 遗传学发展史上的重要里程碑之一。
IS-两端有IR，只编码转座酶
原 类转座因子-结构同IS，但不能独立存在，仅作为复合转座子的两端组件
核 复合转座子-两端由IS或类IS构成，可编码抗抗菌素物质
TnA转座子家族-两端为IR，可编码转座酶、解离酶和抗性物质
转 AC-Ds-植物（玉米）中的激活-解离因子
转 座 因 子
座 子
P 因子-果蝇中父本因子，在M♀×P♂中导致杂种不育
ag A g+
ag 5 :3
异常 a g+ 分离 A g+
Ag
ag
图 23-7 基 因 转 变 和 减 数 后 分 离
6 :2
正常分离
4:4 异常分离
Holliday 模型
以E.coli的同源重组为例，了解同源重组 机制的Holliday模型。
Holliday模型中，同源重组主要4个关键步骤
①两个同源染色体DNA排列整齐 ②一个DNA的一条链断裂、并与另一个DNA对应的
位 点 特 异 重 组 (site-specific recombination) 是由整合酶催化，在两个DNA 序列的特异位点间发生的整合。
一．λ在aat位点的整合
二．倒位重组
沙门氏细菌（Salmonella）的相转变
Mu噬菌体G片段的倒位 三.免疫球蛋白基因的重排
例（一）λ噬菌体DNA的整合
IR Transposase Gene IR
发生形式： 保守性转座(conservative transposition) 复制性转座(duplicative transposition)
插 入 序 列 的 复 制 性 转 座
目录
（二）转座子转座
转座子(transposons) ——可从一个染色体位 点转移到另一位点的分散重复序列。
复
连接
制
IR (34bp) 和 Tn3 解离 倒位
无
相似
复
制
倒位
无
复
制
倒位
无
复
制
DR, IR
DR → 切 无
离和缺 复
失
制
IR → 倒
位
靶
整 合 酶 在 整合
修
LTR 的 3′
复
端 产 生 2b
性
缺口在靶上
复
交错切割连
制
接填补缺口
同源特 异重组
转座 重组
模板 转换
特殊 重组
酵母交配 型转变
复制型
非复制型
链连接，形成Holliday中间体 ③通过分支移动产生异源双链DNA ④Holliday中间体切开并修复，形成两个双链重
组体DNA，分别为：
片段重组体(patch recombinant)
拼接重组体(splice recombinant)
5´
3´
5´
3´
5´ 内切酶 3´
3´ 5´
5´
3´
(recBCD)
第一节
DNA的重组 DNA Recombination
一、同源重组
发生在同源序列间的重组称为同源重组 (homologous recombination)，又称基本重组。 是最基本的DNA重组方式，通过链的断裂和 再连接，在两个DNA分子同源序列间进行单 链或双链片段的交换。
重组机制
一.交叉理论（chiasmatatype hypothesis） 1909年Janssens并提出了交叉型理论
反转录病毒、RNA →DNA→整合宿主靶DNA
真 核
反 转 录
病毒超家族
Ty Copia LINSL1
（1）有长末端重复序列 （2）编码反转录酶或整合酶 （3）可含内含子
转
（1）无重复序列
座 子
非病毒超家族
SINSB1/ Alu
（2）不编码转座子产物 （3）无内含子
假基因
λ整合
区域同源 Int, IHF
现了异常分离。认为这种异常分离是有丝分裂的产物， 称为减数后分离(postmeiotic segreation)
A g+
A g+ ag
全部校正
4:4
正常分离
A g+ a g+ a g+
ag
A g+
A g+
a g 部分
校正
a g+
A g+
A
g
a
g
ag
A g+
a g+
a g+
A g+
Ag ag
ag
未校正
轻链的基因片段：
L
ຫໍສະໝຸດ Baidu
V
J
C
重链的基因片段：
L
V
D
J
C
CACAGTG(12/23)ACAAAAACC
GTGTCCAC
TGTTTTTGG
基因片段
重组信号序列
