第13章损伤修复和重组课件

第13章损伤修复和重组第13章损伤修复和重组1DNA通过半保留复制的机制保证代谢上的稳通过半保留复制的机制保证代谢上的稳定性。但稳定是相对的，从进化的角度上看，定性。但稳定是相对的，从进化的角度上看，DNA是处于不断的变异和发展之中。是处于不断的变异和发展之中。造成造成DNA变异的因素主要有：变异的因素主要有：突变突变（mutation）基因重组基因重组（gene recombination）染色体畸变染色体畸变DNA通过半保留复制的机制保证代谢上的稳定性。但稳定是相对的2第13章损伤修复和重组课件3第13章损伤修复和重组课件4根据突变的机理：根据突变的机理：v碱基对的置换（碱基对的置换（substitution）或点突变（或点突变（point mutation）：）：一个单一碱基的改变。一个单一碱基的改变。转换转换（transition）：）：DNA分子中的嘌呤为另一分子中的嘌呤为另一种种 嘌呤或嘧啶被另一种嘧啶取代而引起的突变；嘌呤或嘧啶被另一种嘧啶取代而引起的突变；颠换颠换（transversion）：）：DNA分子中嘌呤被嘧分子中嘌呤被嘧啶所取代或嘧啶被嘌呤所取代而引起的突变；啶所取代或嘧啶被嘌呤所取代而引起的突变；transitionPy PyPu PutransversionPy Pu根据突变的机理：transitionPyP5点突变的效应：点突变的效应：无义突变（无义突变（nonsense）：使氨基酸密码子转变为终止密码使氨基酸密码子转变为终止密码子（子（UGA、UAG、UAA）的突变的突变.错义突变（错义突变（missense）：三联体密码子发生突变导致蛋白三联体密码子发生突变导致蛋白质中原来的氨基酸被另一氨基酸取代质中原来的氨基酸被另一氨基酸取代同义突变（同义突变（samesense）：虽然三联体密码子发生突变，虽然三联体密码子发生突变，但仍然编码同一种但仍然编码同一种AA。点突变的效应：无义突变（nonsense）：使氨基酸密码6v插入或缺失突插入或缺失突变（insertions/deletions）：DNA分子中插入或缺失一个或少数几个核苷酸分子中插入或缺失一个或少数几个核苷酸突突变效效应：插入或缺失几个氨基酸插入或缺失几个氨基酸：移移码突突变（frameshift）：DNA分子中插入或分子中插入或缺失非缺失非3n个核苷酸，使整个个核苷酸，使整个阅读框改框改变而引起的而引起的突突变。插入或缺失突变（insertions/deletions）：71.2physicalandchemicalmutagens1.2.1physicalmutagens包括包括X-、-、-、-、UV 1.2.1.1 direct functions：ionizing radiation（电离射线电离射线）：使）：使DNA失去电子，失去电子，引起引起DNA发生广泛的化学变化；发生广泛的化学变化；nonionizing radiation（非电离射线非电离射线）:引起原子振引起原子振动或促使电子进入较高能级，导致形成新的化学键。动或促使电子进入较高能级，导致形成新的化学键。如如UV可使可使DNA形成胸腺嘧啶二聚体。形成胸腺嘧啶二聚体。1.2physicalandchemicalmuta8二、导致诱变的理化因素及其作用机制二、导致诱变的理化因素及其作用机制（一）物理诱变剂（一）物理诱变剂（physical mutagens）包括包括X-、-、-、-、UV 1、直接作用：、直接作用：u电离射线电离射线（ionizing radiation）使）使DNA失去失去电子，引起电子，引起DNA发生广泛的化学变化；发生广泛的化学变化；u非电离射线非电离射线（non）引起原子振动或促使电）引起原子振动或促使电子进入较高能级，导致形成新的化学键。子进入较高能级，导致形成新的化学键。如如UV可使可使DNA形成胸腺嘧啶二聚体形成胸腺嘧啶二聚体二、导致诱变的理化因素及其作用机制（一）物理诱变剂（phy92、间接作用：辐射首先作用于遗传物质以外的物质，、间接作用：辐射首先作用于遗传物质以外的物质，使这些物质发生变化，然后由这些变化的物质再作使这些物质发生变化，然后由这些变化的物质再作用于遗传物质，引起一系列的遗传学效应。用于遗传物质，引起一系列的遗传学效应。