基因組的變異與損傷修復(fù)課件-2

第4章基因組的變異與DNA損失修復(fù)1整理課件1第4章1整理課件12整理課件22整理課件24.1基因組的變異與穩(wěn)定性維持（基因突變）4.2DNA損傷4.3DNA損傷修復(fù)的機(jī)制3整理課件34.1基因組的變異與穩(wěn)定性維持（基因突變）3整理課件34.1.基因組的變異與穩(wěn)定性維持4整理課件44.1.基因組的變異與穩(wěn)定性維持4整理課件4突變：是遺傳物質(zhì)發(fā)生了可遺傳的改變，而這種改變可發(fā)生在染色體水平和基因水平上。4.1.1基因突變的種類染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目變異(染色體畸變)(廣義突變)DNA水平的突變，基因突變（點(diǎn)突變）（狹義突變）突變類型：分為點(diǎn)突變和插入與缺失突變。5整理課件5突變：是遺傳物質(zhì)發(fā)生了可遺傳的改變，而這種改變可發(fā)生在染色體●按突變對密碼子的改變類型●按核苷酸取代類型轉(zhuǎn)換

PyPy

PuPu

顛換

Py

Pu

4.1.1基因突變的種類錯(cuò)義突變：無義突變：同義突變：DNA突變引起mRNA密碼子變?yōu)榱硪粋€(gè)氨基酸密碼。DNA突變引起mRNA密碼子變?yōu)橐环N終止密碼。DNA突變雖引起mRNA密碼子變?yōu)榱硪环N密碼，但由于密碼子的簡并性，未使編碼的氨基酸發(fā)生改變。6整理課件6●按突變對密碼子的改變類型●按核苷酸取代類型轉(zhuǎn)換Py●點(diǎn)突變效應(yīng)（單核苷酸突變）---同義突變GAA(谷氨酸)→GAG(谷氨酸)

---錯(cuò)義突變GAA(谷氨酸)→AAA(賴氨酸)

---無義突變

GAA(谷氨酸)→TAA(stop)

●插入或缺失不等于3的倍數(shù)的核苷酸，引起讀碼框架的改變。叫移碼突變。=3×dNt±aa≠3×dNt移碼突變7整理課件7●點(diǎn)突變效應(yīng)（單核苷酸突變）---同義突變GAA(谷氨酸4.1.2單核苷酸多態(tài)性（SNP）

SNP是由單個(gè)核苷酸的變異引起的DNA序列多態(tài)性。8

在人類基因組中，存在0.1%的SNP位點(diǎn)，是形成個(gè)體差異的主要原因。90%的人類群體變異都是SNP。一般SNP引起的突變是中性的。但是，人類鐮刀形細(xì)胞貧血病，GAG（谷氨酸）→GTG（纈氨酸）。整理課件84.1.2單核苷酸多態(tài)性（SNP）SNP8在人類基4.1.3拷貝數(shù)變異拷貝數(shù)變異人類或其他哺乳類基因組中，不同大小的DNA片段拷貝數(shù)突變，這些拷貝的刪除、插入、復(fù)制和復(fù)合多位點(diǎn)的變異，統(tǒng)稱拷貝數(shù)變異。其突變率高于SNP。9拷貝數(shù)變異可以遺傳，引起基因活性變化。例如，吃糧食的人比吃肉的人Amy1基因拷貝數(shù)更多。α-突觸核蛋白基因拷貝數(shù)增加2-3倍，導(dǎo)致帕金森綜合癥。淀粉樣前體蛋白基因拷貝數(shù)增加，導(dǎo)致老年性癡呆癥。整理課件94.1.3拷貝數(shù)變異拷貝數(shù)變異9拷貝數(shù)變異可以遺傳，4.1.4定點(diǎn)突變定點(diǎn)突變?yōu)榱双@得所需的蛋白質(zhì)，按照預(yù)先設(shè)計(jì)對基因的編碼區(qū)和控制區(qū)進(jìn)行缺失、插入或堿基替換。10Kunkel定點(diǎn)突變法突變引物整理課件104.1.4定點(diǎn)突變定點(diǎn)突變10Kunkel定點(diǎn)突變法4.1.5基因動(dòng)態(tài)突變基因動(dòng)態(tài)突變也叫基因組不穩(wěn)定性，是以DNA重組序列拷貝數(shù)在傳遞不穩(wěn)定為特征的一類突變，能引起基因長度改變。11三核苷酸重復(fù)拷貝數(shù)在正常情況下有一定的變異范圍，而擴(kuò)展時(shí)就表現(xiàn)為疾病，這種突變不穩(wěn)定，其拷貝數(shù)與病情正相關(guān)。例如，亨廷頓舞蹈癥HD為（CAG）n擴(kuò)增；而Sca10基因內(nèi)第9內(nèi)含子的（ATTCT）n擴(kuò)增超過4000次時(shí)發(fā)?。ㄕＨ薾僅10到20）。整理課件114.1.5基因動(dòng)態(tài)突變基因動(dòng)態(tài)突變11三核苷酸重復(fù)拷貝數(shù)

