第35章DNA重組

1、2022-5-51基因重組基因重組Chapter35 DNAChapter35 DNA的重組的重組Genetic recombinationGenetic recombination2022-5-52 DNA DNA重組的幾種類型及其主要特點(diǎn)重組的幾種類型及其主要特點(diǎn) 了解了解HollidayHolliday模型模型 細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移的幾種方式細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移的幾種方式 轉(zhuǎn)座重組及其生物學(xué)意義轉(zhuǎn)座重組及其生物學(xué)意義2022-5-53DNADNA重組重組（、 genetic recombinationgenetic recombination gene rearrangenmentgene rearra

2、ngenment） DNADNA分子內(nèi)或分子間遺傳信息的重新組合分子內(nèi)或分子間遺傳信息的重新組合 DNA DNA片段在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間，甚至在不同物種之間進(jìn)行片段在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間，甚至在不同物種之間進(jìn)行交換，交換后的片段仍然具有復(fù)制和表達(dá)的功能交換，交換后的片段仍然具有復(fù)制和表達(dá)的功能 意義：迅速增加群體遺傳多樣性、區(qū)分有利、不利突變、意義：迅速增加群體遺傳多樣性、區(qū)分有利、不利突變、 通過優(yōu)化組合積累有意義的遺傳信息通過優(yōu)化組合積累有意義的遺傳信息 參與許多重要的生物學(xué)過程參與許多重要的生物學(xué)過程 （438438頁(yè)）頁(yè)） 自然界自然界基因轉(zhuǎn)移、重組：基因轉(zhuǎn)移、重組：基因變異、物種進(jìn)化的基礎(chǔ)基因

3、變異、物種進(jìn)化的基礎(chǔ)繁殖、病毒感染、基因表達(dá)、癌基因激活等過程中起重要的作用繁殖、病毒感染、基因表達(dá)、癌基因激活等過程中起重要的作用2022-5-54一、一、DNADNA的重組的分類的重組的分類 同源重組（同源重組（homologous recombinationhomologous recombination） 特異位點(diǎn)重組（特異位點(diǎn)重組（site-specific site-specific ） 轉(zhuǎn)座重組（轉(zhuǎn)座重組（transpositional transpositional ）2022-5-55二、同源重組二、同源重組 兩條同源區(qū)的兩條同源區(qū)的DNADNA分子，通過配對(duì)、鏈的斷裂和再連

4、接分子，通過配對(duì)、鏈的斷裂和再連接 產(chǎn)生片段交換（產(chǎn)生片段交換（crossing overcrossing over）的過程）的過程 一般性重組（一般性重組（general recombinationgeneral recombination）兩個(gè)染色體或兩個(gè)染色體或DNADNA分子分子相互交換對(duì)等部分相互交換對(duì)等部分的過程的過程 雙倍體真核生物：雙倍體真核生物：減數(shù)分裂，非姐妹染色單體交換相對(duì)應(yīng)減數(shù)分裂，非姐妹染色單體交換相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，產(chǎn)生的單倍體配子包含父母本兩方的遺傳信息的區(qū)域，產(chǎn)生的單倍體配子包含父母本兩方的遺傳信息 2022-5-562022-5-572022-5-58（一）（一）H

5、ollidayHolliday模型模型 遺傳重組的分子基礎(chǔ)遺傳重組的分子基礎(chǔ)1 1、Holliday Holliday 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 4 4條單鏈形成條單鏈形成HollidayHolliday結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2 2、關(guān)鍵步驟、關(guān)鍵步驟 1 1）兩個(gè)同源染色體）兩個(gè)同源染色體DNADNA排列整齊排列整齊 2 2）DNADNA的一條鏈切斷并與另一個(gè)的一條鏈切斷并與另一個(gè)DNADNA對(duì)對(duì) 應(yīng)的鏈連接應(yīng)的鏈連接3 3）通過分支移動(dòng)產(chǎn)生異源雙鏈）通過分支移動(dòng)產(chǎn)生異源雙鏈DNA DNA 4 4）HollidayHolliday中間體切開并修復(fù)，形成兩中間體切開并修復(fù)，形成兩 個(gè)雙鏈重組體個(gè)雙鏈重組體DNA DNA

6、2022-5-592022-5-5102022-5-511Holliday中間體2022-5-512Meselson M Radding CMeselson M Radding C修正修正雙鏈斷裂啟動(dòng)重組雙鏈斷裂啟動(dòng)重組啟動(dòng)減數(shù)分裂啟動(dòng)減數(shù)分裂 2022-5-5133 3、功能：、功能： 1 1）維持種群的遺傳多樣性）維持種群的遺傳多樣性 2 2）有助于）有助于DNADNA的損傷修復(fù)的損傷修復(fù) 3 3）真核生物減數(shù)分裂中染色體正確分離到子細(xì)胞）真核生物減數(shù)分裂中染色體正確分離到子細(xì)胞2022-5-514( (二二) ) 細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組 1 1、結(jié)合作用、結(jié)合作用con

