第六章DNA的重组与转座4

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一,节,节DNA,重,重,组,组,同源重,组,组,特异位,点,点重组,二节DNA转座,转座子,的,的概念,转座子,的,的分类,转座过,程,程发生,和,和机制,转座子,转,转座的,特,特征,真核生,物,物的转,座,座因子,第六章DNA的重,组,组与转,座,座,重组和,突,突变是,产,产生遗,传,传变异,的,的两大,主,主要因,素,素，但,二,二者的,分,分子机,制,制截然,不,不同：,重,重组是,已,已经存,在,在的遗,传,传信息,发,发生重,排,排，而,突,突变是,改,改变基,因,因组中,的,的碱基,。,。但二,者,者在分,子,子机制,上,上又是,相,相互影,响,响的。,一,概,概念,DNA,分,分子内或,分,分子间发,生,生遗传信,息,息的重新,组,组合称为,DNA的,重,重组(,遗传重组,或,或基因重,排,排)。,第一节DNA,的,的重组,二 DNA重组的,意,意义,对生物进,化,化起着关,键,键作用。,能,能迅速增,加,加群体的,遗,遗传多样,性,性(diversity)，使有利,突,突变与不,利,利突变分,开,开，通过,优,优化组合,积,积累有意,义,义的遗传,信,信息；提,供,供修复机,制,制；调节,基,基因表达,等,等。,三 重,组,组主要类,型,型,1 同源,重,重组,2 特异,位,位点重组,3 异常,重,重组,其共同点,是,是双股DNA间的,物,物质交换,，,，但发生,的,的情况不,同,同,。,1 同,源,源重组,发生在,同,同源序列,间,间的重组,称,称为同源,重,重组,(homologousrecombination)，,又称基本,重,重组。,是最基本,的,的DNA,重,重组方式,，,，通过链,的,的断裂和,再,再连接，,在,在两个DNA分子,同,同源序列,间,间进行单,链,链或双链,片,片段的交,换,换。,Holliday,重,重,组,组,模,模,型,型,RobinHolliday,于1964,年,年,提,提,出,出,了,了,重,重,组,组,的,的,杂,杂,合,合DNA,模,模,型,型,，,，,又,又,称,称Holliday,模,模,型,型,。,。,该,该,模,模,型,型,对,对,重,重,组,组,过,过,程,程,的,的,解,解,释,释,如,如,下,下,：,：,同,源,源,的,的,非,非,姐,姐,妹,妹,染,染,色,色,单,单,体,体,联,联,会,会,；,；,同,源,源,非,非,姐,姐,妹,妹,染,染,色,色,单,单,体,体DNA,中,中,两,两,个,个方,向,向相,同,同,的,的,单,单,链,链,，,，,在,在DNA,内,内,切,切,酶,酶,的,的,作,作,用,用,下,下,，,，,在,在,相,相,同,同,位,位,置,置,同,同,时,时,切,切,开,开,；,；,切开的单链,交,交换重接;,形成交联桥,结,结构；,交联桥沿配,对,对DNA分,子,子“移动”,。,。两个亲本DNA分子,间,间造成一大,段,段异源双链DNA,（Holliday,结,结构）,绕交联桥旋,转,转180度,；,；,形成Holliday,异,异构体；,通过两种方,式,式之一切断DNA单链,，,，若左右切,，,，则形成非,重,重组体，若,上,上下切则形,成,成重组体。,片段重组体,拼接重组体,无论Holliday,结,结构断裂是,否,否导致旁侧,遗,遗传标记的,重,重组，他们,都,都含有一个,异,异源双链DNA区。,异源双链,与,与基因转变,异源双链DNA,：,由不同亲本,双,双链分子中,的,的互补单链,产,产生碱基配,对,对的双链DNA，在遗,传,传重组中产,生,生。,基因转变：,一,一个基因转,变,变为它的等,位,位基因的遗,传,传学现象。,基因转变的,实,实质：重组过程中,留,留下的局部,异,异源双链区,，,，在细胞内,的,的修复系统,识,识别下不同,的,的酶切/不,酶,酶切产生的,结,结果。