4.2

突變發(fā)生的機(jī)理

(自發(fā)突變，誘發(fā)突變)

12整理課件124.2突變發(fā)生的機(jī)理12整理課件122014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)約翰·奧基夫梅－布里特愛德華·莫澤“發(fā)現(xiàn)大腦定位系統(tǒng)細(xì)胞”整理課件132014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)約翰·奧基夫梅－布里特愛德華·一、基因的自發(fā)突變自發(fā)突變：特指在DNA復(fù)制過程中，由于細(xì)胞內(nèi)堿基異構(gòu)體替代正常結(jié)構(gòu)的堿基摻入到DNA分子中，引起的復(fù)制的錯(cuò)誤，或由于重復(fù)序列間的不對稱交換形成的突變。14整理課件14一、基因的自發(fā)突變自發(fā)突變：特指在DNA復(fù)制過程中，由于1.堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制過程的錯(cuò)誤

a)堿基異構(gòu)式A6(氨式)A(亞氨式)

C4(a)C(i)

G6(酮式)G(烯醇式)

G(k)

G(e

和i)

T4(k)

T(e-2’)或T(e-4’)

15(amino)(imino)(keto)(enol)整理課件151.堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制過程的錯(cuò)誤a)堿基異構(gòu)16T嘧啶環(huán)G嘌呤環(huán)A嘌呤環(huán)123456123456123456整理課件1616T嘧啶環(huán)G嘌呤環(huán)A嘌呤環(huán)1234561234561234A(氨式)A(亞氨式)C(氨式)C(亞氨式)G(酮式)G(烯醇式)G(烯醇式和亞氨式)T(酮式)T(2’烯醇式)T(4’烯醇式)17整理課件17A(氨式)A(亞氨式)C(氨式)C(亞氨式)G(酮式)G(烯b)堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯(cuò)配

18整理課件18b)堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯(cuò)配18整理課件18堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯(cuò)配

19

A(i)反式=A（a）順式

G(e,i)反式=G（k）順式

A(i)反式=G（k）順式

G(e,i)反式=A（a）順式整理課件19堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯(cuò)配19A(i)反式堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯(cuò)配

A(a)T(k)

G(k)C(a)

正確配對錯(cuò)誤配對G(k)T(e)

A(a)

C(i)

A(i,反式)A(a,順式)A(i,反式)G(k,順式)

G(e,i,反式)G(k,順式)G(e,i,反式)A(a,順式)

A(i)

C(a)

G(e)

T(k)

20整理課件20堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯(cuò)配A(a)T(C(i)

A(a)

T(k)

A(a,反式)

T(k,反式)

C(a,反式)

A(a)

A(a,反式)

c)堿基異構(gòu)式引起DNA的錯(cuò)配突變C(i)C(a)G(k,順式)

G(k,順式)

G(k,

反式)G(k)A/TG/C

A/TG/C

整理課件21C(i)A(a)T(k)A(a,反式)T(k,反d)增變基因野生型維持遺傳的穩(wěn)定性突變型隨機(jī)引起其他各類基因的突變“被冤枉的基因”整理課件22d)增變基因野生型維持遺傳的穩(wěn)定性突變型隨機(jī)引起其他各類增變基因類別DNA聚合酶相關(guān)基因3’5’編輯功能發(fā)生突變錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)的基因MCE(錯(cuò)配校正酶)DNA