Deamination-oxidationU.V.CUAU.V.H2OH+OH-CCA2、间接作用：辐射首先作用于遗传物质以外的物质，使这些物质发10（二）化学诱变因素（二）化学诱变因素（chemical）碱基类似物（碱基类似物（base analog）碱基修饰剂（碱基修饰剂（base modifier）嵌入染料（嵌入染料（intercalating dye）（二）化学诱变因素（chemical）碱基类似物（bas11碱基类似物（碱基类似物（base analogs）5-BrU：T 类似物似物BrBr转换转换5BrU的酮式和烯醇式具有不同的配对特性的酮式和烯醇式具有不同的配对特性碱基类似物（baseanalogs）5-BrU：BrBr转12第13章损伤修复和重组课件13AT5-BrU(k)G5-BrU(e)CmispairingmispairingTA5-BrU(k)GC5-BrU(e)AGGAReplication errorIncorporation error5-BrU(k)5-BrU(e)AT5-BrU(k)G5-BrU(e)Cmispairing142氨基氨基嘌呤的不同配呤的不同配对特性特性AP：A类似物，似物，ATGCGCAT2氨基嘌呤的不同配对特性AP：A类似物，AT15亚硝酸（亚硝酸（Nitrous acid，NA）：）：脱氨基作用；脱氨基作用；A C GI CU=AX=Cdeamination HNO2 羟胺（胺（NH2OH，HA）：特殊的点突特殊的点突变诱变剂，使使C HC(4羟胺胞胺胞嘧啶)A，结果果诱发GCAT的的转换 碱基修碱基修饰剂（base modifier）ATGCGCAT亚硝酸（Nitrousacid，NA）：脱氨基作用；AI16第13章损伤修复和重组课件17烷化剂（烷化剂（alkylating agents）：一类带有一类带有单单/多个不稳定的烷基，可将烷基加入到核酸上多个不稳定的烷基，可将烷基加入到核酸上各种位点的亲电化学试剂。各种位点的亲电化学试剂。EMS（Ethyl methane sulfonate）已基甲已基甲烷磺酸磺酸 CH3-S-O-CH2CH3OOMMS（methylmethane sulfonate）甲甲烷磺酸甲磺酸甲酯 CH3-S-O-CH3OOSM（Sulfur Mustards gas）硫芥）硫芥HS CH2CH2ClCH2CH2Cl烷化剂（alkylatingagents）：一类带有单/多18第13章损伤修复和重组课件19第13章损伤修复和重组课件20AO（Acridine Orange）吖啶橙橙扁平分子扁平分子EB（Ethidium Bromide）溴化乙溴化乙锭-ATTTTTCG-TAAAAAGC-A TTTCG-T AAAGC-TAO T-AT EB TTTTCG-TA分子插入分子插入AOEB-ATTTCG-TAAAGC-ATXTTTTCG-TAX AAAAGC-X AAAAGC-吖啶染料：美国癌症研究所以染料：美国癌症研究所以吖啶分子分子为基基础，人工合成的一人工合成的一类诱变剂。嵌入染料（嵌入染料（intercalating dye）AO（AcridineOrange）吖啶橙扁平分子EB（E21AT5-BrU(k)G5-BrU(e)CAG5-BrU(k)定向定向诱变（targetted mutagenesis）：碱碱基基类似物似物/碱基衍化物代替正常碱基配碱基衍化物代替正常碱基配对后，后，未被修复机制未被修复机制纠正，正，导致子代将致子代将错就就错地复制地复制下去。下去。三、定向三、定向诱变和不定向和不定向诱变AT5-BrU(k)G5-BrU(e)CAG5-BrU(k)22不定向诱变（不定向诱变（untargetted mutagenesis）：大部大部分突变都可以作为分突变都可以作为DNA修复机制的底物，进修复机制的底物，进行精确修复。但有时不能用这些精确的修复行精确修复。但有时不能用这些精确的修复系统时，就会采用系统时，就会采用转移损伤转移损伤DNA合成合成（transition DNA synthesis），这是一类），这是一类会带来差错的修复。会带来差错的修复。不定向诱变（untargettedmutagenesis）23q 遗传信息发生错误的原因：遗传信息发生错误的原因：一些理化因子作用于一些理化因子作用于DNA，改变碱基结构；改变碱基结构；DNA在复制过程中发生错配；在复制过程中发生错配；DNA重组；重组；外源基因的整合。外源基因的整合。