第16章-遗传重组

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,*,第十六章 遗传重组,重点和难点,遗传重组的类型,同源重组的分子机制,细菌的同源重组,转座遗传因子及其遗传效应,第一节 遗传重组的类型,普遍性或同源重组,(homologous recombination),指,DNA,配对和重组的蛋白质因子,无碱基序列的特异性,重组就可以在此序列的任何一点发生,如真核生物的在减数分裂、细菌转化、转导、接合以及某些病毒的重组等,2.,位点专一性重组,(site-specific recombination),这类重组依赖于小范围的同源序列的联会,重组事件只涉及特定位置的短同源区或是特定的碱基序列之间,噬菌体,DNA,通过其,att,P,位点和,E coli,DNA,的,att,B,位点之间的专一性重组而实现整合过程,3.,异常重组,(illegitimate recombination),完全不依赖于序列间的同源性而使一段,DNA,序列插入另一段中,重组分子形成依赖于,DNA,复制而完成重组过程,转座子在基因中的转座既不依赖于转座子,DNA,序列与插入区段,DNA,序列区段的同源性，又不需要,RecA,蛋白的参与，只依赖转座区域,DNA,复制和转座有关的酶而完成重组,第二节 同源重组的分子机制,一、异源双链的断裂与重接,In 1961,M.Meselson,&,J.Weigle,provided evidence in,lamda,phage.,13,C,14,N,12,C,14,N,Mitchell,发现吡哆醇合成有关的突变基因,pdxp,：,需添加,吡哆醇,才能生长，对,pH,值敏感，改变酸度后，可以不添加,吡哆醇,pdx,：,属吡哆醇依赖型突变，但对酸度不敏感,。,pdxp,和,pdx,位于同一染色体上,二、基因转变及其分子机制,1,、异常分离与基因转变,为什么未能检测到,(,pdx,pdxp,),，,原因何在？,(,突变是不可能的,(,出现频率高,),双突变能够检出,),+,pdxp,pdx,+,杂交，其中4个子囊的结果,这种由一个基因转变为它的等位基因异常现象，称为基因转变,(gene conversion),2,、基因转变的类型,减数分裂的,4,个产物中，有一个产物发生基因转变，表现,6,：,2(,或,2,：,6),子囊，称染色单体转变,5,：,3(,或,3,：,5),或,3,：,1,：,1,：,3,的子囊，则表明减数分裂的,4,个产物中，有一个或两个产物一半出现基因转变，,称半染色单体转变,因为,5,：,3,和,3,：,1,：,1,：,3,的分离中，基因转变只影响半个染色单体，分离发生在减数分裂后的有丝分裂中，,所以叫做减数后分离,(post-meiotic segregation),半染色单体转变或减数后分裂,基因转变的两个特点：,显示,5,：,3,和,6,：,2,分离的子囊中，大约有,30,也在,g,座位的这边或那边发生重组,有基因转变的子囊中，基因转变和遗传重组都发生在同样两个单体的子囊比例竟高达,90,，基因转变跟遗传重组是有关的,三、同源重组的分子模型,Holliday,模型,异源或杂种,DNA,模型,(,heteroduplex,or hybrid DNA model),同源的非姊妹染色单体联会,对同源非姊妹染色单体,DNA,中，两个方向相同的单链，在内切酶作用下，在相同位置同时形成缺口,形成交联桥结构,(cross-bridged structure),交联桥的位置可以靠拉链式活动沿着配对,DNA,分子移动,绕,交联旋转,180,o,形成,Holliday,结构异构体,通过两种方式之一切断,DNA,单链，恢复两个线性,DNA,分子,由此可见，不管,Holliday,结构断裂是否导致旁侧遗传标记的重组，它们都含有一个异源双链,DNA,区(由,G-C,、,A-T,配对变为,G-A,、,C-T,配对),非重组体,(AB/,ab,),重组体,(,Ab/aB,),对不相称的碱基对,G-C,修复,不相称的碱基对,G-A,的修复，由于切去的区段的不同，或者在染色单体中形成一个野生型基因,(+),，或者在染色单体中形成一个突变型基因,(g),两个杂种分子都校正到,杂种分子校正,两个杂种分子都未校正,一个杂种分子校正到,四、,Meselson-Radding,模型,1 A +B,2 A +B,3 a +/g b,4 a g b,三,型,(5:3),1 A +B,2 A +/g B,3 a +b,4 a g