基因重組課件

歡迎歡迎1第三章可移動(dòng)的遺傳因子和染色體外的遺傳因子第一節(jié)轉(zhuǎn)座子第二節(jié)質(zhì)粒第三節(jié)遺傳重組第三章可移動(dòng)的遺傳因子和染色體外的遺傳因子第一節(jié)轉(zhuǎn)座子2基本要求1.掌握轉(zhuǎn)座子的定義2.了解轉(zhuǎn)座子機(jī)制3.掌握質(zhì)粒相關(guān)特性4.掌握同源重組的模型，位點(diǎn)特異性重組5.重點(diǎn)掌握相關(guān)定義基本要求1.掌握轉(zhuǎn)座子的定義3第一節(jié)轉(zhuǎn)座子一.轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)二.轉(zhuǎn)座子的定義與結(jié)構(gòu)特征三.轉(zhuǎn)座子機(jī)制四.轉(zhuǎn)座效應(yīng)五.逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子第一節(jié)轉(zhuǎn)座子一.轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)4DNAtransposableelement一.轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)DNAtransposableelement一.轉(zhuǎn)座子的51951年，在冷泉港生物學(xué)專題討論會(huì)上，麥克林托克遞交了自己的學(xué)術(shù)論文，向科學(xué)界同行報(bào)告了她的新理論。她提出遺傳基因可以轉(zhuǎn)移，能從染色體的一個(gè)位置跳到另一個(gè)位置，甚至從一條染色體跳到另一條染色體上。她把這種能自發(fā)轉(zhuǎn)移的遺傳基因稱為“轉(zhuǎn)座因子”?！稗D(zhuǎn)座因子”除了具有跳動(dòng)的特性之外，還具有控制其他其因開閉的作用，因此“轉(zhuǎn)座因子”又可叫做“控制因子”。1951年，在冷泉港生物學(xué)專題討論會(huì)上，麥克林托克遞交了自己6轉(zhuǎn)座理論不被接受在當(dāng)時(shí)，占統(tǒng)治地位的染色體遺傳學(xué)理論認(rèn)為，生物細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)比較穩(wěn)定，遺傳基因以一定的順序在染色體上作線性排列，彼此之間的距離也非常穩(wěn)定。常規(guī)的交換和重組只發(fā)生在等位基因之間，并不擾亂這種距離。除了在顯微鏡下可見的、發(fā)生頻率極為稀少的染色體倒位和相互易位等畸變可以改變基因的位置外，人們還從未認(rèn)識(shí)到，也難以設(shè)想出基因會(huì)從一處跳躍到另一處。轉(zhuǎn)座理論不被接受在當(dāng)時(shí)，占統(tǒng)治地位的染色體遺傳學(xué)理論認(rèn)為，生7終被接受整個(gè)70年代，分子遺傳學(xué)家找到了愈來愈多的可移動(dòng)的或可轉(zhuǎn)移的遺傳因子，又稱之為“跳躍基因”。這些因子不僅存在于細(xì)菌中，同時(shí)也存在于較高等的動(dòng)物中。麥?zhǔn)系睦碚撚值玫搅诉M(jìn)一步的驗(yàn)證。麥克林托克30年代初做出的發(fā)現(xiàn)、40年代提出的理論，到60年代末終于被重新提起，80年代初為科學(xué)界普遍接受。她走在時(shí)代前面四十年，同時(shí)也為此冷落奮斗了四十年。終被接受整個(gè)70年代，分子遺傳學(xué)家找到了愈來愈多的可移動(dòng)的或8二.轉(zhuǎn)座子的定義與結(jié)構(gòu)特征DNA的轉(zhuǎn)座，或稱移位（transposition），是由可移位因子（transposableelement）介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)"轉(zhuǎn)座"這一命名并不十分準(zhǔn)確，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)座過程中，可移位因子的一個(gè)拷貝常常留在原來位置上，在新位點(diǎn)上出現(xiàn)的僅僅是拷貝。因此，轉(zhuǎn)座有別于同源重組，它依賴于DNA的復(fù)制。二.轉(zhuǎn)座子的定義與結(jié)構(gòu)特征DNA的轉(zhuǎn)座，或稱移位（trans9轉(zhuǎn)座子的定義在原核生物和真核生物基因組中,存在著可以從一個(gè)部位轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部位的一些DNA序列,這些DNA序列就稱為轉(zhuǎn)座子(transposon)。轉(zhuǎn)座子的定義在原核生物和真核生物基因組中,存在著可以從一個(gè)部10轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征簡單轉(zhuǎn)座子（insertionsequence，IS）

常被稱為插入序列。它們是細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA的正常組成部分。一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞常帶有少于10個(gè)IS序列。轉(zhuǎn)座子常常被定位到特定的基因中，造成該基因突變。IS序列都是可以獨(dú)立存在的單元，中間帶有介導(dǎo)自身移動(dòng)的轉(zhuǎn)座酶,兩端帶有反向重復(fù)序列.轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征簡單轉(zhuǎn)座子（insertionseq11原核生物的轉(zhuǎn)座子-插入序列IS原核生物的轉(zhuǎn)座子-插入序列IS12第三章基因重組課件13轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征復(fù)合式轉(zhuǎn)座子（compositetransposon）是一類帶有某些抗藥性基因的轉(zhuǎn)座子，其兩翼往往是兩個(gè)相同或高度同源的IS序列，表明IS序列插入到某個(gè)功能基因兩端時(shí)就可能產(chǎn)生復(fù)合轉(zhuǎn)座子。IS

ISResistanceGene(s)轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征復(fù)合式轉(zhuǎn)座子（compositetr14復(fù)合轉(zhuǎn)座子Tn復(fù)合轉(zhuǎn)座子Tn15第三章基因重組課件16第三章基因重組課件17轉(zhuǎn)座子A家族(TnA)是一類除了和它的轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外,還帶有其它基因的轉(zhuǎn)座子.TnA長約5kb,兩端具有ITR(38bp),而不是IS,中部的編碼區(qū)不僅編碼抗性標(biāo)記,還編碼轉(zhuǎn)座酶和解離酶.靶點(diǎn)(5bp)的選擇有區(qū)域傾向性,但在優(yōu)先區(qū)域內(nèi)選擇是隨機(jī)的.轉(zhuǎn)座子A家族(TnA)是一類除了和它的轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外,18轉(zhuǎn)座噬菌體是一種以溶菌和溶源周期性交替方式生長的噬菌體,它不象λ噬菌體那樣有一定的整合位點(diǎn).Mu噬菌體的整合特征將在基因表達(dá)與調(diào)控一章講解.轉(zhuǎn)座噬菌體是一種以溶菌和溶源周期性交替方式生長的噬菌體,它不19三.轉(zhuǎn)座子機(jī)制轉(zhuǎn)座時(shí)發(fā)生的插入作用有一個(gè)普遍的特征，那就是受體分子中有一段很短的（3-12bp）、被稱為靶序列的DNA會(huì)被復(fù)制，使插入的轉(zhuǎn)座子位于兩個(gè)重復(fù)的靶序列之間。不同轉(zhuǎn)座子的靶序列長度不同。三.轉(zhuǎn)座子機(jī)制轉(zhuǎn)座時(shí)發(fā)生的插入作用有一個(gè)普遍的特征，那就是20三種不同類型的轉(zhuǎn)座（1）復(fù)制型轉(zhuǎn)座（replicativetransposition）作為自身移動(dòng)的一個(gè)部分，轉(zhuǎn)座子被復(fù)制，一個(gè)拷貝仍然保留在原來的位置上，而另一個(gè)則插入到一個(gè)新的部位，這樣轉(zhuǎn)座過程伴隨著轉(zhuǎn)座子拷貝數(shù)的增加。三種不同類型的轉(zhuǎn)座（1）復(fù)制型轉(zhuǎn)座（replicative21第三章基因重組課件22（2）非復(fù)制型轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座元件作為一個(gè)物理實(shí)體直接由一個(gè)部位轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部位。IS序列、Mu及Tn5等都以這種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)座。（2）非復(fù)制型轉(zhuǎn)座23第三章基因重組課件24（3）保守型轉(zhuǎn)座保守型轉(zhuǎn)座是另一種非復(fù)制型的轉(zhuǎn)座過程，該過程中轉(zhuǎn)座元件從供體部位被切除并通過一系列的過程插入到靶部位，在該過程中每個(gè)核苷鍵皆被保留。該轉(zhuǎn)座過程與λ的整合機(jī)制類似，并且轉(zhuǎn)座酶與λ整合酶家族有關(guān)。（3）保守型轉(zhuǎn)座25第三章基因重組課件26轉(zhuǎn)座的機(jī)制：復(fù)制型轉(zhuǎn)座需要融合形成共合體A.切開：轉(zhuǎn)座酶識(shí)別受體的靶序列，在兩條單鏈上均切開，形成粘性末端；識(shí)別自身的反向重復(fù)序列，在3‘端切開。B.連接：供體和受體結(jié)合形成不完整共聯(lián)體，留下缺口。C.復(fù)制：DNA聚合酶補(bǔ)齊缺口，再連接形成完整的共聯(lián)體，具有重復(fù)序列。D.重組：在特定位點(diǎn)進(jìn)行重組，共聯(lián)體分離：留下原來的轉(zhuǎn)座子；并在靶序列上插入轉(zhuǎn)座子，兩端有同向重復(fù)序列。轉(zhuǎn)座的機(jī)制：復(fù)制型轉(zhuǎn)座需要融合形成共合體27第三章基因重組課件28非復(fù)制型轉(zhuǎn)座斷裂和重接反應(yīng)使靶重構(gòu)。供體保持裂缺。不形成共合體。