保保证遗传稳定的机制定的机制-DNA修复修复遗传信息发生错误的原因：一些理化因子作用于DNA，改变碱24第二第二节.DNA修复（修复（DNArepairing）DNA的修复（的修复（DNA repairing）：）：是细是细胞对胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反受损伤后的一种反应，这种反应可能使应可能使DNA结构恢复原样，重新能执结构恢复原样，重新能执行它原来的功能；但有时并非能完全消行它原来的功能；但有时并非能完全消除除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这的损伤，只是使细胞能够耐受这DNA的损伤而能继续生存。的损伤而能继续生存。第二节.DNA修复（DNArepairing）DNA25DNA的改变包括两类：的改变包括两类：单个碱基的改变单个碱基的改变Single base changes：双螺旋结构的异常扭曲双螺旋结构的异常扭曲Structural distortion DNA的改变包括两类：26非非诱导修复修复诱导修复修复DNA修复修复直接修复直接修复切除修复切除修复重重组修复修复错配修复配修复光复活修复光复活修复烷基的基的转移移单链断裂的重接断裂的重接避免差避免差错修复修复易易错修复修复非诱导修复诱导修复DNA修复直接修复切除修复重组修复错配修复27phR 471aa1、直接修复（、直接修复（directrepair）光复活修复（光复活修复（photoreactivation）-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA-Before replication 400 nm Blue light&photo-reactivation enzyme）可可见光激活光激活光复活修复只能修复嘧啶二聚体光复活修复只能修复嘧啶二聚体.phR471aa1、直接修复（directrepai28 The pyrimidine dimer blocks DNA replication高等哺乳高等哺乳动物物该功能退化了。功能退化了。例：例：对细菌紫外菌紫外诱变或或杀灭时尽量保持暗尽量保持暗环境境ThepyrimidinedimerblocksD29切口的重接切口的重接：DNA连接酶（连接酶（ligase）修复。修复。烷基的转移烷基的转移：O6甲基甲基-G-甲基转移酶（甲基转移酶（MGMT)，单加氧酶单加氧酶(依赖于依赖于-酮戊二酸和戊二酸和Fe2+)(AlkB)切口的重接：DNA连接酶（ligase）修复。302、切除修复（、切除修复（excisionrepair）碱基切除修复（碱基切除修复（Base excision repair）U和烷基化的碱基可被糖苷酶(glycosylases）并直接从DNA上切除2、切除修复（excisionrepair）碱基切除修复（31BeforeReplication，暗修复核苷酸的切除修复(Nucleotide excision repairsystems)切除包括损伤碱基的一段序列short-patchrepair(12nt)long-patchrepair(1500)9000ntEnzymes:核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶BeforeReplication，暗修复核苷酸的切除修复32第13章损伤修复和重组课件33TheUvrsystem3-65223（3-4）5-7TheUvrsystem3-65223（3-343、重组修复（、重组修复（recombinationrepair）实质：并非修复，而是：并非修复，而是“稀稀释”。3、重组修复（recombinationrepair）实质35第13章损伤修复和重组课件36DNA polymeraseligase MCE（mismatch correct enzyme）3 subunits mutH,L,S dam genem6A甲基化甲基化酶Scanning 新生新生链中中错配碱基配碱基识别新生新生链中非中非 m6A 的的GATC序列序列酶切含切含错配碱基的新生配碱基的新生DNA区段区段4、错配修复（配修复（mismatchrepair）DNApolymeraseMCE（mismatchcor37第13章损伤修复和重组课件38第13章损伤修复和重组课件39第13章损伤修复和重组课件40应急反应应急反应（SOS）：由：由DNA损伤或抑制复制的处理损伤或抑制复制的处理所引起的一系列复杂的诱导效应。所引起的一系列复杂的诱导效应。SOS诱导的修复作用：诱导的修复作用：A.error free repair（避免差错修复（避免差错修复）：）：修复过程中修复过程中错配碱基通常被切除，修复后错配碱基通常被切除，修复后DNA恢复正常。恢复正常。