損傷修復(fù)系統(tǒng)基因錯(cuò)配修復(fù)功能喪失突變率升高修復(fù)過程是基因突變的重要來源整理課件23增變基因類別DNA聚合酶相關(guān)基因3’5’編輯功誘變類型

物理誘變

化學(xué)誘變二、基因的誘發(fā)突變電離輻射，如Χ、γ、α、β射線非電離輻射，如紫外線抑制堿基合成的誘變劑，如6-巰基嘌呤堿基類似物，如5-溴尿嘧啶修飾堿基結(jié)構(gòu)的誘變劑，如亞硝酸插入誘變劑，如吖啶橙24整理課件24誘變類型二、基因的誘發(fā)突變電離輻射，如Χ、γ、α、β射線非1.物理誘變

a)電離輻射誘變Co60(χ)(γ)射線

Cs137(χ)(γ)射線

H3(α)射線

P32，S35(β)射線

衛(wèi)星搭載誘變:

高真空，強(qiáng)輻射，微重力

(χ)(γ)射線穿透性

（外照射處理）

(α)(β)射線非穿透性

（內(nèi)標(biāo)記處理）

dNt電荷及堿基結(jié)構(gòu)改變

25整理課件251.物理誘變a)電離輻射誘變Co60(χ)(γ衛(wèi)星搭載育種太空蔬菜微重力高輻射強(qiáng)射線26整理課件26衛(wèi)星搭載育種太空蔬菜微重力26整理課件2b)非電離輻射—紫外線(U.V)---在相鄰TT間形成共價(jià)鍵產(chǎn)生嘧啶二聚體(TT二聚體)∧U.V.…CTTA…共價(jià)鍵27整理課件27b)非電離輻射—紫外線(U.V)---在相鄰TT間形DNA氧化脫氨U.V.C(a)UA(a)U.V.U.V.H2OH++OH-C(a)

C(i)A(a)光解作用氨式胞嘧啶亞氨式胞嘧啶脫嘌呤28C/GA/T整理課件28DNA氧化脫氨U.V.C(a)UA(a)U.V.U.2.化學(xué)誘變a)抑制堿基合成的化學(xué)誘變劑6-巰基嘌呤抑制嘌呤合成SH5-氨基尿嘧啶抑制嘧啶合成OOH2N29整理課件292.化學(xué)誘變a)抑制堿基合成的化學(xué)誘變劑6-巰基嘌呤b)堿基類似物(5-BrU)BrBr酮式烯醇式30A/TG/C整理課件30b)堿基類似物(5-BrU)BrBr酮式烯醇式30A/TG5-BrU(k)

5-BrU(e)復(fù)制BrU(k)BrU(e)ATGC復(fù)制錯(cuò)誤A/TG/C摻入錯(cuò)誤G/C

A/T→BrU(e)→G→BrU(k)→T31(k)整理課件315-BrU(k)5-BrU(e)HNO2(亞硝酸NA)

ACG次黃嘌呤CUA黃嘌呤？氧化脫氨

HNO2

修飾堿基結(jié)構(gòu)的誘變劑A→次黃嘌呤=CC→U=AG→黃嘌呤32整理課件32HNO2(亞硝酸NA)A次黃嘌呤修飾堿基結(jié)構(gòu)的誘變劑NH2OH（羥胺）HNHHOC(a)HAHNHHHOHNHHOC(i)A(a)

NHHOHNHHONH

H羥胺胞嘧啶33G/CA/T整理課件33修飾堿基結(jié)構(gòu)的誘變劑NH2OH（羥胺）HNHHOC(a)HA烷化劑:烷基轉(zhuǎn)移到堿基上，發(fā)生烷基化，導(dǎo)致堿基配對方式改變，產(chǎn)生脫嘌呤作用或使DNA分子交聯(lián)。EMS(甲基磺酸乙酯)CH3—S—O--CH2CH3OOMMS