非復(fù)制型轉(zhuǎn)座29Tn10轉(zhuǎn)座需要的酶及轉(zhuǎn)座頻率的控制Tn10轉(zhuǎn)座需要的酶及轉(zhuǎn)座頻率的控制30四.轉(zhuǎn)座效應(yīng)①轉(zhuǎn)座引起插入突變②轉(zhuǎn)座產(chǎn)生新的基因③轉(zhuǎn)座產(chǎn)生的染色體畸變④轉(zhuǎn)座引起的生物進(jìn)化.四.轉(zhuǎn)座效應(yīng)①轉(zhuǎn)座引起插入突變31五.逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子關(guān)于逆轉(zhuǎn)錄病毒復(fù)制的內(nèi)容將在復(fù)制一章講解。逆轉(zhuǎn)錄病毒的轉(zhuǎn)座請(qǐng)看視頻。五.逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子關(guān)于逆轉(zhuǎn)錄病毒復(fù)制的內(nèi)容將在復(fù)制一章講解。32第二節(jié)質(zhì)粒一.質(zhì)粒的定義二.質(zhì)粒的類型三.質(zhì)粒的特性四.特殊細(xì)菌質(zhì)粒第二節(jié)質(zhì)粒一.質(zhì)粒的定義33一.質(zhì)粒的定義1.1定義和命名 質(zhì)粒是染色體以外能自主復(fù)制的遺傳因子，不具有胞外期，對(duì)寄主細(xì)胞來說是非必需的，符合這三條標(biāo)準(zhǔn)的染色體外DNA或RNA分子都可以稱為質(zhì)粒。狹義的質(zhì)粒一般是指細(xì)菌染色體外的環(huán)狀DNA分子。質(zhì)粒的命名：一個(gè)小寫字母p加2-3個(gè)大寫字母和數(shù)字，如pJP4，pDTG1。一.質(zhì)粒的定義34

1.2細(xì)菌質(zhì)粒細(xì)菌細(xì)胞中染色體以外的共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子(cccDNA)。根據(jù)質(zhì)?？刂频男誀?，可以把細(xì)菌質(zhì)粒分成抗性質(zhì)粒、降解質(zhì)粒、毒力質(zhì)粒和共生質(zhì)粒等類型。1.2細(xì)菌質(zhì)粒細(xì)菌細(xì)胞中染色體以外的共價(jià)閉合環(huán)狀D351.3真核生物的DNA質(zhì)粒環(huán)狀DNA質(zhì)粒：酵母2mm質(zhì)粒，植物線立體中的環(huán)狀DNA質(zhì)粒，人和動(dòng)物的核DNA質(zhì)粒等，它們都是不知其功能的隱蔽質(zhì)粒。線狀DNA質(zhì)粒：乳酸克魯維酵母的嗜殺線狀DNA質(zhì)粒，植物線粒體中與雄性不育有關(guān)的線狀DNA質(zhì)粒。1.3真核生物的DNA質(zhì)粒環(huán)狀DNA質(zhì)粒：酵母2mm質(zhì)361.4真核生物的RNA質(zhì)粒有殼體的dsRNA質(zhì)粒：由蛋白質(zhì)殼體包裹，存在于某些真菌和植物細(xì)胞中，由于它們酷似病毒，所以也常被稱作真菌病毒和植物隱蔽病毒，或稱類病毒顆粒，典型代表是釀酒酵母的嗜殺dsRNA質(zhì)粒。與RNA病毒的主要區(qū)別是它們不具有感染性．無殼體的dsRNA質(zhì)粒：存在于脂質(zhì)小囊中的栗疫菌減毒dsRNA質(zhì)粒，玉米線粒體中與雄性不育有關(guān)的dsRNA質(zhì)粒。1.4真核生物的RNA質(zhì)粒有殼體的dsRNA質(zhì)粒：由蛋37二.質(zhì)粒的分類：根據(jù)質(zhì)粒能否通過細(xì)菌的接合作用進(jìn)行傳遞1接合性質(zhì)粒2非接合性質(zhì)粒根據(jù)質(zhì)粒在細(xì)菌內(nèi)拷貝數(shù)多少1嚴(yán)緊型質(zhì)粒2松弛型質(zhì)粒根據(jù)相容性1相容性——幾種質(zhì)粒同時(shí)共存于同一菌體內(nèi)2不相容性——不能同時(shí)共存可借此對(duì)質(zhì)粒進(jìn)行分組、分群二.質(zhì)粒的分類：根據(jù)質(zhì)粒能否通過細(xì)菌的接合作用進(jìn)行傳遞38●特殊細(xì)菌質(zhì)粒1） F質(zhì)粒（致育因子）Tra區(qū)：編碼轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白；合成性纖毛

●特殊細(xì)菌質(zhì)粒392）R質(zhì)粒（抗藥因子）----RTF基因（抗性轉(zhuǎn)移因子）----抗性決定子（抗抗生素、抗藥、抗種金屬）2）R質(zhì)粒（抗藥因子）403）Col質(zhì)粒（大腸桿菌素因子）----產(chǎn)大腸桿菌素細(xì)菌素：由細(xì)菌質(zhì)粒編碼產(chǎn)生的只能抑制或殺滅近緣細(xì)菌或同種不同菌株的蛋白質(zhì)。3）Col質(zhì)粒（大腸桿菌素因子）414）致病性質(zhì)粒：----腸毒素、內(nèi)毒素（E.Coli）----溶血素、腸毒素（S.aureus）5）共生固氮質(zhì)粒：----結(jié)瘤基因（nod）----固氮基因（nif）6）隱蔽質(zhì)粒：未有明確表型4）致病性質(zhì)粒：42①

具有自我復(fù)制的能力拷貝數(shù)低者，復(fù)制往往與染色體的復(fù)制同步，稱為緊密型質(zhì)粒?？截悢?shù)高者，與染色體的復(fù)制不相關(guān)，稱松弛型質(zhì)粒。②

編碼的基因產(chǎn)物能賦予細(xì)菌某些特性（非細(xì)菌生命活動(dòng)不可缺少的）三.質(zhì)粒DNA的特征三.質(zhì)粒DNA的特征43③