不同,的,的切除会产,生,生不同的结,果,果。,细菌的基因,转,转移与重组,机,机制,细菌接合：指通过细菌,细,细胞的直接,接,接触，遗传,信,信息从供体,单,单向转移到,受,受体的过程,。,。,致育因子：,能,能够促使染,色,色体基因转,移,移的接合质,粒,粒称为致育,因,因子。简称,性,性因子或F,因,因子。,转化(transformation)：指细菌品系,吸,吸收了外源DNA(转,化,化因子)而,发,发生遗传性,状,状改变的现,象,象。,具有摄取环,境,境中游离DNA分子能,力,力的细菌称,为,为感受态细,胞,胞(competent cell)。,有些细菌在,自,自然条件下,就,就可成为感,受,受态；,在实,验,验室,也,也可,用,用高,浓,浓度Ca2+,诱,诱导,细,细菌,成,成为,感,感受,态,态。,转导,作,作用:当病,毒,毒从,被,被感,染,染的,供,供体,细,细胞,释,释放,出,出来,再,次,次感,染,染另,一,一细,胞,胞时,发,生,生在,供,供体,细,细胞,和,和受,体,体细,胞,胞之,间,间的DNA转,移,移及,基,基因,重,重组.,整合,细菌,的,的融,合,合,(transduction),：细,菌,菌细,胞,胞膜,融,融合,导,导致,的,的基,因,因转,移,移和,重,重组,叫,叫细,胞,胞融,合,合。,同,源,源,重,重,组,组,的,的,酶,酶,学,学,机,机,制,制,DNA,分,分,子,子,之,之,间,间,的,的,交,交,换,换,仅,仅,涉,涉,及,及DNA,分,分,子,子,重,重,组,组,机,机,制,制,和,和,限,限,制,制,区,区,域,域,的,的,这,这,一,一,部,部,分,分,，,，,而,而,不,不,是,是,整,整,个,个,染,染,色,色,体,体,。,。,有,三,三,种,种,情,情,况,况:,由,断,断,裂,裂,分,分,子,子,产,产,生,生,的,的,单,单,链,链,与,与,非,非,姊,姊,妹,妹,染,染,色,色,单,单,体,体,的,的,双,双,链,链,相,相,互,互,作,作,用,用,；,；,单,链,链,侵,侵,入,入,双,双,链,链,异,源,源,双,双,链,链,结,结,构,构,的,的,形,形,成,成。,以,上,上,每,每,一,一,步,步,都,都,需,需,要,要,酶,酶,的,的,催,催,化,化,Chi,位,位,点,点,和,和RecBCD,核,核,酸,酸,酶,酶,(,外,外,切,切,酶,酶),Chi,位,点,点,：,：,它,由,由,于,于,单,单,个,个,碱,碱,基,基,对,对,的,的,改,改,变,变,产,产,生,生,了,了,刺,刺,激,激,重,重,组,组,的,的,位,位,点,点,。,。,这,这,一,一,位,位,点,点,是,是,由,由8,个,个,碱,碱,基,基,组,组,成,成,的,的,非,非,对,对,称,称,序,序,列,列,：,：,5GCTGGTGG 3,3CGACCACC 5,由断裂,分,分子产,生,生的单,链,链与非,姊,姊妹染,色,色单体,的,的双链,相,相互作,用,用,Chi,序列天,然,然存在,于,于大肠,杆,杆菌的DNA,中,中,每5-10kb,长,长的序,列,列出现,一,一次.,Chi,位点是,recBCD,编码的,RecBCD,核,核酸酶,的靶序,列,列,RecBCD,酶,酶,是一种,强,强的核,酸,酸酶，,可,可降解DNA,，,，,具有解,旋,旋酶活,性,性，在SSB,存,存在时,它,它可以,解,解开双,链,链；,具有ATP,as,e活性,。,。在重,组,组中的,作,作用是,提,提供带,有,有游离,端,端的单,链,链区。,当RecBCD结合,在,在DNA,Chi,位点右,侧,侧的短,裂,裂端时,，,，它沿,着,着DNA移动,，,，使DNA解,旋,旋。当,到,到达,Chi,位点,3端4-6pb,时它停,顿,顿下来,，,，并切,开,开单链DNA,产生,具,具有,3端,的,的游离,单,单链.,引,引发异,源,源双链,的,的形成.,Chi,位点的,识,识别导,致,致RecBCD核酸,酶,酶失去,的,的活性,，,，但继,续,续发挥,其,其解旋,酶,酶的作,用,用。