甲基磺酸甲酯CH3—S—O--CH3OOSM(硫芥子氣)HSCH2CH2ClCH2CH2Cl34整理課件34烷化劑:EMS(甲基磺酸乙酯)CH3—S—O--CH2CHd)插入誘變劑AO(吖啶橙)扁平分子EB(溴化乙錠)-ATTTTTCG--TAAAAAGC--ATTTCG--TAAAGC-TAO

T-ATEBTTTTCG--TA分子插入AOEB-ATTTCG--TAAAGC--ATX’TTTTCG--TAXAAAAGC-XAAAAGC-移碼突變35整理課件35d)插入誘變劑AO(吖啶橙)扁平分子EB(溴化乙4.3.生物體保證穩(wěn)定遺傳的機(jī)制36整理課件364.3.生物體保證穩(wěn)定遺傳的機(jī)制36整理課件36復(fù)制過程中的錯(cuò)配修復(fù)DNA的損傷修復(fù)基因的回復(fù)突變密碼的簡并致死突變多倍體……DNA水平的修復(fù)和校正機(jī)制主要有復(fù)制過程中的錯(cuò)配修復(fù)、DNA損傷修復(fù)、基因的回復(fù)突變等。整理課件37復(fù)制過程中的錯(cuò)配修復(fù)DNA的損傷修復(fù)基因的回復(fù)突變密碼的簡并一、復(fù)制過程中的錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制

(錯(cuò)誤率=10-11)DNA錯(cuò)配+-----A------

------C---DNApol(錯(cuò)誤率=10-8)經(jīng)第二次校正為

10-11錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)（MRS）38整理課件38一、復(fù)制過程中的錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制DNA錯(cuò)配+--1.錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)（mismatchrepairsystem,MRS）DNA聚合酶連接酶

錯(cuò)配校正酶(mismatchcorrectenzyme，MCE)

具有3個(gè)亞基（H,L,S）

dam基因m6A甲基化酶掃描新生鏈中錯(cuò)配堿基(L)識別新生鏈中非m6A

的GATC序列(H)酶切含錯(cuò)配堿基的新生DNA區(qū)段(S)39整理課件391.錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)DNA聚合酶錯(cuò)配校正酶(mismMCE掃描DNA中的GATC(回文序列)

為m6A甲基化敏感位點(diǎn)平均每2kb左右有一GATC

序列3’

-------C----------CTAG----------CTAG----5’

5’-----------T----------GATC----------GATC----3’

3’-------------------------------------------------------

5’少梯度多（m6A）新生鏈40整理課件40MCE掃描DNA中的GATC(回文序列)平均每2kb左右MCE掃描核酸內(nèi)切酶聚合酶連接酶GATC

GATCCTAG

CTAGTCGATC

GATCCTAGCTAGTGATC

GATCCTAGCTAGTACC41整理課件41MCE掃描核酸內(nèi)切酶聚合酶GATC2.ung系統(tǒng)(尿嘧啶-N-糖苷酶系統(tǒng))---TAGC------ATCG------TAGC------A

CG---U---TAGC---ung酶GCUAU---TAGC------ACG---Apurinase(內(nèi)切酶)---TAGC------ADNA聚合酶連接酶TCG---U是T的類似物42整理課件422.ung系統(tǒng)(尿嘧啶-N-糖苷酶系統(tǒng))---TAGCphR471aa二、DNA的損傷修復(fù)1.光修復(fù)----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----

復(fù)制前

&避免差錯(cuò)

400nm藍(lán)光&phR基因

(光修復(fù)酶)可見光激活復(fù)制前(光修復(fù)、切除修復(fù))復(fù)制后(重組修復(fù)、搶救修復(fù))43整理課件43phR471aa二、DNA的損傷修復(fù)1.光修復(fù)2.