B.error-prone repair（易错修复（易错修复）：）：DNA受到严重受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复修复方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，提高方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，故又称为错误细胞的生成率，但留下的错误较多，故又称为错误倾向修复倾向修复.5、诱导修复和应急反应诱导修复和应急反应应急反应（SOS）：由DNA损伤或抑制复制的处理所引起的一系41Jean WeagleE.coliE.colialive 80 10 Mut.90%10%Damaged DNA of-phage be repaired more in E.coli A SOS repair in E.coli have to be induced by U.V.（A）High frequency mutation by SOS repair（Error-prone）ABJeanWeagleE.coliE.colialive42LexA 可抑制许多基因的表达，包括修复、可抑制许多基因的表达，包括修复、recA和和 lexA。RecA激活启动了激活启动了 LexA的降解，进而诱导了许多基因的表达的降解，进而诱导了许多基因的表达LexA可抑制许多基因的表达，包括修复、recA和lex43DNA damaged300 XsignalRecAcleavesLexASOSU.V.damage DNASignal（S.S.DNA tail/5Nt S.S.DNA）机制机制DNAdamaged300XsignalRecAcle44RecA的功能的功能：与与S.S.DNA结合活性合活性 对少数蛋白的少数蛋白的proteinase活性活性 DNA 重重组活性活性当当DNA正常复制正常复制时（无复制受阻，无（无复制受阻，无DNA损伤，无，无TT dimer）RecA不表不表现proteinase活性活性RecA的功能：与S.S.DNA结合活性对少数蛋白45当当DNA复制受阻复制受阻/DNA damaged能量大量消耗能量大量消耗细胞内原少量表达的胞内原少量表达的RecA与与S.S.DNA结合合激活激活RecA的的proteinase活性活性修复修复损伤LexA降解降解RecA高效表达高效表达 300 XSOS open当DNA复制受阻/DNAdamaged能量大量消耗细胞内46第13章损伤修复和重组课件47当当DNA复制复制度度过难关关后后SOS repair 是一种是一种error-prone 极极强的修复机制的修复机制是是进化中形成的化中形成的“竭尽全力，治病救人竭尽全力，治病救人”的措的措施（正常状施（正常状态下，下，SOS是关是关闭的）的）RecA很快消失很快消失lexA gene onSOS off当DNA复制度过难关后SOSrepair是一种error486、DNA损伤修复的重要性损伤修复的重要性人类人类遗传性疾病遗传性疾病已经发现已经发现4000多种，其中不少多种，其中不少与与DNA修复缺陷修复缺陷有关，这些有关，这些DNA修复缺陷细胞表现修复缺陷细胞表现为为对辐射和致癌剂的敏感性增加对辐射和致癌剂的敏感性增加；着色性干皮病着色性干皮病（xeroderma pigmentosum）：第一个被发现的第一个被发现的DNA修复缺陷遗传病，患者皮肤和修复缺陷遗传病，患者皮肤和眼睛对阳光特别是眼睛对阳光特别是UV十分敏感，暴光部位皮肤干燥十分敏感，暴光部位皮肤干燥脱屑、色素沉着、容易溃疡、皮肤癌发病率高，常脱屑、色素沉着、容易溃疡、皮肤癌发病率高，常伴有神经系统障碍，智力低下等。病人的伴有神经系统障碍，智力低下等。病人的细胞对嘧细胞对嘧啶二聚体和烷基化的清除能力降低啶二聚体和烷基化的清除能力降低。6、DNA损伤修复的重要性人类遗传性疾病已经发现4000多49遗传性非息肉结肠癌遗传性非息肉结肠癌（HNPCC）是由于是由于DNA错配修复有缺陷错配修复有缺陷而造成的（其中一而造成的（其中一种错配修复酶突变丢失）。该遗传病表种错配修复酶突变丢失）。该遗传病表现为：家族成员是癌症高发群，许多成现为：家族成员是癌症高发群，许多成员患结肠癌、胃癌或子宫癌。员患结肠癌、胃癌或子宫癌。