重链(IgH)基因的V-D-J重排和轻链(IgL)基 因的V-J重排均发生在特异位点上。在V片段的 下游，J片段的上游以及D片段的两侧均存在保 守 的 重 组 信 号 序 列 (recombination signal sequence, RSS) 。 此 重 排 的 重 组 酶 基 因 rag (recombination activating gene)共有两个， 分别产生蛋白质RAG1和RAG2。
Lindegren,C.C（1949）报道了酵母有规律的异离常分离 现象：交配型A×a的杂交中，有些子囊所含的孢子为 （3A+1a），也称为基因转变。
50年代中期Mitchell,M. B. 异常分离不是由于整个染色体 的异常行为，而是由于特定位点的“基因转变”所致， 即属于基因内重组。
Olive, E1-Ani和Kitani等在粪壳菌(Sodaria fimicola)中也发
沙 门 氏 菌 相 区域同源 Hin 和
转变
tnpR
同源
位点 Mu 的 G 片段 区域同源 Gin 特异 倒位
重组 P1 的 C 片段 区域同源 Cin 倒位
转 座 子 之 间 区域同源 或两端 DR、 IR 重组
反 转 录 病 毒 区域同源 整合酶 整合
attp 核 心 交错切割连 整合
无
酶（15bp） 接 Holliday
5´
3´
5´ 3´
5´3´
5´ 片 段
重
组
体
3´ 5´
3´ 内切酶
5´
(ruvC)
3´ 5´
5´ 3´
5´ 3´
拼
5´
接 3´
重
组 体 53´´
3´ 5´
DNA
连接酶
3´ 5´
3´ 5´
目录
(1) 5’ A 3’ 3’ 5’ a
(2) 5’ A 3’ 3’ 5’ a
B 3’
5’
5’
b 3’ 联会
B 3’
内切酶、外 切酶
RecA, B, C, D
Chi 位 点 （8bp）
Holliday 模 型和
MeselsonRadding 模 型
Holliday 模 型
完 全 RuvABC 同源
完 全 DNAPol 同源
行为 和结 果 交互 交换
单向 取代
单向 取代
单向 取代
复制
修复 性复 制
修复 性复 制 修复 性复 制 修复 性复 制
3´ 5´
5´
3´
5´
3´
5´ 分支迁移 3´
3´
5´ (recA) 3´
5´
3´
5´
内切酶
(recBCD)
3´ 5´ 5´
3´ 5´ 3´
DNA侵扰 (recA)
3´
5´
5´ 3´
5´
3´
DNA 5´
3´
3´
5´ 连接酶 3´
5´
3´
5´
3´
5´
3´
3´
5´
3´
Holiday中间体
目录
片段重组体 （见模型图左边产物）： 切开的链与原来断裂的是同一条链，重组
保守型
I 类内含子 归巢
反转录转 座子 Ⅱ类内含 子归巢 免疫球蛋 白 的 VJC 连接
完全 同源 无 无 无 无
区域 同源
Rid 52, HO
图 23-21λ噬菌体的整合和切离
例（二）细菌的特异位点重组
沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变
hix为反向重复序列，它们之间的H片段可在
Hin控制下进行特异位点重组(倒位)。H片段上有
两个启动子P，其一驱动hin基因表达，另一正向
时驱动H2和rH1基因表达，反向(倒位)时H2和rH1 不表达。rH1为H1的阻遏蛋白基因。
文档，文
基因重组
三级安全培训资料
2006年7月
1
本章要求 第一节 DNA的重组
DNA重组
同源重组 (homologous recombination) 接合作用 (conjugation) 转化作用 (transformation) 转导作用 (transduction) 位点特异的重组(site-specific recombination) 转 座 (transposition)
体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲本 DNA。
拼接重组体（见模型图右边产物）： 切开的链并非原来断裂的链，重组体异源
双链区的两侧来自不同亲本DNA。
5´
3´
3´
5´
3´
5´
5´
3´
Holiday中间体
内切酶
(ruvC)
3´ 5´ 5´ 3´
5´ 3´
5´ 3´
3´
5´
5´
3´
DNA
连接酶 3´
质粒 —— 细菌染色体外的小型环状双链DNA分子 可接合质粒如 F 因子(F factor)
（二）转化作用
