基因重組課件

基因重組與轉(zhuǎn)座遺傳第十二章基因重組與轉(zhuǎn)座遺傳第十二章本章要求第一節(jié)DNA的重組本章要求DNA重組接合作用(conjugation)轉(zhuǎn)化作用(transformation)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(transduction)轉(zhuǎn)座(transposition)同源重組(homologousrecombination)位點(diǎn)特異的重組(site-specificrecombination)DNA重組接合作用(conjugation)轉(zhuǎn)化作用(t第一節(jié)

DNA的重組

DNARecombination

第一節(jié)

DNA的重組

DNARecomb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。一、同源重組發(fā)生在同源序列間的重組稱為同源重組(homologousr重組機(jī)制一.交叉理論（chiasmatatypehypothesis）

1909年Janssens并提出了交叉型理論二.斷裂和重接模型

1937年Darlington提出三.模板選擇學(xué)說（copychoice）

BellingJ.首先提出的，1933年他又撤回了這一假設(shè)。四.1948年Hershey提出模板選擇學(xué)說重組機(jī)制一.交叉理論（chiasmatatypehypo基因重組課件斷裂重接模型和模板選擇復(fù)制模型的否定斷裂重接模型不能解釋基因轉(zhuǎn)變和極化子現(xiàn)象模板選擇復(fù)制模型存在的問題：

(1)違背了半保留復(fù)制；

(2)DNA復(fù)制應(yīng)在S期，重組應(yīng)在偶線期，不應(yīng)同時(shí)發(fā)生。

(3)不能解釋3線和4線交換。斷裂重接模型和模板選擇復(fù)制模型的否定斷裂重接模型不能解釋基因1930年Winkler把真菌中不規(guī)則分離現(xiàn)象解釋為基因轉(zhuǎn)變（conversion）Lindegren,C.C（1949）報(bào)道了酵母有規(guī)律的異離常分離現(xiàn)象：交配型A×a的雜交中，有些子囊所含的孢子為（3A+1a），也稱為基因轉(zhuǎn)變。50年代中期Mitchell,M.B.異常分離不是由于整個(gè)染色體的異常行為，而是由于特定位點(diǎn)的“基因轉(zhuǎn)變”所致，即屬于基因內(nèi)重組。Olive,E1-Ani和Kitani等在糞殼菌(Sodariafimicola)中也發(fā)現(xiàn)了異常分離。認(rèn)為這種異常分離是有絲分裂的產(chǎn)物，稱為減數(shù)后分離(postmeioticsegreation)基因轉(zhuǎn)變----與遺傳重組有關(guān)1930年Winkler把真菌中不規(guī)則分離現(xiàn)象解釋為基因轉(zhuǎn)變基因重組課件以E.coli的同源重組為例，了解同源重組機(jī)制的Holliday模型。Holliday模型以E.coli的同源重組為例，了解同源重組機(jī)制的HollidHolliday模型中，同源重組主要4個(gè)關(guān)鍵步驟①兩個(gè)同源染色體DNA排列整齊②一個(gè)DNA的一條鏈斷裂、并與另一個(gè)DNA對(duì)應(yīng)的鏈連接，形成Holliday中間體③通過分支移動(dòng)產(chǎn)生異源雙鏈DNA④Holliday中間體切開并修復(fù)，形成兩個(gè)雙鏈重組體DNA，分別為：片段重組體(patchrecombinant)拼接重組體(splicerecombinant)Holliday模型中，同源重組主要4個(gè)關(guān)鍵步驟①兩個(gè)同源

內(nèi)切酶

(recBCD)DNA侵?jǐn)_(recA)分支遷移

(recA)

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′片段重組體（見模型圖左邊產(chǎn)物）：切開的鏈與原來斷裂的是同一條鏈，重組體含有一段異源雙鏈區(qū)，其兩側(cè)來自同一親本DNA。拼接重組體（見模型圖右邊產(chǎn)物）：切開的鏈并非原來斷裂的鏈，重組體異源雙鏈區(qū)的兩側(cè)來自不同親本DNA。片段重組體（見模型圖左邊產(chǎn)物）：拼接重組體（見模型圖右邊Holiday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連接酶片段重組體拼接重組體目錄Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′基因重組課件基因重組課件Holiday模型說明了遺傳重組過程,也說明了基因轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象Holiday模型說明了遺傳重組過程,也說明了基因轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象二、細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組（一）接合作用當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通過菌毛相互接觸時(shí)，質(zhì)粒DNA從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至另一細(xì)胞（細(xì)菌）的DNA轉(zhuǎn)移稱為接合作用(conjugation)。二、細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組（一）接合作用當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通可接合質(zhì)粒如F因子(Ffactor)質(zhì)?！?xì)菌染色體外的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子可接合質(zhì)粒如F因子(Ffactor)質(zhì)粒——細(xì)菌（二）轉(zhuǎn)化作用通過自動(dòng)獲取或人為地供給外源DNA，使細(xì)胞或培養(yǎng)的受體細(xì)胞獲得新的遺傳表型，稱為轉(zhuǎn)化作用(transformation)。（二）轉(zhuǎn)化作用通過自動(dòng)獲取或人為地供給外源DNA，使細(xì)胞或培例：溶菌時(shí)，裂解的DNA片段被另一細(xì)菌攝取。例：溶菌時(shí)，裂解的DNA片段被另一細(xì)菌攝取。目錄目錄（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)作用當(dāng)病毒從被感染的（供體）細(xì)胞釋放出來、再次感染另一（供體）細(xì)胞時(shí)，發(fā)生在供體細(xì)胞與受體細(xì)胞之間的DNA轉(zhuǎn)移及基因重組即為轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(transduction)。（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)作用當(dāng)病毒從被感染的（供體）細(xì)胞釋放出來、再次感染λ噬菌體的生活史溶菌生長(zhǎng)途徑(lysispathway)溶源菌生長(zhǎng)途徑(lysogenicpathway)例目錄λ噬菌體的生活史溶菌生長(zhǎng)途徑例目錄目錄目錄THANKYOUSUCCESS2023/7/3127可編輯THANKYOUSUCCESS2023/7/272三、位點(diǎn)特異重組位點(diǎn)特異重組(site-specificrecombination)