切補(bǔ)修復(fù)復(fù)制前避免差錯(cuò)UvrA,B,C基因

內(nèi)切酶外切酶

DNA聚合酶連接酶切補(bǔ)修復(fù)44整理課件442.切補(bǔ)修復(fù)復(fù)制前UvrA,B,C基因切補(bǔ)E.coli

存活率%U.V計(jì)量野生型UvrA+RecA+RecA+

uvra-reca-uvra-3.重組修復(fù)45整理課件45E.coli存活率%U.V計(jì)量野生型UvrA+RecAE.colik12野生型5003200uvr-a/Rec-A850Uvr-A/rec-a320uvr-a/rec-a0.21.3存活率為對照37%的U.V.計(jì)量基因型(爾格/mm2)

TT數(shù)量/107bpRec-A基因以某種方式參與DNA損傷修復(fù)46整理課件46E.colik12野生型●存在與重組有關(guān)的暗修復(fù)機(jī)制●與Rec-A基因引起的DNA鏈轉(zhuǎn)移有關(guān)●TT二聚體未被修復(fù)，僅表現(xiàn)在后代群體中TT

二聚體濃度的稀釋●鏈的非準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致突變機(jī)率的增加

47整理課件47●存在與重組有關(guān)的暗修復(fù)機(jī)制●與Rec-A基因引起的Rupp.Howard-FlandersTTTTAAAATTTTTTTTAAAATTTT變性

E.coli(Rec-A,uvr-6-)雙鏈DNA單鏈DNAU.V.復(fù)制提取變性TTTTTTAAAAAA在新生鏈中，DNA復(fù)制可以跳過TT二聚體區(qū)繼續(xù)復(fù)制48整理課件48Rupp.Howard-FlandersTT重組修復(fù)

(DNA鏈轉(zhuǎn)移修復(fù))復(fù)制后傾向差錯(cuò)RecA，DNA聚合酶需要連接酶49整理課件49重組修復(fù)復(fù)制后RecA，DNA聚合酶49整理課件494.SOS修復(fù)(U.V.修復(fù)或W修復(fù))JeanWeigleE.coliE.coliE.coliλ

8010100突變型100%50%10%

A.E.coli中噬菌體DNA損傷被修復(fù)了A和B.U.V.誘導(dǎo)E.coli

進(jìn)行SOS修復(fù)

SOS修復(fù)(傾向差錯(cuò))產(chǎn)生高頻率的突變ABC考察λ噬菌體基因修復(fù)（搶救）情況50整理課件504.SOS修復(fù)(U.V.修復(fù)或W修復(fù))JeanDNA損傷300X信號RecA降解LexA

SOSUmuDC突變---誘導(dǎo)前.LexA蛋白

Rec-A,UmuDC…11基因負(fù)調(diào)控---U.V.損傷DNA信號(單鏈DNA尾巴或5Nt單鏈DNA)機(jī)制SOS受RecA和LexA調(diào)控LexARecAUmuDC51

RecA

SOS整理課件51DNA損傷300X信號RecA降解LexASOSRecA蛋白：具有三種功能●DNA重組活性●與單鏈DNA結(jié)合活性●少數(shù)蛋白的蛋白酶活性當(dāng)DNA正常復(fù)制時(shí)（無復(fù)制受阻，無DNA損傷，無TT二聚體）

RecA蛋白不表現(xiàn)蛋白酶活性52整理課件52RecA蛋白：具有三種功能●DNA重組活性●當(dāng)DNA復(fù)制受阻/DNA損傷時(shí)能量大量消耗細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的RecA蛋白與單鏈DNA結(jié)合激活RecA蛋白的蛋白酶活性“空轉(zhuǎn)反應(yīng)”修復(fù)損傷LexA蛋白降解RecA蛋白高效表達(dá)300倍表達(dá)SOS啟動(dòng)53整理課件53當(dāng)DNA復(fù)制受阻/DNA損傷時(shí)能量大量消耗細(xì)胞內(nèi)原少量表當(dāng)DNA復(fù)制度過難關(guān)后SOS修復(fù)是一種傾向差錯(cuò)極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是進(jìn)化中形成的“竭盡全力，治病救人”的措施（正常狀態(tài)下，SOS是關(guān)閉的）RecA蛋白很快消失LexA基因表達(dá)SOS關(guān)閉54整理課件54當(dāng)DNA復(fù)制度過難關(guān)后SOS修復(fù)是一種傾向差錯(cuò)極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)突變的形成DNA未經(jīng)修復(fù)經(jīng)過修復(fù)/校正死亡突變率降低傾向差錯(cuò)修復(fù)(間接）