質(zhì)?？勺孕衼G失與消除④

質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性⑤

質(zhì)粒的相容性與不相容性兩種結(jié)構(gòu)相似密切相關(guān)的質(zhì)粒不能穩(wěn)定共存于一個(gè)宿主菌的現(xiàn)象稱為質(zhì)粒的不相容性。幾種不同的質(zhì)粒同時(shí)共存于一個(gè)菌細(xì)胞內(nèi)則稱相容性。③

質(zhì)?？勺孕衼G失與消除44第三節(jié)遺傳重組一.同源重組二.位點(diǎn)特異性重組三.等位基因間重組第三節(jié)遺傳重組一.同源重組45遺傳重組引言DNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，稱為遺傳重組

(geneticrecombination),或者基因重排(generearrangement)。重組產(chǎn)物為重組體DNA(recombinantDNA)

。DNA的重組廣泛存在于各類生物。真核生物基因間重組多發(fā)生在減數(shù)分裂(meiosis)時(shí)同源染色體之間的交換(crossover)

。細(xì)菌及噬菌體的基因組為單倍體，來自不同親代兩組DNA之間可通過多種方式進(jìn)行遺傳重組。遺傳重組引言DNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，稱46遺傳重組總結(jié)遺傳重組：造成基因型變化的基因交流過程。發(fā)生：減數(shù)分裂性細(xì)胞內(nèi)，體細(xì)胞地點(diǎn)：核基因間，葉綠體基因間，線粒體基因間；前提條件：不同基因型的遺傳物質(zhì)彼此能夠轉(zhuǎn)移。作用：保證了遺傳多樣性,為選擇奠定了物質(zhì)基礎(chǔ),使生物得以進(jìn)化發(fā)展，與突變一起是變異的來源遺傳重組總結(jié)遺傳重組：造成基因型變化的基因交流過程。47DNA重組對(duì)生物進(jìn)化起著關(guān)鍵的作用。生物進(jìn)化是生物隨時(shí)間發(fā)生變化和多樣化的過程。生物進(jìn)化以不斷產(chǎn)生可遺傳的變異為基礎(chǔ)。首先有突變和重組，由此產(chǎn)生遺傳的變異，然后才有遺傳漂變(geneticdrift)和自然選擇(naturalselection)，才有進(jìn)化。可遺傳變異的根本原因是突變。然而，突變的機(jī)率很低，而且多數(shù)突變是有害的。如果生物只有突變沒有重組，在積累具有選擇優(yōu)勢(shì)的突變同時(shí)不可避免積累許多難以擺脫的不利突變，有利突變將隨不利突變一起被淘汰，新的優(yōu)良基因就不可能出現(xiàn)。重組的意義在于，它能迅速增加群體的遺傳多樣性(diversity)；使有利突變與不利突變分開(separation)；通過優(yōu)化組合(optimization)積累有意義的遺傳信息。遺傳重組的生物學(xué)意義DNA重組對(duì)生物進(jìn)化起著關(guān)鍵的作用。生物進(jìn)化是生物隨時(shí)間發(fā)生48遺傳重組主要類型：(依據(jù)對(duì)DNA序列和所需蛋白質(zhì)因子的要求)同源重組位點(diǎn)專一性重組轉(zhuǎn)座重組

異常重組其共同點(diǎn)是雙股DNA間的物質(zhì)交換，但發(fā)生的情況不同。遺傳重組主要類型：(依據(jù)對(duì)DNA序列和49發(fā)生在同源序列間的重組稱為同源重組(homologousrecombination)，又稱基本重組。是最基本的DNA重組方式，通過鏈的斷裂和再連接，在兩個(gè)DNA分子同源序列間進(jìn)行單鏈或雙鏈片段的交換。真核生物非姊妹染色單體的交換，姊妹染色單體的交換，細(xì)菌及某些低等真核生物的轉(zhuǎn)化，細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合等都屬于這—類型。一、同源重組發(fā)生在同源序列間的重組稱為同源重組(homologousr50同源重組的Holliday模型RobinHolliday于1964年提出了重組的雜和DNA模型，又稱Holliday模型。該模型對(duì)重組過程的解釋如下：A、同源的非姐妹染色單體聯(lián)會(huì)；B：同源非姐妹染色單體DNA中兩個(gè)方向相同的單鏈，在DNA內(nèi)切酶的作用下，在相同位置同時(shí)切開；C：切開的單鏈交換重接;D：形成交聯(lián)橋結(jié)構(gòu)；同源重組的Holliday模型RobinHolliday于51E：交聯(lián)橋沿配對(duì)DNA分子“移動(dòng)”。兩個(gè)親本DNA分子間造成一大段異源雙鏈DNA（Holliday結(jié)構(gòu)）F：繞交聯(lián)橋旋轉(zhuǎn)1800；G：形成Holliday異構(gòu)體；H、通過兩種方式之一切斷DNA單鏈，若左右切，則形成非重組體，若上下切則形成重組體。E：交聯(lián)橋沿配對(duì)DNA分子“移動(dòng)”。兩個(gè)親本DNA分子間造成52HOLLIDAY模型HOLLIDAY模型53Holliday模型能夠較好解釋同源重組現(xiàn)象，但也存在問題。該模型認(rèn)為進(jìn)行重組的兩個(gè)DNA分子在開始時(shí)需要在對(duì)應(yīng)鏈相同位置上發(fā)生斷裂。DNA分子單鏈斷裂是經(jīng)常發(fā)生的事，但很難設(shè)想兩個(gè)分子何以能在同一位置發(fā)生斷裂。MeselsonM和RaddingC對(duì)此提出了修正意見，他們認(rèn)為同源DNA分子中只有一個(gè)分子發(fā)生單鏈斷裂，隨后單鏈入侵另一DNA分子的同源區(qū)，造成鏈的置換，被置換的鏈再切斷并與最初斷鏈連接，即形成Holliday中間體。Holliday模型能夠較好解釋同源重組現(xiàn)象，但也存在問題54Meselson-Radding模型Holliday模型中為對(duì)稱的雜合雙鏈，而實(shí)際情況有不均等分離現(xiàn)象，1975年Meselson-Radding提出模型解釋這種不對(duì)稱重組現(xiàn)象：1.單鏈切斷2.鏈置換3.單鏈入侵4.泡切除5.鏈同化（碎鏈吸收）6.異構(gòu)化——Holliday7.分支遷移Meselson-Radding模型H55

內(nèi)切酶(RecBCD)DNA侵?jǐn)_(RecA)分支遷移(RuvAB)

內(nèi)切酶(recBCD)

DNA連接酶5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′3′3′5′3′5′3′3′5′5′3′5′3′5′3′Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′目錄內(nèi)切酶DNA侵?jǐn)_分支遷移內(nèi)切酶DNA5′3′56Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′5′5′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′內(nèi)切酶(ruvC)內(nèi)切酶(ruvC)

DNA連接酶

DNA連接酶交互重組拼接重組目錄旋轉(zhuǎn)Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′57雙鏈斷裂重組模型更多的事實(shí)表明，重組是由雙鏈斷裂所啟動(dòng)。DNA分子雙鏈斷裂才能與同源分子發(fā)生鏈的交換，藉以將同源染色體分配到子代細(xì)胞中去。雙鏈斷裂重組模型更多的事實(shí)表明，重組是由雙鏈斷裂所啟動(dòng)。DN58雙鏈斷裂啟動(dòng)重組雙鏈斷裂啟動(dòng)重組59細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組

細(xì)菌可以通過多種途徑進(jìn)行細(xì)胞間基因轉(zhuǎn)移，細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移主要有四種機(jī)制：接合(conjugation)、轉(zhuǎn)化(transformation)、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)和細(xì)胞融合(cellfusion)。細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組細(xì)菌可以通過多種途徑進(jìn)行細(xì)胞間基601細(xì)菌的接合作用細(xì)菌的細(xì)胞相互接觸時(shí)遺傳信息可以由一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞，稱為接合作用。供體細(xì)胞被定義為雄性，受體細(xì)胞為雌性。通過接合而轉(zhuǎn)移DNA的能力是由接合質(zhì)粒(conjugativeplasmid)提供的，與接合功能有關(guān)的蛋白質(zhì)均由接合質(zhì)粒所編碼。1細(xì)菌的接合作用61F質(zhì)粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+F質(zhì)粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRec62第三章基因重組課件63