是由整合酶催化，在兩個(gè)DNA序列的特異位點(diǎn)間發(fā)生的整合。三、位點(diǎn)特異重組一．λ在aat位點(diǎn)的整合二．倒位重組沙門氏細(xì)菌（Salmonella）的相轉(zhuǎn)變

Mu噬菌體G片段的倒位三.免疫球蛋白基因的重排一．λ在aat位點(diǎn)的整合例（一）λ噬菌體DNA的整合λ噬菌體的整合酶識(shí)別噬菌體和宿主染色體的特異靶位點(diǎn)發(fā)生選擇性整合；反轉(zhuǎn)錄病毒整合酶可特異地識(shí)別、整合反轉(zhuǎn)錄病毒cDNA的長(zhǎng)末端重復(fù)序列(longterminalrepeat,LTR)。例（一）λ噬菌體DNA的整合λ噬菌體的整合酶識(shí)別噬菌體和宿主基因重組課件基因重組課件例（二）細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變例（二）細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變hix為反向重復(fù)序列，它們之間的H片段可在Hin控制下進(jìn)行特異位點(diǎn)重組(倒位)。H片段上有兩個(gè)啟動(dòng)子P，其一驅(qū)動(dòng)hin基因表達(dá)，另一正向時(shí)驅(qū)動(dòng)H2和rH1基因表達(dá)，反向(倒位)時(shí)H2和rH1不表達(dá)。rH1為H1的阻遏蛋白基因。hix為反向重復(fù)序列，它們之間的H片段可在Hin控制下進(jìn)行特H2鞭毛素

阻遏蛋白Hin重組酶轉(zhuǎn)位片段hinH2IH1H1鞭毛素hinH2IDNA啟動(dòng)序列H1啟動(dòng)序列沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變H2鞭毛素阻遏蛋白Hin重組酶轉(zhuǎn)位片段hinH2IH例（三）免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白(Ig)，由兩條輕鏈(L鏈)和兩條重鏈(H鏈)組成，分別由三個(gè)獨(dú)立的基因族編碼，其中兩個(gè)編碼輕鏈(和)，一個(gè)編碼重鏈。

輕鏈的基因片段：重鏈的基因片段：LVJCLVDJC例（三）免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白(Ig)，由兩條輕鏈(重鏈(IgH)基因的V-D-J重排和輕鏈(IgL)基因的V-J重排均發(fā)生在特異位點(diǎn)上。在V片段的下游，J片段的上游以及D片段的兩側(cè)均存在保守的重組信號(hào)序列(recombinationsignalsequence,RSS)。此重排的重組酶基因rag(recombinationactivatinggene)共有兩個(gè)，分別產(chǎn)生蛋白質(zhì)RAG1和RAG2。

CACAGTG(12/23)ACAAAAACCGTGTCCACTGTTTTTGG重組信號(hào)序列基因片段重鏈(IgH)基因的V-D-J重排和輕鏈(IgL)基因的V-V片段J片段RSSRSS間插DNAOHOHVJ單鏈切開RAG1RAG2分子內(nèi)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)單鏈切開轉(zhuǎn)移核苷酸修復(fù)、連接免疫球蛋白基因重排過程目錄V片段J片段RSSRSS間插DNAOHOHVJ單鏈切開RAG四、轉(zhuǎn)座重組由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位或重排稱為轉(zhuǎn)座(transposition)。由McClintock（1956）在玉米上首先發(fā)現(xiàn)遺傳學(xué)發(fā)展史上的重要里程碑之一。轉(zhuǎn)座子可在染色體組內(nèi)移動(dòng)，從一個(gè)位點(diǎn)切除，插入到一個(gè)新的位點(diǎn),引起基因的突變或染色體重組。四、轉(zhuǎn)座重組由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位或重排稱為轉(zhuǎn)座(基因重組課件基因重組課件基因重組課件插入序列(insertionsequences,IS)組成：二個(gè)分離的反向重復(fù)(invertedrepeats,IR)序列特有的正向重復(fù)序列一個(gè)轉(zhuǎn)座酶（transposase)編碼基因

IRTransposaseGeneIR發(fā)生形式：保守性轉(zhuǎn)座(conservativetransposition)復(fù)制性轉(zhuǎn)座(duplicativetransposition)（一）插入序列轉(zhuǎn)座插入序列(insertionsequences,IS)組插入序列的復(fù)制性轉(zhuǎn)座目錄插入序列的復(fù)制性轉(zhuǎn)座目錄轉(zhuǎn)座子(transposons)——可從一個(gè)染色體位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一位點(diǎn)的分散重復(fù)序列。