通过自动获取或人为地供给外源DNA，使细 胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型，称为 转化作用 (transformation)。
例：溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。
目录
（三）转导作用
沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变
DNA
启动序列
启动序列
hin
H2
I
H1
Hin重组酶
H2鞭毛素 阻遏蛋白
hin
H2
I
转位片段
H1 H1鞭毛素
例（三）免疫球蛋白基因的重排
免疫球蛋白(Ig)，由两条轻链(L链)和两条 重链(H链)组成，分别由三个独立的基因族编码， 其中两个编码轻链(和)，一个编码重链。
转座子可在染色体组内移动，从一个位点 切除，插入到一个新的位点,引起基因的突变或 染色体重组。
（一）插入序列转座
插入序列(insertion sequences, IS)组成： 二个分离的反向重复(inverted repeats, IR)序列 特有的正向重复序列 一个转座酶（transposase)编码基因
(7)
A
B 3’
5’
5
b
3’
分支点移动
B
(11) A a
A a
b
B
b a
B b
B b
a
A B
b a
A
b
a
B
A
b
a
B
a
b
图 23－8 Holiday 重组模型。
Holiday模型说明了遗传重组过程,也说 明了基因转变的现象
二、细菌的基因转移与重组
（一）接合作用
当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接 触时，质粒DNA从一个细胞（细菌）转移至 另一细胞（细菌）的DNA转移称为接合作用 (conjugation)。
二.断裂和重接模型 1937年Darlington提出
三.模板选择学说（copy choice ） Belling J.首先提出的，1933年他又撤回了 这一假设。
四 .1948年Hershey提出模板选择学说
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
5’
5’
b
3’
酶切
(8)
A
B
两臂旋转
b a
(9)
A
B
(3) 5’ A
B 3’
3’
5’
3’
5’
5’ a
b
3’
游离端移动联会
(4) 5’ A
B 3’
(10)
A
3’
5’
3’
5’
5’ a
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
转座子组成：反向重复序列 转座酶编码基因 抗生素抗性等有用的基因
IR
Transposase Gene
有用基因 IR
由转座子介导的转座
目录
类型 事件
同源 重组
真 减数 核 分裂
转化 原 核 接合
广泛 性转 导
表 23-2 各种重组的类型
同 源 蛋白和酶 特异位点 重组机制 性
完全 同源
完全 同源
当病毒从被感染的（供体）细胞释放出 来、再次感染另一（供体）细胞时，发生在 供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因 重组即为转导作用(transduction)。
例 λ噬菌体的生活史
溶菌生长途径 (lysis pathway)
溶源菌生长途径 (lysogenic pathway)
目录
目录
三、位点特异重组
λ噬菌体的整合酶识别噬菌体和宿主染色体的 特异靶位点发生选择性整合；
反转录病毒整合酶可特异地识别、整合反转录 病毒cDNA的长末端重复序列(long terminal repeat, LTR)。
λ噬菌体 P O P’
包装
感染宿主
B O P’
P O P’ ×
B O B’
Int
Int
IHF
IHF
Xis P O B’
断裂重接模型和模板选择复制模型的否定
断裂重接模型不能解释基因转变和极化子现象 模板选择复制模型存在的问题：
(1) 违背了半保留复制； (2) DNA复制应在S期，重组应在偶线期，
不应同时发生。 (3)不能解释3线和4线交换。
基因转变----与遗传重组有关
1930年Winkler把真菌中不规则分离现象解释为基因转变 （conversion）