7、jugationconjugation結(jié)合作用：結(jié)合作用：質(zhì)粒質(zhì)粒DNADNA從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至另一個(gè)細(xì)胞從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至另一個(gè)細(xì)胞 致育因子（致育因子（F F因子）因子）通過結(jié)合作用由通過結(jié)合作用由F F+ +細(xì)胞向細(xì)胞向F F- -細(xì)胞轉(zhuǎn)移，細(xì)胞轉(zhuǎn)移，F(xiàn) F質(zhì)粒約質(zhì)粒約1/31/3的基因與轉(zhuǎn)移有關(guān)，的基因與轉(zhuǎn)移有關(guān)，traStraS和和traTtraT基因編碼表面排斥蛋白，阻止基因編碼表面排斥蛋白，阻止F F+ +細(xì)胞細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)移，之間的轉(zhuǎn)移，F(xiàn) F+ +細(xì)胞的性菌毛與細(xì)胞的性菌毛與F F- -細(xì)胞結(jié)合后收縮，使二者靠近，細(xì)胞結(jié)合后收縮，使二者靠近，TraDTraD蛋蛋白構(gòu)

8、成轉(zhuǎn)移的通道，在白構(gòu)成轉(zhuǎn)移的通道，在TraITraI在在TraYTraY的幫助下結(jié)合到轉(zhuǎn)移起點(diǎn)的幫助下結(jié)合到轉(zhuǎn)移起點(diǎn)oriToriT上，切上，切開一條鏈，使其開一條鏈，使其5 5端進(jìn)入受體細(xì)胞，并合成其互補(bǔ)鏈，使端進(jìn)入受體細(xì)胞，并合成其互補(bǔ)鏈，使F F- -細(xì)胞轉(zhuǎn)化為細(xì)胞轉(zhuǎn)化為F F+ +細(xì)胞，給體細(xì)胞中的單鏈也可以合成互補(bǔ)鏈。細(xì)胞，給體細(xì)胞中的單鏈也可以合成互補(bǔ)鏈。2022-5-515 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DNADNA從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至另一細(xì)胞（細(xì)菌）的從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至另一細(xì)胞（細(xì)菌）的DNADNA轉(zhuǎn)移稱為轉(zhuǎn)移

9、稱為2022-5-5162022-5-5172022-5-518 在細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移的不同在細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移的不同時(shí)間將配對(duì)細(xì)胞分開，可以時(shí)間將配對(duì)細(xì)胞分開，可以確定基因在染色體上的位置。確定基因在染色體上的位置。F F質(zhì)粒質(zhì)粒DNADNA可以通過重組整合可以通過重組整合到受體的染色體中，使受體到受體的染色體中，使受體菌成為高頻重組（菌成為高頻重組（Hrf)Hrf)菌株，菌株，若若F F質(zhì)粒的質(zhì)粒的DNADNA未能完整地進(jìn)未能完整地進(jìn)入受體菌，則受體菌不能轉(zhuǎn)入受體菌，則受體菌不能轉(zhuǎn)化為化為F F+ +, F, F質(zhì)粒的質(zhì)粒的DNADNA可以被可以被切割出來(lái)，有時(shí)可攜帶宿主切割出來(lái)，有時(shí)可攜帶宿主菌的染

10、色體菌的染色體DNADNA，稱作，稱作F F因子，因子， F F因子攜帶的基因可在受體因子攜帶的基因可在受體菌表達(dá)。菌表達(dá)。2022-5-519大腸桿菌染色體大腸桿菌染色體的基因圖的基因圖自然條件下感受態(tài)的形成自然條件下感受態(tài)的形成需要需要1010多種蛋白質(zhì)參與多種蛋白質(zhì)參與 通過自動(dòng)獲取或人為地供給外通過自動(dòng)獲取或人為地供給外源源DNADNA，使細(xì)胞或培養(yǎng)的受體細(xì)胞獲，使細(xì)胞或培養(yǎng)的受體細(xì)胞獲得新的遺傳表型的過程得新的遺傳表型的過程轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化2 2、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化 transformationtransformation實(shí)驗(yàn)室：實(shí)驗(yàn)室：高濃度的高濃度的CaCa2+2+處理使細(xì)處理使細(xì)菌形成感受態(tài)菌

11、形成感受態(tài)2022-5-520分離DNA SH 型肺炎雙球菌 RH 型肺炎雙球菌2022-5-521普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：宿主菌任意部位的基因取代噬菌體宿主菌任意部位的基因取代噬菌體DNADNA的一的一 部分轉(zhuǎn)入受體菌部分轉(zhuǎn)入受體菌3 3、轉(zhuǎn)導(dǎo)作用、轉(zhuǎn)導(dǎo)作用 transductiontransduction通過噬菌體將細(xì)菌基因從供體菌轉(zhuǎn)移到受體菌通過噬菌體將細(xì)菌基因從供體菌轉(zhuǎn)移到受體菌限制性轉(zhuǎn)導(dǎo)：限制性轉(zhuǎn)導(dǎo)：宿主整合部位的宿主整合部位的DNADNA取代噬菌體的部分取代噬菌體的部分 DNADNA 進(jìn)入受體菌的基因與染色體重組進(jìn)入受體菌的基因與染色體重組2022-5-522噬菌體的噬菌體的基因重