2細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化遺傳轉(zhuǎn)化(genetictransformation)是指細(xì)菌品系由于吸收了外源DNA(轉(zhuǎn)化因子)而發(fā)生遺傳性狀的改變現(xiàn)象。具有攝取周圍環(huán)境中游離DNA分子能力的細(xì)菌細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞(competentcell)。很多細(xì)菌在自然條件下就有吸收外源DNA的能力(如固氮菌、鏈球菌、芽孢桿菌、奈氏球菌及嗜血桿菌等)。2細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化64目錄目錄653細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)

轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)是通過噬菌體將細(xì)菌基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞的過程。轉(zhuǎn)導(dǎo)有兩種類型：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction),是指宿主基因組任意位置的DNA成為成熟噬菌體顆粒DNA的一部分而被帶入受體菌；局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(specializedtransduction)，某些溫和噬菌體在裝配病毒顆粒時(shí)將宿主染色體整合部位的DNA切割下來取代病毒DNA。在上述兩種類型中，轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體均為缺陷型，因?yàn)槎加惺删w基因被宿主基因所取代。缺陷型噬菌體仍然將顆粒內(nèi)DNA導(dǎo)入受體菌，前宿主的基因進(jìn)入受體菌后即可與染色體DNA發(fā)生重組。3細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)66第三章基因重組課件67轉(zhuǎn)導(dǎo)接合轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)導(dǎo)接合轉(zhuǎn)化68同源重組的酶學(xué)同源重組需要許多蛋白因子參與,其中編碼這些蛋白質(zhì)的基因有27種,起最主要作用的,并且了解較清楚的的有蛋白質(zhì)RecBCD,RecA,RuvAB和RuvC.同源重組的酶學(xué)同源重組需要許多蛋白因子參與,其中編碼這些蛋白69RecBCD酶是一種多功能酶,該酶的亞基分別由基因recB、recC和recD編碼。RecBCD酶具有三種酶活性：①依賴于ATP的核酸酶活性，②ATP依賴的解螺旋酶活性，③ATPase活性。當(dāng)DNA分子斷裂時(shí)，它即結(jié)合在其游離端，使DNA雙鏈解旋并降解，解旋所需能量由ATP水解供給。及至酶移動(dòng)到chi位點(diǎn)(5′GCTGGTGG3′)，在其3′側(cè)4～6個(gè)核苷酸處將鏈切開，產(chǎn)生具有3′末端的游離單鏈。隨后單鏈可參與重組各步驟。大腸桿菌基因組的chi位點(diǎn)，分布在DNA各部位，平均5kb有一個(gè)，成為重組熱點(diǎn)。RecBCD酶是一種多功能酶,該酶的亞基分別由基因recB、70RecA蛋白在大腸桿菌中，RecA蛋白參與重組是最關(guān)鍵的步驟。RecA有兩個(gè)主要的功能：誘發(fā)SOS反應(yīng)和促進(jìn)DNA單鏈的同化(assimilation)。所謂單鏈同化即是指單鏈與同源雙鏈分子發(fā)生鏈的交換，從而使重組過程中DNA配對(duì)、Holliday中間體的形成，分支移動(dòng)等步驟得以產(chǎn)生。當(dāng)RecA與DNA單鏈結(jié)合時(shí)，數(shù)千RecA單體協(xié)同聚集在單鏈上，形成螺旋狀纖絲(helicalfilament)。RecF、RecO和RecR蛋白調(diào)節(jié)RecA纖絲的裝配和拆卸。RecA蛋白在大腸桿菌中，RecA蛋白參與重組是最關(guān)鍵的步驟71圖4-3RecA蛋白介導(dǎo)的DNA鏈交換模型A:DNA鏈交換的側(cè)面觀:1.RecA蛋白與單鏈DNA結(jié)合；2.復(fù)合物與同源雙鏈DNA結(jié)合；3.入侵單鏈與雙鏈中的互補(bǔ)鏈配對(duì)，同源鏈被置換出來;B:DNA鏈交換過程RecA蛋白的橫切面圖4-3RecA蛋白介導(dǎo)的DNA鏈交換模型A:DNA鏈交換72RuvA可識(shí)別Holliday連接的結(jié)構(gòu)；RuvB是一種ATPase，它可發(fā)動(dòng)遷移反應(yīng)。右圖表示復(fù)合體的功能。RuvA結(jié)合在交換點(diǎn)上的所有4條鏈上。RuvB是六聚體，它圍繞在交換點(diǎn)上游的每一條DNA雙鏈的周圍。ruvC編碼一個(gè)可特異識(shí)別Hollidy分枝結(jié)構(gòu)的內(nèi)切酶，該酶可切開Holliday連接體，解離重組中間體。RuvA可識(shí)別Holliday連接的結(jié)構(gòu)；RuvB是一種AT73RecBCD途徑RecBCD蛋白在chi位點(diǎn)3’側(cè)的一條鏈上產(chǎn)生切口。RecBCD蛋白同時(shí)具有解螺旋酶的活性，使chi位點(diǎn)附件切口的DNA解鏈單鏈區(qū)被RecA蛋白和SSB蛋白覆蓋RecA蛋白使單鏈DNA取代雙鏈DNA中的同源部分D－loop區(qū)域的DNA產(chǎn)生切口，新切口的3’端（thetailofnewlynickedDNA）與另一條DNA的單鏈區(qū)互補(bǔ)配對(duì)DNA連接酶封閉切口，形成HollidayjunctionRuvA和RuvB發(fā)動(dòng)遷移反應(yīng)RuvC拆分重組中間體RecBCD途徑RecBCD蛋白在chi位點(diǎn)3’側(cè)的一條74二、特異位點(diǎn)重組特異位點(diǎn)重組廣泛存在于各類細(xì)胞中，起著十分特殊的作用，彼此有很大的不同。它們的作用包括某些基因表達(dá)的調(diào)節(jié)，發(fā)育過程中程序性DNA重排，以及有些病毒和質(zhì)粒DNA復(fù)制循環(huán)過程中發(fā)生的整合與切除等。此過程往往發(fā)生在一個(gè)特定的短的(20～200bp)DNA序列內(nèi)(重組位點(diǎn))，并且有特異的酶(重組酶)和輔助因子對(duì)其識(shí)別和作用。二、特異位點(diǎn)重組特異位點(diǎn)重組廣泛存在于各類細(xì)胞中，起著十75

位點(diǎn)專一性重組/保守性重組

原核生物中最為典型

特點(diǎn)：供體與受體的特定位點(diǎn)的短同源序列之間。DNA精確切割連接

位點(diǎn)專一性重組/保守性重組76λ噬菌體DNA通過其attP位點(diǎn)和大腸桿菌DNA的attB位點(diǎn)之間專一性重組而實(shí)現(xiàn)整合過程。條件：一段15bp的同源序列和位點(diǎn)專一性的蛋白質(zhì)因子（不能催化其他任何兩條不論是同源的還是非同源序列間的重組，從而保證了λ噬菌體整合方式的專一性和高度保守性，因此又稱保守性重組。）而且這一重組不需要RecA蛋白質(zhì)的參與.1.噬菌體對(duì)E.coli的整合λ噬菌體DNA通過其attP位點(diǎn)和大腸桿菌DNA的attB位77λ噬菌體的整合與切除