遗传性非息肉结肠癌（HNPCC）是由于DNA错配修复有缺陷而50总结：变异的形成总结：变异的形成DNA未未经修复修复经过修复修复/校正校正 死亡死亡突突变率降低率降低差差错倾向修复向修复（SOS）避免差避免差错修复修复（光修复，切除修复（光修复，切除修复,错配修复，重配修复，重组修复）修复）形成形成变异异不形成不形成变异异DNA damaged/mispairing人工人工诱变，自，自发突突变变异是在修复异是在修复过程中形成的不准确的修复程中形成的不准确的修复总结：变异的形成DNA未经修复经过修复/校正死亡差错倾51Theexampleofhowdamageresultsmutation.Theexampleofhowdamageresu52第三节重组（第三节重组（Recombination）q 突变是进化的物质基础突变是进化的物质基础 突变（突变（+重组）重组）可遗传的变异可遗传的变异 遗传漂变遗传漂变（genetic drift）、）、自然选择（自然选择（natural selection）进化进化q 重组是进化的必要条件重组是进化的必要条件迅速增加群体的遗传多样性；迅速增加群体的遗传多样性；使有利突变与不利突变分开；使有利突变与不利突变分开；通过优化组合积累有意义的遗传信息。通过优化组合积累有意义的遗传信息。第三节重组（Recombination）突变是进化的物53一一 同源重组同源重组(Homologous Recombination)1、定义、定义：两条同源区的：两条同源区的DNA分子，通过配对、链分子，通过配对、链的断裂和再连接，而产生片段交换的过程。的断裂和再连接，而产生片段交换的过程。2、特点、特点：发生在发生在同源染色体同源染色体/同源序列同源序列（75bp）之间；之间；较大片段的交换较大片段的交换；交换位点可以在同源区的任何位置上；交换位点可以在同源区的任何位置上；十分精确十分精确，无核苷酸的缺失、获得和改变。，无核苷酸的缺失、获得和改变。一同源重组(HomologousRecombinati543、holliday模型模型两个同源染色体两个同源染色体DNADNA排列整排列整齐；一个一个DNADNA的一条的一条链断裂并与另一个断裂并与另一个DNADNA对应的的链连接，形成接，形成连接分子，即接分子，即hollidayholliday中中间体；体；通通过分支迁移分支迁移产生异源双生异源双链DNADNA；hollidayholliday中中间体切开并修复，形成两个双体切开并修复，形成两个双链重重组体体DNADNA。3、holliday模型两个同源染色体DNA排列整齐；55拼接重拼接重组体。体。片段重片段重组体体拼接重组体。片段重组体56如切开的如切开的链与原来断裂的是同一与原来断裂的是同一链，重，重组体含有一段异源体含有一段异源双双链区，其两区，其两侧来自同一来自同一亲本本DNADNA，称称为片段重片段重组体体。如切开的如切开的链非原来断裂的非原来断裂的链，重，重组体异源双体异源双链区的两区的两侧来来自不同自不同亲本本DNADNA，称称为拼接重拼接重组体体。如切开的链与原来断裂的是同一链，重组体含有一段异源双链区，其57问题：问题：难以设想模型认为的两个难以设想模型认为的两个DNA能在同一位置发生断能在同一位置发生断裂。裂。Moselson提出修正提出修正，认为同源，认为同源DNA分子中只有一个分子中只有一个分子发生单链断裂，随后单链入侵另一个分子发生单链断裂，随后单链入侵另一个DNA分子分子的同源区，造成链的置换，被置换的链再切断并与的同源区，造成链的置换，被置换的链再切断并与最初断链连接，即形成最初断链连接，即形成Holliday中间体。中间体。问题：Moselson提出修正，认为同源DNA分子中只有一个58相应的迁移形成双个交叉相应的迁移形成双个交叉4双链断裂启动重组双链断裂启动重组在两个交叉之间，由交换和分在两个交叉之间，由交换和分支迁移产生的是异源双链，由修支迁移产生的是异源双链，由修复合成产生的是同源双链。复合成产生的是同源双链。双链断裂；双链断裂；产生产生3末端的单链；末端的单链；单链攻击；单链攻击；修复合成与链置换修复合成与链置换被置换的链迁移到另一双螺旋；被置换的链迁移到另一双螺旋；修复合成，缺口被供体序列置换修复合成，缺口被供体序列置换相应的迁移形成双个交叉4双链断裂启动重组在两个交叉59第13章损伤修复和重组课件605 E.coli中与DNA同源重组有关的酶 chi 位点位点可被几可被几 kb 处的双链断裂所激活处的双链断裂所激活引起重组引起重组chi 位点是位点是 RecBCD蛋白的靶标5-GCTGGTGG-33-CGACCACC-55E.coli中与DNA同源重组有关的酶chi位点615.1RecBCD产生具有自由产生具有自由3末末 端的单链端的单链 DNA。