12、組基因重組2022-5-523 當(dāng)病毒從被感染的細(xì)胞（供體）釋放出來(lái)，再次感當(dāng)病毒從被感染的細(xì)胞（供體）釋放出來(lái)，再次感染另一細(xì)胞（受體）時(shí)，發(fā)生在供體細(xì)胞與受體細(xì)胞之染另一細(xì)胞（受體）時(shí)，發(fā)生在供體細(xì)胞與受體細(xì)胞之間的間的DNADNA轉(zhuǎn)移及基因重組轉(zhuǎn)移及基因重組2022-5-5242022-5-5252022-5-5264 4、細(xì)胞融合、細(xì)胞融合細(xì)胞質(zhì)膜融合導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)移、重組細(xì)胞質(zhì)膜融合導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)移、重組實(shí)驗(yàn)室：實(shí)驗(yàn)室：溶菌酶除細(xì)菌細(xì)胞壁，人工促使溶菌酶除細(xì)菌細(xì)胞壁，人工促使原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合，引，引 起廣泛的重組。起廣泛的重組。2022-5-527RecARecA蛋白：蛋白：多功能蛋

13、白多功能蛋白1.NTP1.NTP酶活性：酶活性：存在單鏈存在單鏈DNADNA時(shí)，時(shí)， RecARecA具水解具水解ATP/dATPATP/dATP活性，促活性，促 進(jìn)聯(lián)會(huì)進(jìn)聯(lián)會(huì)2.2.單鏈單鏈DNADNA結(jié)合活性：結(jié)合活性：RecARecA蛋白與單鏈蛋白與單鏈DNADNA形成絲狀復(fù)合物，使形成絲狀復(fù)合物，使 其免受核酸酶攻擊其免受核酸酶攻擊3.DNA3.DNA解旋活性：解旋活性：?jiǎn)捂溓锌谔幗忾_雙螺旋單鏈切口處解開雙螺旋4. 4. DNADNA分子間聯(lián)會(huì)分子間聯(lián)會(huì): :部分單鏈部分單鏈DNADNA區(qū)區(qū)( (三三) ) 重組有關(guān)的酶重組有關(guān)的酶 2022-5-528溶解酶溶解酶（Resolvase

14、Resolvase）活性活性斷裂斷裂HollidayHolliday結(jié)構(gòu)的交聯(lián)橋，完成重組結(jié)構(gòu)的交聯(lián)橋，完成重組RecBCDRecBCD：2022-5-529依賴依賴RecBCDRecBCD起始的重組模型起始的重組模型: : RecBCD RecBCD有依賴有依賴ATPATP的核的核酸外切酶、核酸內(nèi)切酶和解酸外切酶、核酸內(nèi)切酶和解螺旋酶活性，當(dāng)螺旋酶活性，當(dāng)DNADNA斷裂時(shí)，斷裂時(shí)，它結(jié)合在其游離端，使其解它結(jié)合在其游離端，使其解旋并降解，直至酶移動(dòng)到旋并降解，直至酶移動(dòng)到chichi位點(diǎn)（位點(diǎn)（GCTGGTGG)GCTGGTGG)，在其，在其3 3側(cè)側(cè)4-64-6核苷酸處將鏈切斷，核苷酸處

15、將鏈切斷，產(chǎn)生產(chǎn)生3 3游離單鏈，隨后單游離單鏈，隨后單鏈與鏈與RecARecA結(jié)合，開始同源區(qū)結(jié)合，開始同源區(qū)重組。重組。2022-5-530RecARecA蛋白的絲狀聚合體蛋白的絲狀聚合體與與DNADNA的相互作用的相互作用RecARecA蛋白的帶狀圖解蛋白的帶狀圖解 RecA RecA蛋白的絲狀聚合體，每一蛋白的絲狀聚合體，每一圈螺旋由圈螺旋由6 6個(gè)個(gè)RecARecA蛋白單體構(gòu)成，蛋白單體構(gòu)成，其中一個(gè)單體由紅色標(biāo)出。其中一個(gè)單體由紅色標(biāo)出。2022-5-531RecARecA蛋白引蛋白引起起DNADNA同源同源重組的模型重組的模型2022-5-532 在大腸桿菌中由在大腸桿菌中由Ru

16、vA,RuvBRuvA,RuvB和和RuvCRuvC蛋白參與的蛋白參與的同源重組。同源重組。 （a a） RuvARuvA四聚體的圖解。四個(gè)亞基形成的四聚體的圖解。四個(gè)亞基形成的結(jié)構(gòu)像四個(gè)花瓣的花。結(jié)構(gòu)像四個(gè)花瓣的花。 （b b） RuvA/RuvBRuvA/RuvB的作用：的作用： （左）（左）RuvARuvA四聚體結(jié)合到四聚體結(jié)合到HollidayHolliday位點(diǎn)；位點(diǎn)； （中）（中）RuvBRuvB六聚體結(jié)合到雜合雙螺旋的兩對(duì)六聚體結(jié)合到雜合雙螺旋的兩對(duì)面，面，DNADNA穿過其中心，穿過其中心， RuvBRuvB六聚體的作用像馬達(dá)，六聚體的作用像馬達(dá)，促進(jìn)超螺旋分叉點(diǎn)通過復(fù)合體移動(dòng)