(重組修復(fù)，SOS）避免差錯(cuò)修復(fù)（直接）(光修復(fù)，切補(bǔ)修復(fù))形成突變不形成突變DNA損傷/錯(cuò)誤修復(fù)物理誘變，化學(xué)誘變，自發(fā)突變突變是在修復(fù)過程中形成的（非準(zhǔn)確的修復(fù)）55整理課件55突變的形成DNA未經(jīng)修復(fù)經(jīng)過修復(fù)/校正死亡傾向差錯(cuò)修復(fù)三、基因的回復(fù)突變（backmutation）1.回復(fù)突變的概念野生型突變(表型)突變(low)回復(fù)突變(verylow)2.回復(fù)突變的分子機(jī)制a)AGC(Ser)ACC(Thr)AGC(Ser)Ntb)AGC(Ser)AGG(Arg)AGT(Ser)簡并c)AGC(Ser)AGG(Arg)AAG(Lys)功能替代

如果Ser≈Lys56整理課件56三、基因的回復(fù)突變（backmutation）1.d）基因內(nèi)抑制的回復(fù)突變

(第二位點(diǎn)突變引起的基因內(nèi)校正)基因內(nèi)抑制導(dǎo)致的回復(fù)突變實(shí)際上是基因內(nèi)第二位點(diǎn)突變后，使突變的蛋白酶的構(gòu)型和活性又回復(fù)到野生型狀態(tài)，從而使表型發(fā)生回復(fù)，也即在同一基因內(nèi)，第二位點(diǎn)的突變抑制了第一位點(diǎn)的突變效應(yīng)。57整理課件57d）基因內(nèi)抑制的回復(fù)突變

(第二位點(diǎn)突變引起的基e.g.trp.A---UGG174----------GGA210---(野生型)(lys)(Gly)回復(fù)突變(Cys)

（Gly）----UGG174-----------GGA210--------UGG174----------GGA210--------UGC174-----------GAA210----活性結(jié)構(gòu)無活性結(jié)構(gòu)CA無活性結(jié)構(gòu)

(Lys)(Glu)58整理課件58e.g.trp.A---UGG174----------e）基因間抑制的回復(fù)突變基因間抑制的回復(fù)突變是指某一突變體回復(fù)到野生型是第二基因發(fā)生突變后的抑制效應(yīng)，后者被稱為抑制基因。分類：（直接抑制和間接抑制）（1）tDNA反密碼子序列無義突變或錯(cuò)義突變（2）代謝途徑的補(bǔ)償抑制（3）異源多聚體蛋白酶的構(gòu)型吻合59整理課件59e）基因間抑制的回復(fù)突變基因間抑制的回復(fù)突變是指某一突變體回?zé)o義突變抑制（1）野生型編碼色氨酸的密碼子（UGG）突變?yōu)閁AG，表現(xiàn)突變體。（2）誘變色氨酸的tRNA在反密碼子處突變?yōu)锳UC，不僅可以負(fù)載色氨酸，而且識別UAG，從而使突變型回復(fù)到野生型。60整理課件60無義突變抑制（1）野生型編碼色氨酸的密碼子（UGG）突變?yōu)閁錯(cuò)義突變抑制AGAUCUGlyArgGlyUCUCCUGGACCUGlyGly（1）野生型密碼子GGA與反密碼子CCU配對，編碼甘氨酸。（2）當(dāng)GGA突變?yōu)锳GA時(shí)，與攜帶精氨酸的tRNA反密碼子UCU配對，編碼精氨酸。（3）當(dāng)攜帶甘氨酸的tRNA反密碼子CCU突變?yōu)閁CU時(shí)，仍可攜帶甘氨酸與AGA配對，使一部分個(gè)體表現(xiàn)回復(fù)到野生型。61整理課件61錯(cuò)義突變抑制AGAUCUGlyArgGlyUCUCCUGG代謝途徑的補(bǔ)償e.g.脈胞菌+天冬氨酸(鳥氨酸轉(zhuǎn)甲酰磷酸酶)精氨酸NH3CO2ATP氨甲酰磷酸GlnCO2ATP氨甲酰磷酸+鳥氨酸瓜氨酸Oct