ATP依赖的核酸外切酶活性；依赖的核酸外切酶活性；被被ATP增强的核酸内切酶活性；增强的核酸内切酶活性；ATP依赖的解螺旋酶活性。依赖的解螺旋酶活性。5.1RecBCD产生具有自由3末端的单链DN623.1.5.2Strand-transferproteinscatalyzesingle-strandassimilation Single-strand assimilation:Strand-transfer proteins(RecA)enables a single strand to displace its homologue in a duplexRecA forms filaments with single-stranded or duplex DNA and catalyzes the ability of a single-stranded DNA with a free 3 to displace its counterpart in a DNA duplex.3.1.5.2Strand-transferprotei632 2、RecARecA蛋白：蛋白：可可诱发SOSSOS反反应和促和促进DNADNA单链的同化。的同化。单链同化单链同化：指单链与同源双链分子发生链的指单链与同源双链分子发生链的交换，单链同化是在螺旋状纤丝中进行的。交换，单链同化是在螺旋状纤丝中进行的。2、RecA蛋白：64RecA蛋白介导的蛋白介导的DNA 链交换过程为：链交换过程为：RecA蛋白与单链蛋白与单链DNA结合形成螺旋状纤丝；结合形成螺旋状纤丝；螺旋状纤丝与同源双链螺旋状纤丝与同源双链DNA结合；结合；单链单链DNA与双链中的互补链配对，同源链被与双链中的互补链配对，同源链被置换出来。置换出来。RecA蛋白介导的DNA链交换过程为：65第13章损伤修复和重组课件66RuvA：识别识别Holliday联结体的交叉点联结体的交叉点RuvB：六聚体解旋酶，有六聚体解旋酶，有ATP酶活性，促进分支迁移酶活性，促进分支迁移.5.3RuvAB促进分支迁移促进分支迁移10-20 bp/sec.RuvA：识别Holliday联结体的交叉点5.3RuvA67不对称的不对称的ATTC是是RuvC的识别位点和切割热点，的识别位点和切割热点，并决定结果是片段重组并决定结果是片段重组还是拼接重组。还是拼接重组。5.4RuvC特异性识别并切开特异性识别并切开Holliday联结体联结体不对称的ATTC是RuvC的识别位点和切割热点，5.4Ru682特异位点重组特异位点重组(site-specificrecombination)qSpecialized recombination involves reaction between specific sites that are not necessarily homologousq特点：发生在发生在特定的短特定的短（20200bp）DNA序列内（重组位点）序列内（重组位点）有有特异的酶特异的酶（重组酶）和（重组酶）和辅助因子辅助因子。2特异位点重组(site-specificrecombi69q 位点特异重组的结果依赖于重组位点的位点特异重组的结果依赖于重组位点的位置和方向。位置和方向。如重组位点反方向存在于同一如重组位点反方向存在于同一DNADNA链上，重组链上，重组结果发生结果发生倒位倒位。如重组位点相同方向存在于同一如重组位点相同方向存在于同一DNADNA链上，重链上，重组结果发生组结果发生切除切除。如重组位点存在于不同的如重组位点存在于不同的DNADNA链上，重组结果链上，重组结果发生发生整合整合。位点特异重组的结果依赖于重组位点的位置和方向。70两个倒转重复的交互重组将二者之间的序列反向排列两个倒转重复的交互重组将二者之间的序列反向排列两个倒转重复的交互重组将二者之间的序列反向排列71两个正向重复的交互重组会把二者之间的序列删除掉两个正向重复的交互重组会把二者之间的序列删除掉两个正向重复的交互重组会把二者之间的序列删除掉72O噬菌体噬菌体DNA的整合的整合(Integration)与切除与切除(excision)O噬菌体DNA的整合(Integration)与切除(ex73attP of P O PattB of E.coli B O B B O P P O BInt（Integrase）IHF（Integration host factor）Xis（Excisionase）FIS（factor of inversion stimulation）attPofPOPattBof743转座重组转座重组(transpositionalrecombination)3.1转座子转座子(transposon,transposable element):可以可以由染色体的一个位置由染色体的一个位置转移转移到另外一个位置的到另外一个位置的一段一段DNA。