17、。促進(jìn)超螺旋分叉點(diǎn)通過復(fù)合體移動(dòng)。 （右）（右）RuvCRuvC結(jié)合到結(jié)合到HollidayHolliday位點(diǎn)，由其核酸位點(diǎn)，由其核酸酶活性切斷核酸鏈，切割位點(diǎn)由剪切體辨認(rèn)。酶活性切斷核酸鏈，切割位點(diǎn)由剪切體辨認(rèn)。 （c c） RuvARuvA四聚體的電荷分布，藍(lán)色表示正四聚體的電荷分布，藍(lán)色表示正電荷，紅色表示負(fù)電荷，注意正電荷位于四聚體電荷，紅色表示負(fù)電荷，注意正電荷位于四聚體的表面，有四個(gè)負(fù)電荷區(qū)域位于其中心。的表面，有四個(gè)負(fù)電荷區(qū)域位于其中心。 （d d） 假設(shè)的假設(shè)的RuvARuvA四聚體與四聚體與HollidayHolliday位點(diǎn)結(jié)位點(diǎn)結(jié)合的結(jié)構(gòu)模型。合的結(jié)構(gòu)模型。2022-5

18、-533三、特異位點(diǎn)重組三、特異位點(diǎn)重組 原核生物中，有時(shí)基因重組依賴于原核生物中，有時(shí)基因重組依賴于小范圍的同源序列的聯(lián)會(huì)，重組只限于小范圍的同源序列的聯(lián)會(huì)，重組只限于該小范圍內(nèi)，只涉及特定位點(diǎn)的同源區(qū)，該小范圍內(nèi)，只涉及特定位點(diǎn)的同源區(qū)，這類重組稱作這類重組稱作 由整合酶催化，在兩個(gè)由整合酶催化，在兩個(gè)DNADNA序列的特序列的特異位點(diǎn)間發(fā)生的整合異位點(diǎn)間發(fā)生的整合2022-5-5341 1、噬菌體噬菌體DNADNA的整合與切除的整合與切除 噬菌體的整合酶識(shí)別噬菌體噬菌體的整合酶識(shí)別噬菌體DNADNA和宿主染和宿主染色體的特異靶位點(diǎn)，而后發(fā)生的選擇性整合色體的特異靶位點(diǎn)，而后發(fā)生的選擇性整

19、合2022-5-535 通過通過attPattP和和attBattB間的相互重組，環(huán)狀的噬菌體間的相互重組，環(huán)狀的噬菌體DNADNA轉(zhuǎn)換為整合的原噬轉(zhuǎn)換為整合的原噬菌體，原噬菌體通過菌體，原噬菌體通過attLattL和和attRattR間的相互重組而切除間的相互重組而切除2022-5-5362 2、細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組、細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組沙門氏菌兩種鞭毛沙門氏菌兩種鞭毛蛋白表達(dá)的調(diào)控蛋白表達(dá)的調(diào)控2022-5-5373 3、免疫球蛋白基因的重組、免疫球蛋白基因的重組IgGIgG的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)2022-5-538（1）（2）（3）（4）（5）2022-5-539重組位點(diǎn)有重組位點(diǎn)有7 7和和

20、9nt9nt的信號(hào)序列的信號(hào)序列, ,中間間隔中間間隔1212或或23bp23bp。2022-5-540免疫球蛋白基因重組的模型免疫球蛋白基因重組的模型重組酶（重組酶（RAC1/RAC2)RAC1/RAC2)復(fù)合體與重組信號(hào)復(fù)合體與重組信號(hào)序列結(jié)合序列結(jié)合復(fù)合體使編碼序列與重復(fù)合體使編碼序列與重組信號(hào)序列之間的雙連組信號(hào)序列之間的雙連斷裂，編碼序列的末端斷裂，編碼序列的末端形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。重組信重組信號(hào)序列號(hào)序列結(jié)合形結(jié)合形成環(huán)狀成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。編碼序列連接前經(jīng)過加編碼序列連接前經(jīng)過加工，連接位點(diǎn)不十分確工，連接位點(diǎn)不十分確定，增加了免疫球蛋白定，增加了免疫球蛋白的多樣性。的多樣

21、性。DNADNA依賴性依賴性蛋白激酶蛋白激酶(DNA-PK)(DNA-PK)和和DNADNA連接連接酶參與了酶參與了加工和連加工和連接過程。接過程。9 9堿基序堿基序列列7 7堿基序列堿基序列2022-5-541在不同的核苷酸位點(diǎn)重組可以在不同的核苷酸位點(diǎn)重組可以生成不同的蛋白質(zhì)生成不同的蛋白質(zhì)2022-5-542四、轉(zhuǎn)座重組四、轉(zhuǎn)座重組（transpositiontransposition） McClintockMcClintock的重要發(fā)現(xiàn)的重要發(fā)現(xiàn)2022-5-5431950，麥克林托克，玉米籽粒顏色遺傳，存在著一種轉(zhuǎn)座因，麥克林托克，玉米籽粒顏色遺傳，存在著一種轉(zhuǎn)座因子（子（trans

22、posable elements）控制籽粒顏色，這些因子可在染）控制籽粒顏色，這些因子可在染色體上移動(dòng)，控制著某些基因表達(dá)色體上移動(dòng)，控制著某些基因表達(dá)70年代，夏皮羅（年代，夏皮羅（Shapiro），），E. coli乳糖操縱子突變株，進(jìn)乳糖操縱子突變株，進(jìn)行雜交分析，確認(rèn)轉(zhuǎn)座子的存在。行雜交分析，確認(rèn)轉(zhuǎn)座子的存在。 存在于染色體存在于染色體DNA上可自主復(fù)制和位移的基本單位稱為上可自主復(fù)制和位移的基本單位稱為轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子2022-5-544 大多數(shù)基因在基因組內(nèi)的位置是固定的大多數(shù)基因在基因組內(nèi)的位置是固定的 有些基因可以從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置有些基因可以從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置 可移動(dòng)