,RceA蛋白有两个,主,主要功,能,能：,诱发SOS反,应,应；,促进DNA单,链,链的同,化,化,即,单,单链与,同,同源双,链,链发生,链,链的交,换,换。,RecA能使,单,单链DNA取,代,代双链,分,分子中,同,同源的,链,链，一,般,般要具,备,备三个,条,条件：,其中,一,一个DNA分,子,子必须,要,要有一,个,个单链,区,区域；,其中,一,一个DNA分,子,子必须,要,要有一,个,个游离,的,的3,末,末端；,此单,链,链区域,和,和3,末,末端必,须,须和另,一,一个DNA分,子,子有互,补,补区。,单链,侵,侵入双,链,链,RecA蛋,白,白与Holliday 中,间,间体的,形,形成,RecA蛋,白,白与单,链,链DNA结合,；,；,复合物,与,与同源,双,双链DNA结,合,合；,入侵单,链,链与双,链,链中互,补,补链配,对,对，同,源,源链被,转,转换出,来,来,RuvA,和,RuvB,蛋白可,促,促进异,源,源双链,结,结构的,形,形成。RuvA可识,别,别Holliday,连,连接的,结,结构,形,形成一,个,个四面,构,构象,促,促进分,支,支点移,动,动；RuvB,是,是一种,解,解旋酶,，,，它可,发,发动迁,移,移反应,。,。RuvC将,Holliday,中,中间体,切,切开,由,由,DNA,聚,聚合酶,和,和连接,酶,酶修复,合,合成.,异源双,链,链结构,的,的形成,Ruv,蛋,蛋白和Holliday,中,中间体,的,的拆分,大肠杆菌中涉及产生重组,DNA,的重组基因,基因,功能,RecBCD,系统,具有核酸酶，解旋酶和,ATPase,活性。在,Chi,位点产生单链,3,游离未端,RecB,RecC,RecD,RecBCD,是,ATP,依赖的外切酶和解旋酶,(,外切酶,V),，它与双链断口结合，解开,DNA,并导入裂口，其倾向性位点称为,chi(,参见重组热点,),。,RecBCD,酶产生,RecA,可以作用的底物,RceA,(1),具有蛋白酶活性,;(2),在单链,DNA,和,ATP,存在的条件下,RecA,能启动,DNA,单链和与之互补的双链分子进行碱基配对。,RceG,具有解旋酶活性，可解离,Hollidy,连接,RuvAB,系统,具有解离,Hollidy,连接的活性,RuvA,可识别,Holliday,连接的结构,RuvB,是一种,ATPase,，它可发动迁移反应,RuvC,具有内切酶活性，可特异识别,Hollidy,分枝，它在体外可切这个连接体，解离重组中间体,2,特,特异位,点,点重组,概念：,指,指发生,在,在一个,特,特定的,短,短DNA序列,内,内由特,异,异的酶,和,和辅助,因,因子识,别,别和作,用,用的重,组,组。,噬菌体DNA进入大,肠,肠杆菌后存,在,在溶源,(C占优,势,势),和裂解,(Cro占,优,优势),两条途经，,二,二者都要求,早,早期基因的,表,表达。,噬菌体的附,着,着位点:,att,P,细菌的附着,位,位点：,att,B,噬菌体整,合,合酶：Int,噬菌体编,码,码蛋白：Xis,细菌的宿主,整,整合因子：IHF,噬菌体DNA的整,合,合与切除,细菌的特,异,异位点重组,鼠伤寒沙门,氏,氏菌H1鞭,毛,毛蛋白和H2鞭毛蛋白,抗,抗原表达的,互,互变，称为,鞭,鞭毛相转变,，,，这种转变,是,是由H片段倒位决定的，此,倒,倒位是由于,特,特异重组位,点,点,hix,发生重组后,引,引起的。,特异重组位,点,点,hix,发生重组后,，,，引起H片,段,段倒位，使H2鞭毛蛋,白,白不表达，H1表达。,基本概念,转座子,（transposon):,是在基因组,中,中可移动的,一,一段,序,序列。,转座：转座,子,子,由基因组的,一,一个位置转,移,移到另一个,位