基因尿嘧啶Cps酶(氨甲酰磷酸合成酶)精氨酸合成途徑尿嘧啶合成途徑62整理課件62代謝途徑的補(bǔ)償e.g.脈胞菌+天冬氨酸(鳥氨酸轉(zhuǎn)甲酰磷

Arg+U+(Csp+Oct+)野生型Arg+u—(csp—Oct+)突變型Arg+U+(csp—oct--)回復(fù)突變Why?&How?63整理課件63Arg+U+(Csp+Oct+)野生型Arg+u—e.g.脈孢菌+天冬氨酸(鳥氨酸轉(zhuǎn)甲酰磷酸酶)精氨酸NH3CO2ATPGlnCO2ATP+鳥氨酸瓜氨酸oct-2-3%即可催化反應(yīng)(OCT)尿嘧啶Cps酶—64氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸代謝途徑的補(bǔ)償整理課件64e.g.脈孢菌+天冬氨酸(鳥氨酸轉(zhuǎn)甲酰磷酸酶)精氨酸NH3多聚體酶類構(gòu)型的吻合亞基-1亞基-2+活性形式ABB+非活性形式回復(fù)突變ab活性形式65抑制基因整理課件65多聚體酶類構(gòu)型的吻合亞基-1亞基-2+活性形式A4.4.基因重組交換的分子機(jī)制66整理課件664.4.基因重組交換的66整理課件664.4.1.自然界的DNA分子均是重組體變異是生物進(jìn)化的重要因素之一生物對環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制自然選擇的重要基礎(chǔ)67整理課件674.4.1.自然界的DNA分子均是重組體變異是生物進(jìn)化的重可遺傳的變異：突變（點(diǎn)突變，染色體變異）頻率低，突變修復(fù)遺傳重組交換染色體的自由組合染色單體間的交換分子克隆和轉(zhuǎn)基因技術(shù)（體外）普遍發(fā)生自然界DNA分子均是重組體68整理課件68可遺傳的變異：突變（點(diǎn)突變，染色體變異）頻率低，突變修4.4.2.遺傳重組的類型a)同源重組發(fā)生在同源染色體/同源序列之間姊妹染色體&非姊妹染色體轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)導(dǎo)接合,感染…大片段的交換重組交換具有熱點(diǎn)重組交換需要酶參與(RecA，B，C)69整理課件694.4.2.遺傳重組的類型a)同源重組發(fā)生在同源染色倒位和缺失缺失倒位70斷裂與錯(cuò)接整理課件70倒位和缺失缺失倒位70斷裂與錯(cuò)接整理課件70

b)轉(zhuǎn)座重組(復(fù)制重組)需要特殊的轉(zhuǎn)座因子不依賴Tn和靶位點(diǎn)之間的同源序列需要轉(zhuǎn)座酶導(dǎo)致插入、缺失、倒置、重排……71整理課件71b)轉(zhuǎn)座重組(復(fù)制重組)需要特殊的轉(zhuǎn)座因子c)位點(diǎn)依賴性的特殊重組整合酶

(需要整合酶和不需要RecA蛋白)保守重組

72整理課件72c)位點(diǎn)依賴性的特殊重組整合酶保守重組72整理課件λ的attPpOp’E.coli

的attBBOB’BOP’POB’整合酶IHF(真核宿主因子)Xis(切除酶)FIS(倒位刺激因子)73整理課件73λ的attPpOp’E.coli的a同源重組1.前期的兩種假說a)斷裂-重接假說(1930Darlington)abABaBAb74整理課件74同源重組1.前期的兩種假說a)斷裂-重接假說(1b)模板選擇假說(1931Belling)75整理課件75b)模板選擇假說(1931Belling)75整理課c)斷裂-錯(cuò)接的證據(jù)ABCabcC12N14ABCabc×DNA分子的交換是斷裂—錯(cuò)接的過程ABcabC較少重組abcabcABC很多C13N15C12N14E.coli76E.coli