23、的可移動(dòng)的 DNA序列包括插入序列和轉(zhuǎn)座子序列包括插入序列和轉(zhuǎn)座子由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位或重排稱為由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位或重排稱為2022-5-545轉(zhuǎn)座子移位：轉(zhuǎn)座子移位：導(dǎo)致導(dǎo)致DNADNA鏈的斷裂鏈的斷裂/ /重接重接 oror某些基因啟動(dòng)某些基因啟動(dòng)/ /關(guān)閉。關(guān)閉。引起：引起：a.a.插入突變；插入突變； b.b.產(chǎn)生新的基因；產(chǎn)生新的基因； c.c.染色體畸變；染色體畸變； d.d.生物進(jìn)化，遺傳效應(yīng)。生物進(jìn)化，遺傳效應(yīng)。轉(zhuǎn)座子：轉(zhuǎn)座子：原、真核細(xì)胞原、真核細(xì)胞 與同源染色體重組相比，轉(zhuǎn)座子作用頻率低得多，與同源染色體重組相比，轉(zhuǎn)座子作用頻率低得多，構(gòu)建突變構(gòu)建

24、突變體體有重要意義有重要意義 2022-5-546 插入序列轉(zhuǎn)座插入序列轉(zhuǎn)座插入序列（插入序列（insertion sequencesinsertion sequences，ISIS）：）：7507501500bp1500bp反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列：9 941bp41bp，位于兩側(cè)，位于兩側(cè)轉(zhuǎn)座酶編碼基因轉(zhuǎn)座酶編碼基因：產(chǎn)物引起轉(zhuǎn)座，位于中間：產(chǎn)物引起轉(zhuǎn)座，位于中間正向重復(fù)序列正向重復(fù)序列：4 412bp12bp，位于反向重復(fù)序列外側(cè)，位于反向重復(fù)序列外側(cè) 插入序列特有插入序列特有組成：組成：轉(zhuǎn)座酶基因2022-5-547保守性轉(zhuǎn)座：保守性轉(zhuǎn)座：從原位遷至新位從原位遷至新位復(fù)制性轉(zhuǎn)座：復(fù)制性

25、轉(zhuǎn)座：插入序列復(fù)制后，一個(gè)復(fù)制本遷到新插入序列復(fù)制后，一個(gè)復(fù)制本遷到新 位，另一個(gè)保留在原位位，另一個(gè)保留在原位方式方式2022-5-5482022-5-5492022-5-550 轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座子（轉(zhuǎn)座子（transposonstransposons）：）：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)序列組成組成N 反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列N 轉(zhuǎn)座酶基因轉(zhuǎn)座酶基因N 特殊基因：如抗生素抗性基因等特殊基因：如抗生素抗性基因等轉(zhuǎn)座酶基因特殊基因2022-5-551 轉(zhuǎn)座子具有轉(zhuǎn)座子具有反向末端重復(fù)序列反向末端重復(fù)序列以及在靶部位兩側(cè)產(chǎn)生的以及

26、在靶部位兩側(cè)產(chǎn)生的同向重復(fù)序列同向重復(fù)序列。在該例中靶序列為在該例中靶序列為5bp5bp，轉(zhuǎn)座子末端由，轉(zhuǎn)座子末端由9bp9bp反向重復(fù)序列組成，數(shù)字反向重復(fù)序列組成，數(shù)字1-91-9指序列指序列重復(fù)堿基對(duì)。重復(fù)堿基對(duì)。* *兩側(cè)正向重復(fù)兩側(cè)正向重復(fù)* * *末端反向重復(fù)末端反向重復(fù)*( (一一) ) 細(xì)菌的轉(zhuǎn)座因子細(xì)菌的轉(zhuǎn)座因子1.1.插入因子插入因子2022-5-5522.2.組合型轉(zhuǎn)座子組合型轉(zhuǎn)座子：兩個(gè)插入序列兩個(gè)插入序列之間夾著一段序列之間夾著一段序列（如抗性基（如抗性基因）。兩個(gè)插入序列可以同向或因）。兩個(gè)插入序列可以同向或反向排列，有時(shí)均有轉(zhuǎn)座活性，反向排列，有時(shí)均有轉(zhuǎn)座活性，有

27、時(shí)只有一個(gè)有轉(zhuǎn)座活性。有時(shí)只有一個(gè)有轉(zhuǎn)座活性。3.3.復(fù)合型轉(zhuǎn)座子：復(fù)合型轉(zhuǎn)座子：插入序列被轉(zhuǎn)座酶基因取代插入序列被轉(zhuǎn)座酶基因取代，圖示為，圖示為Tn3(TnATn3(TnA家族）的結(jié)構(gòu)。兩端為家族）的結(jié)構(gòu)。兩端為38bp38bp的反向重復(fù)，其兩側(cè)為的反向重復(fù)，其兩側(cè)為5bp5bp的靶序列，的靶序列，tnpAtnpA編碼轉(zhuǎn)座酶，編碼轉(zhuǎn)座酶，tnpRtnpR編碼的蛋白質(zhì)可以作為解離酶（使轉(zhuǎn)座編碼的蛋白質(zhì)可以作為解離酶（使轉(zhuǎn)座子與受體子與受體DNADNA形成的共整合體重組和解離），也可以作為阻遏蛋形成的共整合體重組和解離），也可以作為阻遏蛋白調(diào)節(jié)白調(diào)節(jié)tnpAtnpA和和tnpRtnpR兩個(gè)基因的