λ噬菌體侵入大腸桿菌細(xì)胞后，面臨著裂解生長還是溶源生長兩種生活型的選擇，其DNA在不同生活型之間的轉(zhuǎn)換包括兩種狀態(tài)：進(jìn)入溶源狀態(tài)需要λDNA整合（integrate）進(jìn)宿主DNA，噬菌體DNA是細(xì)菌染色體的整合部分；由溶源狀態(tài)進(jìn)入裂解狀態(tài)需要λDNA從宿主DNA上切除（excise）下來，λDNA在宿主細(xì)菌中以環(huán)狀分子獨(dú)立存在。這里，整合和切除均通過細(xì)菌DNA和λDNA上特定位點(diǎn)之間的重組而實(shí)現(xiàn)。這些特定位點(diǎn)叫附著位點(diǎn)（attachmentsite或att）。細(xì)菌的附著位點(diǎn)稱attB，由序列B、O和B’組成，噬菌體的附著位點(diǎn)稱attP，由序列P、O和P’組成。其中B、B’、P、P’的序列各不相同，而O序列是attB和attP所共有的。λ噬菌體的整合與切除78第三章基因重組課件79

由于噬菌體DNA是環(huán)狀的，在重組過程中，它以線性形式插入細(xì)菌染色體中，此時(shí)原噬菌體被重組產(chǎn)生的兩個(gè)新att位點(diǎn)所固定。所以，形成這兩個(gè)新的附著位點(diǎn)attL（BOP’）和attR（POB’）是很重要的，這樣可以使整合和切除反應(yīng)不在一對(duì)相同的反應(yīng)序列之間發(fā)生。整合過程要求在attB和attP之間進(jìn)行識(shí)別，而切除過程則在attL和attR之間識(shí)別。因此，位點(diǎn)專一性重組反應(yīng)的定向特征取決于重組位點(diǎn)的識(shí)別。盡管重組反應(yīng)是可逆的，但反應(yīng)導(dǎo)向則由不同條件決定，這是噬菌體生活過程的重要特征，因?yàn)樗ＷC了整合反應(yīng)不會(huì)立即被切除反應(yīng)所逆轉(zhuǎn)。反之亦然。由于噬菌體DNA是環(huán)狀的，在重組過程中，它以線性形80λ噬菌體的整合和切除

λ噬菌體：attPPOP、

大腸桿菌：attB/attλBOB、

1.整和：BOB、+POP、BOP、+POB、

2.切除：BOP、+POB、BOB+POPIntIHFInt,XisIHFλ噬菌體的整合和切除IntInt,Xis81位點(diǎn)專一性重組的核苷酸序列1.POP’:O為15bp(核心)富含A-T的非對(duì)稱序列；P為-160~0的160bp序列P’為0~80的80bp序列共240bp2.BOB’:B為-11~0序列B’為0~11序列共23bp位點(diǎn)專一性重組的核苷酸序列1.POP’:O為15bp(核心82

通過attP和attB間的相互重組，環(huán)狀的噬菌體DNA轉(zhuǎn)換為整合的原噬菌體，原噬菌體通過attL和attR間的相互重組而切除通過attP和attB間的相互重組，環(huán)狀的噬菌體DNA轉(zhuǎn)換83免疫球蛋白重排在基因表達(dá)調(diào)控一章講解。等位基因重組。

免疫球蛋白重排在基因表達(dá)調(diào)控一章講解。84謝謝謝謝85演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！86歡迎歡迎87第三章可移動(dòng)的遺傳因子和染色體外的遺傳因子第一節(jié)轉(zhuǎn)座子第二節(jié)質(zhì)粒第三節(jié)遺傳重組第三章可移動(dòng)的遺傳因子和染色體外的遺傳因子第一節(jié)轉(zhuǎn)座子88基本要求1.掌握轉(zhuǎn)座子的定義2.了解轉(zhuǎn)座子機(jī)制3.掌握質(zhì)粒相關(guān)特性4.掌握同源重組的模型，位點(diǎn)特異性重組5.重點(diǎn)掌握相關(guān)定義基本要求1.掌握轉(zhuǎn)座子的定義89第一節(jié)轉(zhuǎn)座子一.轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)二.轉(zhuǎn)座子的定義與結(jié)構(gòu)特征三.轉(zhuǎn)座子機(jī)制四.轉(zhuǎn)座效應(yīng)五.逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子第一節(jié)轉(zhuǎn)座子一.轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)90DNAtransposableelement一.轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)DNAtransposableelement一.轉(zhuǎn)座子的911951年，在冷泉港生物學(xué)專題討論會(huì)上，麥克林托克遞交了自己的學(xué)術(shù)論文，向科學(xué)界同行報(bào)告了她的新理論。她提出遺傳基因可以轉(zhuǎn)移，能從染色體的一個(gè)位置跳到另一個(gè)位置，甚至從一條染色體跳到另一條染色體上。她把這種能自發(fā)轉(zhuǎn)移的遺傳基因稱為“轉(zhuǎn)座因子”?！稗D(zhuǎn)座因子”除了具有跳動(dòng)的特性之外，還具有控制其他其因開閉的作用，因此“轉(zhuǎn)座因子”又可叫做“控制因子”。1951年，在冷泉港生物學(xué)專題討論會(huì)上，麥克林托克遞交了自己92轉(zhuǎn)座理論不被接受在當(dāng)時(shí)，占統(tǒng)治地位的染色體遺傳學(xué)理論認(rèn)為，生物細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)比較穩(wěn)定，遺傳基因以一定的順序在染色體上作線性排列，彼此之間的距離也非常穩(wěn)定。常規(guī)的交換和重組只發(fā)生在等位基因之間，并不擾亂這種距離。除了在顯微鏡下可見的、發(fā)生頻率極為稀少的染色體倒位和相互易位等畸變可以改變基因的位置外，人們還從未認(rèn)識(shí)到，也難以設(shè)想出基因會(huì)從一處跳躍到另一處。轉(zhuǎn)座理論不被接受在當(dāng)時(shí)，占統(tǒng)治地位的染色體遺傳學(xué)理論認(rèn)為，生93終被接受整個(gè)70年代，分子遺傳學(xué)家找到了愈來愈多的可移動(dòng)的或可轉(zhuǎn)移的遺傳因子，又稱之為“跳躍基因”。這些因子不僅存在于細(xì)菌中，同時(shí)也存在于較高等的動(dòng)物中。麥?zhǔn)系睦碚撚值玫搅诉M(jìn)一步的驗(yàn)證。麥克林托克30年代初做出的發(fā)現(xiàn)、40年代提出的理論，到60年代末終于被重新提起，80年代初為科學(xué)界普遍接受。她走在時(shí)代前面四十年，同時(shí)也為此冷落奮斗了四十年。終被接受整個(gè)70年代，分子遺傳學(xué)家找到了愈來愈多的可移動(dòng)的或94二.轉(zhuǎn)座子的定義與結(jié)構(gòu)特征DNA的轉(zhuǎn)座，或稱移位（transposition），是由可移位因子（transposableelement）介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)"轉(zhuǎn)座"這一命名并不十分準(zhǔn)確，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)座過程中，可移位因子的一個(gè)拷貝常常留在原來位置上，在新位點(diǎn)上出現(xiàn)的僅僅是拷貝。因此，轉(zhuǎn)座有別于同源重組，它依賴于DNA的復(fù)制。二.轉(zhuǎn)座子的定義與結(jié)構(gòu)特征DNA的轉(zhuǎn)座，或稱移位（trans95轉(zhuǎn)座子的定義在原核生物和真核生物基因組中,存在著可以從一個(gè)部位轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部位的一些DNA序列,這些DNA序列就稱為轉(zhuǎn)座子(transposon)。轉(zhuǎn)座子的定義在原核生物和真核生物基因組中,存在著可以從一個(gè)部96轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征簡單轉(zhuǎn)座子（insertionsequence，IS）