b,四型,(5:3),根据,Holliday,模型，三型子囊和四型子囊应该是相等,排列方式：三型属连续排列：,+,ggg,；,四型属不连续排列：,+,g+gg,子囊菌,基因,+:g,三型,四型,四,型,3,：,5,/g,g,g,+/g,g,g,5,：,3,/g,/g,g,g,实得数目,Sordaria,fimicola,灰色孢子,5,：,3,313,165,35,3,：,5,204,66,24,Sordaria,brevicolia,淡,黄色孢子,5,：,3,83,3,3,3,：,5,50,1,Ascobolus,immersus,/7,5,：,3,21,0,2,3,：,5,32,1,各种子囊菌中的三型和四型子囊数,结果可知：,三型子囊数目显著多于四型,。原因何在？,Meslson-Radding,模型,(1975),：,切断,(nicking),链置换,(strand,dispacement,),单链侵入,(single invasion),链切除,(chain removal),链同化,(strand assimilation),（,分开形成三型结构）,异构化,(,isomerization,),分支迁移,(branch migration),（,通过异构化，产生,Holiday,结构形成四型结构）,第三节 细菌的同源重组,细菌重组的特点,细菌的接合、转化以及转导重组都是同源重组，而且这种重组是发生在一个完整的环状双螺旋,DNA,分子与一个双链或单链,DNA,片段之间,大肠杆菌的重组必须有,recA,、,recB,和,recC,3,种基因作用，它们编码,RecA,和,RecBC,蛋白质,二、细菌转化的重组机制,形成异源双链区：如果供体,DNA,切除，则无重组发生；如果受体,DNA,切除，产生重组体,转化频率的高低与校正切除,DNA,是受体还是供体关系密切,第四节 位点专一性重组,DNA,上,attP,(P,、,O,、,P)240bp,E coli,上,attB,或,att,(B,、,O,、,B)25bp,，,处于,gal,和,bio,之间,attL,(B,、,O,、,P),attR,(B,、,O,、,P),BOB(,细菌,)+POP(,),BOP-POB(,原,噬菌体,),Int,IHF,(integrase,host factor),BOB(,细菌,),+,POP(,),BOP-POB(,原,噬菌体,),Int+Xis,IHF,O,为核心序列，,15bp,，,富含,AT,，,无回纹对称,第四节 转座遗传因子,细胞中能改变自身位置的一段,DNA,顺序，叫做转座遗传因子,(transposable genetic element),，或简称转座因子,Ds-Ac,系统,McClintock,在,玉米中发现的转座因子除了具有转座的特性以外，还具有调节其他基因的作用，所以称之为控制因子,(Controlling elements),控制因子,解离因子,(Ds,，,dissociation),激活因子,(Ac,，,activator),它的存在可使染色体在近旁断裂的机会大大增加，并因此改变邻近基因的表型效应,Ac,的存在可以解除,Ds,对,C,的抑制作用，从而使色素基因,C,得以表达,原核生物中的转座因子,中间是由两个颠倒的重复序列,(IR,，,inverted repeat),形成，也是一对插入序列,(IS,，,inserted sequence),整个质粒,转座子,(,transposon,，,Tn,),转移功能基因,(resistance-transfer functional(RTF)genes),IR,基因，如抗性基因等,转座机理,转座以后原来位置上的转座子保持不变；,新位置上的转座子的两侧出现正向的重复序列；,转座过程中出现共联体,一个合理的转座机制的模型需要说明下列现象：,Shapio(1973),提出了一个,Tn3,的转座模型：,1,、切开：,Tn3,转座酶具两种功能即：识别受体质粒上的靶序列并在其两侧造成切口；识别自身两边的反向重复序列，并在3端切开,2,、连接：供体和受体结合成为共联体，即两个或两个以上的复制子通过共价键连接起来的一个复制子,3,、复制：由,DNA,聚合酶修补缺口，并由连接酶连接,4,、重组：在特定位点进行重组，结果共联体分离形成两部分，一个是原来含有转座子的序列，另一个是通过转座插入了转座子的序列,转座子的遗传效应,引起插入突变；插入位置出现新基因；原来位置上保持有原有的转座子；改变染色体的结构，如倒位、缺失等；调节基因活动的开关；增加同源序列的整合；增加新的变异，有利于进化,总 结,名词解释：基因转变（染色单体转变和半染色单体转变）,遗传重组的类型,转座子的遗传效应,