28、表達(dá)，兩個(gè)基因的表達(dá)，resres為解離的控制位點(diǎn)，為解離的控制位點(diǎn)，TnpRTnpR蛋白結(jié)合于其上發(fā)揮調(diào)控作用。蛋白結(jié)合于其上發(fā)揮調(diào)控作用。2022-5-5534.4.轉(zhuǎn)座的方式轉(zhuǎn)座的方式轉(zhuǎn)座子可用不同的方式轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座子可用不同的方式轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座因子插入基因后可使轉(zhuǎn)座因子插入基因后可使基因失活基因失活，也可引起染色體的也可引起染色體的斷裂、重復(fù)、缺斷裂、重復(fù)、缺失、倒位、易位失、倒位、易位等變化。等變化。兩個(gè)兩個(gè)IS10IS10組件構(gòu)成一個(gè)復(fù)合轉(zhuǎn)座組件構(gòu)成一個(gè)復(fù)合轉(zhuǎn)座子，它能使位于他們之間的任何子，它能使位于他們之間的任何DNADNA易位。當(dāng)易位。當(dāng)Tn10Tn10是一個(gè)小的圓形是一個(gè)小的圓形

29、分子的一部分時(shí)，分子的一部分時(shí)，IS10IS10重復(fù)序列重復(fù)序列可轉(zhuǎn)座至環(huán)狀分子的任一側(cè)?？赊D(zhuǎn)座至環(huán)狀分子的任一側(cè)。2022-5-554 插入序列使靶序列插入序列使靶序列的數(shù)量增加，在插入序的數(shù)量增加，在插入序列兩側(cè)各有一個(gè)。列兩側(cè)各有一個(gè)。2022-5-555復(fù)制轉(zhuǎn)座復(fù)制轉(zhuǎn)座作用產(chǎn)生了轉(zhuǎn)座作用產(chǎn)生了轉(zhuǎn)座子的一個(gè)拷貝，它插入到一個(gè)子的一個(gè)拷貝，它插入到一個(gè)接受位點(diǎn)。給予位點(diǎn)保持不變，接受位點(diǎn)。給予位點(diǎn)保持不變，給予者和接受者都有轉(zhuǎn)座子的給予者和接受者都有轉(zhuǎn)座子的一個(gè)拷貝。一個(gè)拷貝。 2022-5-556 非復(fù)制轉(zhuǎn)座非復(fù)制轉(zhuǎn)座作用在未被作用在未被修復(fù)的情況下，可能造成修復(fù)的情況下，可能造成致致死

30、突變死突變。2022-5-557 保守的轉(zhuǎn)座保守的轉(zhuǎn)座作用不造作用不造成核苷酸的丟失，如成核苷酸的丟失，如噬噬菌體的整合和切除菌體的整合和切除。2022-5-558 轉(zhuǎn)座子引起轉(zhuǎn)座子引起DNADNA的重的重排，正向重復(fù)序列的重排，正向重復(fù)序列的重組引起其間序列的切除組引起其間序列的切除或插入。或插入。2022-5-559 反向重復(fù)序列的重反向重復(fù)序列的重組能引起其間序列反向組能引起其間序列反向排列。排列。2022-5-560 轉(zhuǎn)座作用可引起給體和受體轉(zhuǎn)座作用可引起給體和受體的整合或分割，并可引起轉(zhuǎn)座子的整合或分割，并可引起轉(zhuǎn)座子拷貝數(shù)的增加拷貝數(shù)的增加2022-5-561( (二二) ) 真核

31、生物的轉(zhuǎn)座因子真核生物的轉(zhuǎn)座因子 原核生物的轉(zhuǎn)座酶原核生物的轉(zhuǎn)座酶主要作用于產(chǎn)生它的轉(zhuǎn)座因子，表現(xiàn)出主要作用于產(chǎn)生它的轉(zhuǎn)座因子，表現(xiàn)出順式顯性順式顯性。真核生物的轉(zhuǎn)座酶可以作用于任何末端具有該酶所真核生物的轉(zhuǎn)座酶可以作用于任何末端具有該酶所識(shí)別的反向重復(fù)順序的識(shí)別的反向重復(fù)順序的DNADNA, ,使其轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的靶位點(diǎn)。使其轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的靶位點(diǎn)。 在玉米的在玉米的激活激活- -解離系統(tǒng)解離系統(tǒng)（activator-dissociation activator-dissociation system, Ac-Ds)system, Ac-Ds)中，中，AcAc編碼轉(zhuǎn)座酶編碼轉(zhuǎn)座酶( (自主因子自主因