常被稱為插入序列。它們是細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA的正常組成部分。一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞常帶有少于10個(gè)IS序列。轉(zhuǎn)座子常常被定位到特定的基因中，造成該基因突變。IS序列都是可以獨(dú)立存在的單元，中間帶有介導(dǎo)自身移動(dòng)的轉(zhuǎn)座酶,兩端帶有反向重復(fù)序列.轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征簡單轉(zhuǎn)座子（insertionseq97原核生物的轉(zhuǎn)座子-插入序列IS原核生物的轉(zhuǎn)座子-插入序列IS98第三章基因重組課件99轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征復(fù)合式轉(zhuǎn)座子（compositetransposon）是一類帶有某些抗藥性基因的轉(zhuǎn)座子，其兩翼往往是兩個(gè)相同或高度同源的IS序列，表明IS序列插入到某個(gè)功能基因兩端時(shí)就可能產(chǎn)生復(fù)合轉(zhuǎn)座子。IS

ISResistanceGene(s)轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征復(fù)合式轉(zhuǎn)座子（compositetr100復(fù)合轉(zhuǎn)座子Tn復(fù)合轉(zhuǎn)座子Tn101第三章基因重組課件102第三章基因重組課件103轉(zhuǎn)座子A家族(TnA)是一類除了和它的轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外,還帶有其它基因的轉(zhuǎn)座子.TnA長約5kb,兩端具有ITR(38bp),而不是IS,中部的編碼區(qū)不僅編碼抗性標(biāo)記,還編碼轉(zhuǎn)座酶和解離酶.靶點(diǎn)(5bp)的選擇有區(qū)域傾向性,但在優(yōu)先區(qū)域內(nèi)選擇是隨機(jī)的.轉(zhuǎn)座子A家族(TnA)是一類除了和它的轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外,104轉(zhuǎn)座噬菌體是一種以溶菌和溶源周期性交替方式生長的噬菌體,它不象λ噬菌體那樣有一定的整合位點(diǎn).Mu噬菌體的整合特征將在基因表達(dá)與調(diào)控一章講解.轉(zhuǎn)座噬菌體是一種以溶菌和溶源周期性交替方式生長的噬菌體,它不105三.轉(zhuǎn)座子機(jī)制轉(zhuǎn)座時(shí)發(fā)生的插入作用有一個(gè)普遍的特征，那就是受體分子中有一段很短的（3-12bp）、被稱為靶序列的DNA會(huì)被復(fù)制，使插入的轉(zhuǎn)座子位于兩個(gè)重復(fù)的靶序列之間。不同轉(zhuǎn)座子的靶序列長度不同。三.轉(zhuǎn)座子機(jī)制轉(zhuǎn)座時(shí)發(fā)生的插入作用有一個(gè)普遍的特征，那就是106三種不同類型的轉(zhuǎn)座（1）復(fù)制型轉(zhuǎn)座（replicativetransposition）作為自身移動(dòng)的一個(gè)部分，轉(zhuǎn)座子被復(fù)制，一個(gè)拷貝仍然保留在原來的位置上，而另一個(gè)則插入到一個(gè)新的部位，這樣轉(zhuǎn)座過程伴隨著轉(zhuǎn)座子拷貝數(shù)的增加。三種不同類型的轉(zhuǎn)座（1）復(fù)制型轉(zhuǎn)座（replicative107第三章基因重組課件108（2）非復(fù)制型轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座元件作為一個(gè)物理實(shí)體直接由一個(gè)部位轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部位。IS序列、Mu及Tn5等都以這種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)座。（2）非復(fù)制型轉(zhuǎn)座109第三章基因重組課件110（3）保守型轉(zhuǎn)座保守型轉(zhuǎn)座是另一種非復(fù)制型的轉(zhuǎn)座過程，該過程中轉(zhuǎn)座元件從供體部位被切除并通過一系列的過程插入到靶部位，在該過程中每個(gè)核苷鍵皆被保留。該轉(zhuǎn)座過程與λ的整合機(jī)制類似，并且轉(zhuǎn)座酶與λ整合酶家族有關(guān)。（3）保守型轉(zhuǎn)座111第三章基因重組課件112轉(zhuǎn)座的機(jī)制：復(fù)制型轉(zhuǎn)座需要融合形成共合體A.切開：轉(zhuǎn)座酶識(shí)別受體的靶序列，在兩條單鏈上均切開，形成粘性末端；識(shí)別自身的反向重復(fù)序列，在3‘端切開。B.連接：供體和受體結(jié)合形成不完整共聯(lián)體，留下缺口。C.復(fù)制：DNA聚合酶補(bǔ)齊缺口，再連接形成完整的共聯(lián)體，具有重復(fù)序列。D.重組：在特定位點(diǎn)進(jìn)行重組，共聯(lián)體分離：留下原來的轉(zhuǎn)座子；并在靶序列上插入轉(zhuǎn)座子，兩端有同向重復(fù)序列。轉(zhuǎn)座的機(jī)制：復(fù)制型轉(zhuǎn)座需要融合形成共合體113第三章基因重組課件114非復(fù)制型轉(zhuǎn)座斷裂和重接反應(yīng)使靶重構(gòu)。供體保持裂缺。不形成共合體。

非復(fù)制型轉(zhuǎn)座115Tn10轉(zhuǎn)座需要的酶及轉(zhuǎn)座頻率的控制Tn10轉(zhuǎn)座需要的酶及轉(zhuǎn)座頻率的控制116四.轉(zhuǎn)座效應(yīng)①轉(zhuǎn)座引起插入突變②轉(zhuǎn)座產(chǎn)生新的基因③轉(zhuǎn)座產(chǎn)生的染色體畸變④轉(zhuǎn)座引起的生物進(jìn)化.四.轉(zhuǎn)座效應(yīng)①轉(zhuǎn)座引起插入突變117五.逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子關(guān)于逆轉(zhuǎn)錄病毒復(fù)制的內(nèi)容將在復(fù)制一章講解。逆轉(zhuǎn)錄病毒的轉(zhuǎn)座請(qǐng)看視頻。五.逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子關(guān)于逆轉(zhuǎn)錄病毒復(fù)制的內(nèi)容將在復(fù)制一章講解。118第二節(jié)質(zhì)粒一.質(zhì)粒的定義二.質(zhì)粒的類型三.質(zhì)粒的特性四.特殊細(xì)菌質(zhì)粒第二節(jié)質(zhì)粒一.質(zhì)粒的定義119一.質(zhì)粒的定義1.1定義和命名 質(zhì)粒是染色體以外能自主復(fù)制的遺傳因子，不具有胞外期，對(duì)寄主細(xì)胞來說是非必需的，符合這三條標(biāo)準(zhǔn)的染色體外DNA或RNA分子都可以稱為質(zhì)粒。狹義的質(zhì)粒一般是指細(xì)菌染色體外的環(huán)狀DNA分子。質(zhì)粒的命名：一個(gè)小寫字母p加2-3個(gè)大寫字母和數(shù)字，如pJP4，pDTG1。一.質(zhì)粒的定義120