BarbaraMcClintock(86y)1983.TheNobelPrize3转座重组(transpositionalrecombi75是基因组的一个物理实体；是基因组的一个物理实体；有限制其在基因组内无限转座的机制；有限制其在基因组内无限转座的机制；其末端有反向重复序列其末端有反向重复序列 IR(inverted repeats)转座后在其插入位点产生正向重复序列转座后在其插入位点产生正向重复序列DR(directs repeats)3.2转座子的特点转座子的特点是基因组的一个物理实体；3.2转座子的特点76第13章损伤修复和重组课件773.3转座（转座（transposition）转座子从基因组的一个位置转移到另一位置的过程。转座子从基因组的一个位置转移到另一位置的过程。.3.3转座（transposition）转座子从基因组的一个78非复制型非复制型转座座(nonreplicative transposition)the transpons moves as a physical entity directly from one site to another.转座的类型转座的类型复制型复制型转座座(replicative transposition):transposons is duplicated during the reaction,so that the transposing entity is a copy of the original element非复制型转座(nonreplicativetranspos79非复制性转座要经过链的断裂与重连非复制性转座要经过链的断裂与重连非复制性转座要经过链的断裂与重连80非非复制转复制转座座中转中转座座子子仅仅从供从供体体位点位点向向受受体体位点位点做做物物理理性性移移动动，从从而在而在供供体体位点位点造造成成链链的的断断裂裂，若若断断裂裂不不被被修修复，复，后后果果将将是是致致命命的。的。非复制转座中转座子仅从供体位点向受体位点做物理性移动，从而在81复制复制性性转转座产座产生转生转座座子的一子的一个个拷贝拷贝，由由该该拷贝插拷贝插入入到到受受体体位点位点，供供体体位点位点序列序列不不变，因变，因此供此供体和体和受受体体位点位点都有一都有一个个拷贝拷贝的转的转座座子。子。复制型转座复制型转座复制性转座产生转座子的一个拷贝，由该拷贝插入到受体位点，供体82转转座可座可将将供供体和体和受受体体融融合合成成一一个个共共整整合体，在共整合体中，两合体，在共整合体中，两个转座子以正向重复形式存在。个转座子以正向重复形式存在。共共整整合体以位点特异性重组方合体以位点特异性重组方式进行式进行拆拆分，拆分后每个分，拆分后每个DNADNA分子分子含含有一有一个个拷贝拷贝的转的转座座子。子。转座可将供体和受体融合成一个共整合体，在共整合体中，两个转座83第13章损伤修复和重组课件84第13章损伤修复和重组课件85非同源重组过程；非同源重组过程；转座插入的靶位点并非完全随机转座插入的靶位点并非完全随机(插入专一型插入专一型);转座子两侧常有转座子两侧常有IR；靶序列在转座因子两侧会形成靶序列在转座因子两侧会形成DR转座的特点转座的特点非同源重组过程；转座的特点86引起插入突变；引起插入突变；在插入位置染色体重排；在插入位置染色体重排；影响插入位置邻近基因的表达；影响插入位置邻近基因的表达；染色体畸变。染色体畸变。插入位置上出现新的基因插入位置上出现新的基因调节基因活动的开关调节基因活动的开关产生新的变异，有利于进化产生新的变异，有利于进化转座引起的遗传效应转座引起的遗传效应引起插入突变；转座引起的遗传效应873.4、细菌转座子、细菌转座子3.4.1插入序列插入序列(InsertionSequence,IS)插入序列的存在只能借助于插入位点有关基因的失插入序列的存在只能借助于插入位点有关基因的失活来判检测，或通过分子杂交和测序来检测。活来判检测，或通过分子杂交和测序来检测。3.4、细菌转座子3.4.1插入序列(Insertion88最小的转座因子最小的转座因子,除转座酶基因外不携带任何标记基因除转座酶基因外不携带任何标记基因;Is的两端都有的两端都有IR，IR为转座酶识别所需，长度为转座酶识别所需，长度1525bp。