32、子) )，DsDs（非自主因（非自主因子）是子）是AcAc不同程度的缺失中間序列形成的，無(wú)轉(zhuǎn)座酶活性，但不同程度的缺失中間序列形成的，無(wú)轉(zhuǎn)座酶活性，但隨隨AcAc轉(zhuǎn)座后可抑制鄰近基因的表達(dá)。轉(zhuǎn)座后可抑制鄰近基因的表達(dá)。 在玉米的在玉米的抑制抑制- -促進(jìn)促進(jìn)- -增變?cè)鲎兿到y(tǒng)（系統(tǒng)（suppressor-promotor-suppressor-promotor-mutator,Smp)mutator,Smp)中中,Smp,Smp和和EnEn（增強(qiáng)子）序列相似，均為自主因子，（增強(qiáng)子）序列相似，均為自主因子，與其對(duì)應(yīng)的非自主因子與其對(duì)應(yīng)的非自主因子dSmpdSmp為有缺陷的為有缺陷的SmpSmp

33、因子，轉(zhuǎn)座后，若因子，轉(zhuǎn)座后，若SmpSmp插入靶基因附近的合適部位，可以促進(jìn)靶位點(diǎn)基因的表達(dá)，插入靶基因附近的合適部位，可以促進(jìn)靶位點(diǎn)基因的表達(dá)，若若SmpSmp插入外顯子，可抑制基因的表達(dá)。插入外顯子，可抑制基因的表達(dá)。2022-5-5622022-5-563玉米的控制元件形成轉(zhuǎn)座子的不同家族，每個(gè)家玉米的控制元件形成轉(zhuǎn)座子的不同家族，每個(gè)家族均有族均有自主和非自主自主和非自主成員。成員。2022-5-564P P品系的果蠅含有品系的果蠅含有40-5040-50個(gè)個(gè)P P因子因子（一種轉(zhuǎn)座子），（一種轉(zhuǎn)座子）， P P因子的因子的mRNAmRNA前體含有前體含有3 3個(gè)個(gè)內(nèi)含子，若內(nèi)含子，

34、若P P品系雄性與品系雄性與M M品系雌性交配，子一代的品系雌性交配，子一代的體細(xì)胞體細(xì)胞mRNAmRNA前體加工時(shí)保前體加工時(shí)保留了第留了第3 3個(gè)內(nèi)含子，合成阻個(gè)內(nèi)含子，合成阻遏蛋白，不發(fā)生轉(zhuǎn)座，性遏蛋白，不發(fā)生轉(zhuǎn)座，性細(xì)胞細(xì)胞mRNAmRNA前體加工時(shí)切除前體加工時(shí)切除了全部了全部3 3個(gè)內(nèi)含子，活躍的個(gè)內(nèi)含子，活躍的轉(zhuǎn)座使性細(xì)胞失去功能。轉(zhuǎn)座使性細(xì)胞失去功能。P P雄性或雄性或M M雄性與雄性與P P雌性交配雌性交配時(shí)，由于雌性的卵細(xì)胞質(zhì)時(shí)，由于雌性的卵細(xì)胞質(zhì)中存在抑制中存在抑制P P因子轉(zhuǎn)座酶活因子轉(zhuǎn)座酶活性的蛋白質(zhì)，子代的生殖性的蛋白質(zhì)，子代的生殖功能正常。功能正常。2022-5-

35、565四、真核生物基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄前調(diào)控四、真核生物基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄前調(diào)控 1.1.染色體丟失染色體丟失: :如四膜蟲的大核為營(yíng)養(yǎng)核，由小核發(fā)育而來(lái)，如四膜蟲的大核為營(yíng)養(yǎng)核，由小核發(fā)育而來(lái)，約約10%10%的的DNADNA在發(fā)育過程中被丟失。在發(fā)育過程中被丟失。 2.2.基因擴(kuò)增：基因擴(kuò)增：如非洲爪蟾卵母細(xì)胞的如非洲爪蟾卵母細(xì)胞的rDNArDNA可以大量擴(kuò)增，可以大量擴(kuò)增，形成形成10001000個(gè)以上的核仁。個(gè)以上的核仁。 3.3.基因重排基因重排: :重排可以使表達(dá)的基因發(fā)生切換，也可以產(chǎn)生重排可以使表達(dá)的基因發(fā)生切換，也可以產(chǎn)生新的基因。新的基因。 4.4.組蛋白的乙?；腿ヒ阴；航M蛋白的

36、乙?；腿ヒ阴；航M蛋白的乙酰化和基因表組蛋白的乙?；突虮磉_(dá)的狀態(tài)相關(guān)。組蛋白達(dá)的狀態(tài)相關(guān)。組蛋白H4H4的乙?；蛔愕囊阴；蛔?underacetylation)(underacetylation)是是雌性哺乳動(dòng)物一條雌性哺乳動(dòng)物一條X X染色體失活的原因之一。去乙酰化和基因活染色體失活的原因之一。去乙?；突蚧钚缘淖瓒粲嘘P(guān)。性的阻遏有關(guān)。 5.5.染色體染色體DNADNA的修飾和異染色質(zhì)化：的修飾和異染色質(zhì)化：DNADNA的甲基化可以使其的甲基化可以使其失去轉(zhuǎn)錄活性，高度甲基化的失去轉(zhuǎn)錄活性，高度甲基化的DNADNA可以形成高度壓縮的異染色質(zhì)，可以形成高度壓縮的異染色質(zhì)，異染色質(zhì)的