1.2細(xì)菌質(zhì)粒細(xì)菌細(xì)胞中染色體以外的共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子(cccDNA)。根據(jù)質(zhì)?？刂频男誀睿梢园鸭?xì)菌質(zhì)粒分成抗性質(zhì)粒、降解質(zhì)粒、毒力質(zhì)粒和共生質(zhì)粒等類型。1.2細(xì)菌質(zhì)粒細(xì)菌細(xì)胞中染色體以外的共價(jià)閉合環(huán)狀D1211.3真核生物的DNA質(zhì)粒環(huán)狀DNA質(zhì)粒：酵母2mm質(zhì)粒，植物線立體中的環(huán)狀DNA質(zhì)粒，人和動(dòng)物的核DNA質(zhì)粒等，它們都是不知其功能的隱蔽質(zhì)粒。線狀DNA質(zhì)粒：乳酸克魯維酵母的嗜殺線狀DNA質(zhì)粒，植物線粒體中與雄性不育有關(guān)的線狀DNA質(zhì)粒。1.3真核生物的DNA質(zhì)粒環(huán)狀DNA質(zhì)粒：酵母2mm質(zhì)1221.4真核生物的RNA質(zhì)粒有殼體的dsRNA質(zhì)粒：由蛋白質(zhì)殼體包裹，存在于某些真菌和植物細(xì)胞中，由于它們酷似病毒，所以也常被稱作真菌病毒和植物隱蔽病毒，或稱類病毒顆粒，典型代表是釀酒酵母的嗜殺dsRNA質(zhì)粒。與RNA病毒的主要區(qū)別是它們不具有感染性．無殼體的dsRNA質(zhì)粒：存在于脂質(zhì)小囊中的栗疫菌減毒dsRNA質(zhì)粒，玉米線粒體中與雄性不育有關(guān)的dsRNA質(zhì)粒。1.4真核生物的RNA質(zhì)粒有殼體的dsRNA質(zhì)粒：由蛋123二.質(zhì)粒的分類：根據(jù)質(zhì)粒能否通過細(xì)菌的接合作用進(jìn)行傳遞1接合性質(zhì)粒2非接合性質(zhì)粒根據(jù)質(zhì)粒在細(xì)菌內(nèi)拷貝數(shù)多少1嚴(yán)緊型質(zhì)粒2松弛型質(zhì)粒根據(jù)相容性1相容性——幾種質(zhì)粒同時(shí)共存于同一菌體內(nèi)2不相容性——不能同時(shí)共存可借此對(duì)質(zhì)粒進(jìn)行分組、分群二.質(zhì)粒的分類：根據(jù)質(zhì)粒能否通過細(xì)菌的接合作用進(jìn)行傳遞124●特殊細(xì)菌質(zhì)粒1） F質(zhì)粒（致育因子）Tra區(qū)：編碼轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白；合成性纖毛

●特殊細(xì)菌質(zhì)粒1252）R質(zhì)粒（抗藥因子）----RTF基因（抗性轉(zhuǎn)移因子）----抗性決定子（抗抗生素、抗藥、抗種金屬）2）R質(zhì)粒（抗藥因子）1263）Col質(zhì)粒（大腸桿菌素因子）----產(chǎn)大腸桿菌素細(xì)菌素：由細(xì)菌質(zhì)粒編碼產(chǎn)生的只能抑制或殺滅近緣細(xì)菌或同種不同菌株的蛋白質(zhì)。3）Col質(zhì)粒（大腸桿菌素因子）1274）致病性質(zhì)粒：----腸毒素、內(nèi)毒素（E.Coli）----溶血素、腸毒素（S.aureus）5）共生固氮質(zhì)粒：----結(jié)瘤基因（nod）----固氮基因（nif）6）隱蔽質(zhì)粒：未有明確表型4）致病性質(zhì)粒：128①

具有自我復(fù)制的能力拷貝數(shù)低者，復(fù)制往往與染色體的復(fù)制同步，稱為緊密型質(zhì)粒?？截悢?shù)高者，與染色體的復(fù)制不相關(guān)，稱松弛型質(zhì)粒。②

編碼的基因產(chǎn)物能賦予細(xì)菌某些特性（非細(xì)菌生命活動(dòng)不可缺少的）三.質(zhì)粒DNA的特征三.質(zhì)粒DNA的特征129③

質(zhì)粒可自行丟失與消除④

質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性⑤

質(zhì)粒的相容性與不相容性兩種結(jié)構(gòu)相似密切相關(guān)的質(zhì)粒不能穩(wěn)定共存于一個(gè)宿主菌的現(xiàn)象稱為質(zhì)粒的不相容性。幾種不同的質(zhì)粒同時(shí)共存于一個(gè)菌細(xì)胞內(nèi)則稱相容性。③

質(zhì)?？勺孕衼G失與消除130第三節(jié)遺傳重組一.同源重組二.位點(diǎn)特異性重組三.等位基因間重組第三節(jié)遺傳重組一.同源重組131遺傳重組引言DNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，稱為遺傳重組

(geneticrecombination),或者基因重排(generearrangement)。重組產(chǎn)物為重組體DNA(recombinantDNA)

。DNA的重組廣泛存在于各類生物。真核生物基因間重組多發(fā)生在減數(shù)分裂(meiosis)時(shí)同源染色體之間的交換(crossover)

。細(xì)菌及噬菌體的基因組為單倍體，來自不同親代兩組DNA之間可通過多種方式進(jìn)行遺傳重組。遺傳重組引言DNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，稱132遺傳重組總結(jié)遺傳重組：造成基因型變化的基因交流過程。發(fā)生：減數(shù)分裂性細(xì)胞內(nèi)，體細(xì)胞地點(diǎn)：核基因間，葉綠體基因間，線粒體基因間；前提條件：不同基因型的遺傳物質(zhì)彼此能夠轉(zhuǎn)移。作用：保證了遺傳多樣性,為選擇奠定了物質(zhì)基礎(chǔ),使生物得以進(jìn)化發(fā)展，與突變一起是變異的來源遺傳重組總結(jié)遺傳重組：造成基因型變化的基因交流過程。133DNA重組對(duì)生物進(jìn)化起著關(guān)鍵的作用。生物進(jìn)化是生物隨時(shí)間發(fā)生變化和多樣化的過程。生物進(jìn)化以不斷產(chǎn)生可遺傳的變異為基礎(chǔ)。首先有突變和重組，由此產(chǎn)生遺傳的變異，然后才有遺傳漂變(geneticdrift)和自然選擇(naturalselection)，才有進(jìn)化。可遺傳變異的根本原因是突變。然而，突變的機(jī)率很低，而且多數(shù)突變是有害的。如果生物只有突變沒有重組，在積累具有選擇優(yōu)勢(shì)的突變同時(shí)不可避免積累許多難以擺脫的不利突變，有利突變將隨不利突變一起被淘汰，新的優(yōu)良基因就不可能出現(xiàn)。重組的意義在于，它能迅速增加群體的遺傳多樣性(diversity)；使有利突變與不利突變分開(separation)；通過優(yōu)化組合(optimization)積累有意義的遺傳信息。遺傳重組的生物學(xué)意義DNA重組對(duì)生物進(jìn)化起著關(guān)鍵的作用。生物進(jìn)化是生物隨時(shí)間發(fā)生134遺傳重組主要類型：(依據(jù)對(duì)DNA序列和所需蛋白質(zhì)因子的要求)同源重組位點(diǎn)專一性重組轉(zhuǎn)座重組

異常重組其共同點(diǎn)是雙股DNA間的物質(zhì)交換，但發(fā)生的情況不同。遺傳重組主要類型：(依據(jù)對(duì)DNA序列和135發(fā)生在同源序列間的重組稱為同源重組(homologousrecombination)，又稱基本重組。是最基本的DNA重組方式，通過鏈的斷裂和再連接，在兩個(gè)DNA分子同源序列間進(jìn)行單鏈或雙鏈片段的交換。真核生物非姊妹染色單體的交換，姊妹染色單體的交換，細(xì)菌及某些低等真核生物的轉(zhuǎn)化，細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合等都屬于這—類型。一、同源重組發(fā)生在同源序列間的重組稱為同源重組(homologousr136同源重組的Holliday模型RobinHolliday于1964年提出了重組的雜和DNA模型，又稱Holliday模型。該模型對(duì)重組過程的解釋如下：A、同源的非姐妹染色單體聯(lián)會(huì)；B：同源非姐妹染色單體DNA中兩個(gè)方向相同的單鏈，在DNA內(nèi)切酶的作用下，在相同位置同時(shí)切開；C：切開的單鏈交換重接;D：形成交聯(lián)橋結(jié)構(gòu)；同源重組的Holliday模型RobinHolliday于137E：交聯(lián)橋沿配對(duì)DNA分子“移動(dòng)”。兩個(gè)親本DNA分子間造成一大段異源雙鏈DNA（Holliday結(jié)構(gòu)）F：繞交聯(lián)橋旋轉(zhuǎn)1800；G：形成Holliday異構(gòu)體；H、通過兩種方式之一切斷DNA單鏈，若左右切，則形成非重組體，若上下切則形成重組體。E：交聯(lián)橋沿配對(duì)DNA分子“移動(dòng)”。兩個(gè)親本DNA分子間造成138HOLLIDAY模型HOLLIDAY模型139Holliday模型能夠較好解釋同源重組現(xiàn)象，但也存在問題。該模型認(rèn)為進(jìn)行重組的兩個(gè)DNA分子在開始時(shí)需要在對(duì)應(yīng)鏈相同位置上發(fā)生斷裂。DNA分子單鏈斷裂是經(jīng)常發(fā)生的事，但很難設(shè)想兩個(gè)分子何以能在同一位置發(fā)生斷裂。MeselsonM和RaddingC對(duì)此提出了修正意見，他們認(rèn)為同源DNA分子中只有一個(gè)分子發(fā)生單鏈斷裂，隨后單鏈入侵另一DNA分子的同源區(qū)，造成鏈的置換，被置換的鏈再切斷并與最初斷鏈連接，即形成Holliday中間體。Holliday模型能夠較好解釋同源重組現(xiàn)象，但也存在問題140Meselson-Radding模型Holliday模型中為對(duì)稱的雜合雙鏈，而實(shí)際情況有不均等分離現(xiàn)象，1975年Meselson-Radding提出模型解釋這種不對(duì)稱重組現(xiàn)象：1.單鏈切斷2.鏈置換3.單鏈入侵4.泡切除5.鏈同化（碎鏈吸收）6.異構(gòu)化——Holliday7.分支遷移Meselson-Radding模型H141