当当Is转座时，宿主靶部位双链被交错切开，经修复后转座时，宿主靶部位双链被交错切开，经修复后Is两侧形成短的两侧形成短的DR；靶序列通常是任意的，但交错切开的长度是固定的，一靶序列通常是任意的，但交错切开的长度是固定的，一般为般为5bp9bp。最小的转座因子,除转座酶基因外不携带任何标记基因;89大小大小2.5 kb20 kb；具有具有IR、转座酶基因、调节基因、选择标记基因；转座酶基因、调节基因、选择标记基因；Tn3 IR TnpA Res TnpR AmpR IR37bp 37bp transposase regulator 在在Amp上生上生长 Tn1（AmpR）Tn2（AmpR）Tn3（AmpR）Tn4（AmpR StrR）Tn5（KanR）Tn6（kanR）Tn7（StrR TmpR）Tn9（CamR）Tn10（TetR）3.4.2复合转座子复合转座子（Tn，ComplextransposonsorTransposon）大小2.5kb20kb；Tn3IR90自主序列元件自主序列元件(Autonomouscontrollingelements):code for proteins that enable them to transpose;非自主序列元件非自主序列元件(Nonautonomouscontrollingelements):have mutations that eliminate their capacity to catalyze transposition,but they can transpose only in the presence of a trans-acting autonomous member of the same family.3.5真核生物转座子真核生物转座子自主序列元件(Autonomouscontrolling91第13章损伤修复和重组课件92玉米中转座子系统玉米中转座子系统玉米中转座子系统93第13章损伤修复和重组课件94第13章损伤修复和重组课件95果蝇的转座元件果蝇的转座元件P因子是一种自主性转座因子。因子是一种自主性转座因子。P因子能诱发果蝇杂种的不育。因子能诱发果蝇杂种的不育。杂种败育是不对称的，它是由P品系的雄果蝇和M品系的雌果蝇杂交产生的，但M品系的雄果蝇和P 品系的雌果蝇不会产生杂种不育。C因子可插入到染色体的不同区域，因子可插入到染色体的不同区域，也可以环状形式存在于染色体外。也可以环状形式存在于染色体外。C因子具有很高的转录活性，产生含有因子具有很高的转录活性，产生含有P尾的尾的RNA。果蝇的转座元件P因子是一种自主性转座因子。96第13章损伤修复和重组课件97学学 习习 要要 点点掌握掌握DNA点突变的相关概念；点突变的相关概念；熟悉各种理化因素所导致的熟悉各种理化因素所导致的DNA突变；突变；掌握掌握DNA损伤的修复方式；损伤的修复方式；掌握同源重组、特异位点重组的机理；掌握同源重组、特异位点重组的机理；掌握转座重组、转座过程的特点、掌握转座重组、转座过程的特点、熟悉转座引起的遗传效应。熟悉转座引起的遗传效应。学习要点掌握DNA点突变的相关概念；98第第12章作业：章作业：1、请简述、请简述DNA复制的基本特点。复制的基本特点。2、DNA聚合酶所催化反应的特点。聚合酶所催化反应的特点。3、请简述复制体的基本活动。、请简述复制体的基本活动。4、请简述、请简述DNA合成高保真性的因素。合成高保真性的因素。5、请简述原核生物与真核生物、请简述原核生物与真核生物DNA复制的区别。复制的区别。6、请简述原核生物、请简述原核生物DNA复制的基本过程。复制的基本过程。7、请写出下列名词的英文并进行解释、请写出下列名词的英文并进行解释半保留复制、半不连续复制、前导链、滞后链、冈半保留复制、半不连续复制、前导链、滞后链、冈崎片段、复制子、复制叉、复制体、端粒、端粒酶崎片段、复制子、复制叉、复制体、端粒、端粒酶第12章作业：99第第13章作业：章作业：1、请简述、请简述holliday模型的基本过程模型的基本过程2、请简述双链断裂启动重组的基本过程。、请简述双链断裂启动重组的基本过程。3、DNA损伤的修复有五种类型，分别是损伤的修复有五种类型，分别是 、和和 。4、请写出下列名词的英文并进行解释、请写出下列名词的英文并进行解释突变、转换、颠换、错义突变、无义突变、同义突突变、转换、颠换、错义突变、无义突变、同义突变、沉默突变、同源重组、转座子变、沉默突变、同源重组、转座子第13章作业：100