37、基因無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。異染色質(zhì)的基因無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。2022-5-5666.6.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變模型染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變模型- -組蛋白置換組蛋白置換 占先模型占先模型(pre-emptive model)(pre-emptive model)：決定的因素是轉(zhuǎn)錄因子和組決定的因素是轉(zhuǎn)錄因子和組蛋白誰(shuí)先占據(jù)調(diào)控位點(diǎn)。蛋白誰(shuí)先占據(jù)調(diào)控位點(diǎn)。DNADNA復(fù)制時(shí)，組蛋白復(fù)制時(shí)，組蛋白8 8聚體解離，轉(zhuǎn)錄因聚體解離，轉(zhuǎn)錄因子乘機(jī)結(jié)合到調(diào)控位點(diǎn)上，一直持續(xù)到下一個(gè)復(fù)制周期，抑制了子乘機(jī)結(jié)合到調(diào)控位點(diǎn)上，一直持續(xù)到下一個(gè)復(fù)制周期，抑制了組蛋白和組蛋白和DNADNA的結(jié)合。的結(jié)合。 例例1 1：當(dāng)：當(dāng)5S rRNA5S rRN

38、A基因與組蛋白結(jié)合時(shí)基因與組蛋白結(jié)合時(shí)TFATFA不能激活此基因。而不能激活此基因。而TFATFA可與可與游離的游離的5S rRNA5S rRNA基因結(jié)合，再加入組蛋白不能使此基因失活?；蚪Y(jié)合，再加入組蛋白不能使此基因失活。 例例2 2：含腺病毒啟動(dòng)子的質(zhì)粒能被：含腺病毒啟動(dòng)子的質(zhì)粒能被TFDTFD結(jié)合，再被結(jié)合，再被RNA polRNA pol轉(zhuǎn)錄，如先加轉(zhuǎn)錄，如先加入組蛋白，則不起始轉(zhuǎn)錄，如先加入入組蛋白，則不起始轉(zhuǎn)錄，如先加入TFDTFD則形成的染色質(zhì)中，模板仍轉(zhuǎn)錄。則形成的染色質(zhì)中，模板仍轉(zhuǎn)錄。 動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型(dynamic model)(dynamic model) ：組蛋白置

39、換需輸入能量。一些：組蛋白置換需輸入能量。一些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合DNADNA時(shí)可裂解核小體，或建立一個(gè)可產(chǎn)生核小體定位時(shí)可裂解核小體，或建立一個(gè)可產(chǎn)生核小體定位結(jié)合位點(diǎn)的邊界。如果蠅結(jié)合位點(diǎn)的邊界。如果蠅Hsp70Hsp70啟動(dòng)子上的核小體在體外實(shí)行重建。啟動(dòng)子上的核小體在體外實(shí)行重建。GAGA(GAGA(細(xì)胞核結(jié)合蛋白細(xì)胞核結(jié)合蛋白) )轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子中轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子中4 4個(gè)富含個(gè)富含(CT)n(CT)n位點(diǎn)結(jié)位點(diǎn)結(jié)合，破壞了核小體，形成一高敏感區(qū)，而且導(dǎo)致鄰接的核小體重合，破壞了核小體，形成一高敏感區(qū)，而且導(dǎo)致鄰接的核小體重排，這樣它們就優(yōu)先插入到隨機(jī)位點(diǎn)。核小體打開的過程是需

40、要排，這樣它們就優(yōu)先插入到隨機(jī)位點(diǎn)。核小體打開的過程是需要水解水解ATPATP的耗能過程。的耗能過程。2022-5-5677.7.細(xì)胞周期的調(diào)控細(xì)胞周期的調(diào)控 最關(guān)鍵的是兩個(gè)蛋白質(zhì)家族：最關(guān)鍵的是兩個(gè)蛋白質(zhì)家族：周期素（周期素（cyclin)cyclin)家族和依賴家族和依賴周期素的周期素的蛋白激酶蛋白激酶（cyclin-depending protein kinase, CDK)cyclin-depending protein kinase, CDK)家家族族, ,目前發(fā)現(xiàn)的周期素有目前發(fā)現(xiàn)的周期素有1010種以上，用字母種以上，用字母A,B,CA,B,C等表示，等表示， CDKCDK有有8

41、 8種以上，用種以上，用CDK1CDK1，CDK2CDK2，CDK3CDK3等表示。周期素等表示。周期素AD, CDK2,CDK4AD, CDK2,CDK4的的合合成受轉(zhuǎn)錄因子成受轉(zhuǎn)錄因子E2FE2F的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)，共同，共同控制控制G1G1期向期向S S期的轉(zhuǎn)化期的轉(zhuǎn)化，周期素，周期素A A、B B與與CDK2CDK2的結(jié)合對(duì)有絲分裂的啟動(dòng)是必要的。的結(jié)合對(duì)有絲分裂的啟動(dòng)是必要的。 新合成的促細(xì)胞分裂周期素與新合成的促細(xì)胞分裂周期素與CDKCDK結(jié)合，形成結(jié)合，形成促促M(fèi) M期因子期因子(M-(M-phase promoting factor, MPF)phase promoting factor, MPF)，活化的，活化的CDKCDK使自身的使自身的Y15Y15和和T