內(nèi)切酶(RecBCD)DNA侵?jǐn)_(RecA)分支遷移(RuvAB)

內(nèi)切酶(recBCD)

DNA連接酶5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′3′3′5′3′5′3′3′5′5′3′5′3′5′3′Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′目錄內(nèi)切酶DNA侵?jǐn)_分支遷移內(nèi)切酶DNA5′3′142Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′5′5′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′內(nèi)切酶(ruvC)內(nèi)切酶(ruvC)

DNA連接酶

DNA連接酶交互重組拼接重組目錄旋轉(zhuǎn)Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′143雙鏈斷裂重組模型更多的事實(shí)表明，重組是由雙鏈斷裂所啟動(dòng)。DNA分子雙鏈斷裂才能與同源分子發(fā)生鏈的交換，藉以將同源染色體分配到子代細(xì)胞中去。雙鏈斷裂重組模型更多的事實(shí)表明，重組是由雙鏈斷裂所啟動(dòng)。DN144雙鏈斷裂啟動(dòng)重組雙鏈斷裂啟動(dòng)重組145細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組

細(xì)菌可以通過多種途徑進(jìn)行細(xì)胞間基因轉(zhuǎn)移，細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移主要有四種機(jī)制：接合(conjugation)、轉(zhuǎn)化(transformation)、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)和細(xì)胞融合(cellfusion)。細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組細(xì)菌可以通過多種途徑進(jìn)行細(xì)胞間基1461細(xì)菌的接合作用細(xì)菌的細(xì)胞相互接觸時(shí)遺傳信息可以由一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞，稱為接合作用。供體細(xì)胞被定義為雄性，受體細(xì)胞為雌性。通過接合而轉(zhuǎn)移DNA的能力是由接合質(zhì)粒(conjugativeplasmid)提供的，與接合功能有關(guān)的蛋白質(zhì)均由接合質(zhì)粒所編碼。1細(xì)菌的接合作用147F質(zhì)粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+F質(zhì)粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRec148第三章基因重組課件149

2細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化遺傳轉(zhuǎn)化(genetictransformation)是指細(xì)菌品系由于吸收了外源DNA(轉(zhuǎn)化因子)而發(fā)生遺傳性狀的改變現(xiàn)象。具有攝取周圍環(huán)境中游離DNA分子能力的細(xì)菌細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞(competentcell)。很多細(xì)菌在自然條件下就有吸收外源DNA的能力(如固氮菌、鏈球菌、芽孢桿菌、奈氏球菌及嗜血桿菌等)。2細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化150目錄目錄1513細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)

轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)是通過噬菌體將細(xì)菌基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞的過程。轉(zhuǎn)導(dǎo)有兩種類型：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction),是指宿主基因組任意位置的DNA成為成熟噬菌體顆粒DNA的一部分而被帶入受體菌；局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(specializedtransduction)，某些溫和噬菌體在裝配病毒顆粒時(shí)將宿主染色體整合部位的DNA切割下來取代病毒DNA。在上述兩種類型中，轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體均為缺陷型，因?yàn)槎加惺删w基因被宿主基因所取代。缺陷型噬菌體仍然將顆粒內(nèi)DNA導(dǎo)入受體菌，前宿主的基因進(jìn)入受體菌后即可與染色體DNA發(fā)生重組。3細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)152第三章基因重組課件153轉(zhuǎn)導(dǎo)接合轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)導(dǎo)接合轉(zhuǎn)化154同源重組的酶學(xué)同源重組需要許多蛋白因子參與,其中編碼這些蛋白質(zhì)的基因有27種,起最主要作用的,并且了解較清楚的的有蛋白質(zhì)RecBCD,RecA,RuvAB和RuvC.同源重組的酶學(xué)同源重組需要許多蛋白因子參與,其中編碼這些蛋白155RecBCD酶是一種多功能酶,該酶的亞基分別由基因recB、recC和recD編碼。RecBCD酶具有三種酶活性：①依賴于ATP的核酸酶活性，②ATP依賴的解螺旋酶活性，③ATPase活性。當(dāng)DNA分子斷裂時(shí)，它即結(jié)合在其游離端，使DNA雙鏈解旋并降解，解旋所需能量由ATP水解供給。及至酶移動(dòng)到chi位點(diǎn)(5′GCTGGTGG3′)，在其3′側(cè)4～6個(gè)核苷酸處將鏈切開，產(chǎn)生具有3′末端的游離單鏈。隨后單鏈可參與重組各步驟。大腸桿菌基因組的chi位點(diǎn)，分布在DNA各部位，平均5kb有一個(gè)，成為重組熱點(diǎn)。RecBCD酶是一種多功能酶,該酶的亞基分別由基因recB、156RecA蛋白在大腸桿菌中，RecA蛋白參與重組是最關(guān)鍵的步驟。RecA有兩個(gè)主要的功能：誘發(fā)SOS反應(yīng)和促進(jìn)DNA單鏈的同化(assimilation)。所謂單鏈同化即是指單鏈與同源雙鏈分子發(fā)生鏈的交換，從而使重組過程中DNA配對(duì)、Holliday中間體的形成，分支移動(dòng)等步驟得以產(chǎn)生。當(dāng)RecA與DNA單鏈結(jié)合時(shí)，數(shù)千RecA單體協(xié)同聚集在單鏈上，形成螺旋狀纖絲(helicalfilament)。RecF、RecO和RecR蛋白調(diào)節(jié)RecA纖絲的裝配和拆卸。RecA蛋白在大腸桿菌中，RecA蛋白參與重組是最關(guān)鍵的步驟157圖4-3RecA蛋白介導(dǎo)的DNA鏈交換模型A:DNA鏈交換的側(cè)面觀:1.RecA蛋白與單鏈DNA結(jié)合；2.復(fù)合物與同源雙鏈DNA結(jié)合；3.入侵單鏈與雙鏈中的互補(bǔ)鏈配對(duì)，同源鏈被置換出來;B:DNA鏈交換過程RecA蛋白的橫切面圖4-3RecA蛋白介導(dǎo)的DNA鏈交換模型A:DNA鏈交換158RuvA可識(shí)別Holliday連接的結(jié)構(gòu)；RuvB是一種ATPase，它可發(fā)動(dòng)遷移反應(yīng)。右圖表示復(fù)合體的功能。RuvA結(jié)合在交換點(diǎn)上的所有4條鏈上。RuvB是六聚體，它圍繞在交換點(diǎn)上游的每一條DNA雙