生長在C12和N14的培養(yǎng)基，用兩種噬菌體（ABC&abc）感染整理課件76c)斷裂-錯(cuò)接的證據(jù)AaC12N14Aa×DNA分子的交2.同源重組的分子模式異常分離現(xiàn)象基因轉(zhuǎn)換紅色面包酶A

×aaaAA減數(shù)分裂a(bǔ)aAAaAaA77雜合體整理課件772.同源重組的分子模式異常分離現(xiàn)象紅色面包酶A×Why?aaAAaAaA2/63/55/34/4A:aAAAAaA

a

AaAAAA

a

Aa

AaAaa

A

aa

Aa

AAA

a

Aaa

A

a

AA

aaa

A

Aaa

Aaaaa

A

A

aa

Aaaaa

Aa

AA

aaaaa

A

a

AA

a78整理課件78Why?aaAAaAaA2/63/55/34/4A:基因轉(zhuǎn)換一條染色體上特定的遺傳基因被同源染色體上等位基因所替代的非相互重組的現(xiàn)象。79整理課件79基因轉(zhuǎn)換一條染色體上特定的遺傳基因被同源染果蠅

(ry，黃嘌呤脫氫酶)少數(shù)野生型沒有野生型ry41--ry5—(♀)Xryx—ryx—(♂)ryx--ryx—(♀)Xry41—ry5—(♂)非全同等位基因內(nèi)不同位點(diǎn)的影響？回復(fù)突變？基因間互補(bǔ)？轉(zhuǎn)換不會(huì)伴隨ry基因兩側(cè)基因的交換！雄蠅染色體不發(fā)生交換！基因內(nèi)交換！80整理課件80果蠅(ry，黃嘌呤脫氫酶)少數(shù)野生型沒有野生型ry41-

b)同源重組的基本特征涉及同源染色體的同源序列間的聯(lián)會(huì)配對涉及DNA分子在特定的交換位點(diǎn)發(fā)生斷裂和錯(cuò)接的生化過程單鏈DNA分子或單鏈DNA末端是交換發(fā)生的重要信號c)同源重組的分子模式1964．Holliday.R

Holliday中間體Whitehouse極性雜合DNA模式81整理課件81b)同源重組的基本特征涉及同源染色體的同源序列間的同源重組交換發(fā)生的相關(guān)事件1）DNA配對2）RecBCD酶：在兩個(gè)同源單鏈DNA之間形成缺口3）RecA酶：與缺口單鏈結(jié)合，導(dǎo)致鏈的轉(zhuǎn)移82整理課件82同源重組交換發(fā)生的相關(guān)事件1）DNA配對2）RecBCD酶

Holliday中間體模式83整理課件83Holliday中間體模式83整理課件83PQRpqrQ:

A/T

q:

C/G形成缺口(交換熱點(diǎn))交叉移動(dòng)異構(gòu)體Holliday中間體模式

PQRpqrQ:A/T

q:

C/G84整理課件84PQRpqr

R,r未交換

Q,q含C/T

結(jié)構(gòu)

R,r發(fā)生交換

Q,q含C/T

結(jié)構(gòu)兩種拆分結(jié)果85整理課件85R,rR,r兩種拆分結(jié)果85整理課件85未校正C/TA/T親本PR+pr1重組Pr+pR1

Q5

q3異源雜合雙鏈內(nèi)等位基因異常分離現(xiàn)象86整理課件86未校正C/TA/T親本PR第二條染色單體內(nèi)C/T的校正可能第一條染色單體內(nèi)C/T校正可能C/T

A/TC/TC/G

未校正C/T

A/TC/TC/G未校正AAAAAACCAACCAACCAAACAACCTTTTTTGGTTGGTTGGTTTGTTGG(6:2)(4:4)(5:3)AACCCCCCAAACCCCCTTGGGGGGTTTGGGGG

(2:6)(3:5)AAACACCCTTTGTGGG(4:4)雜合DNA區(qū)域內(nèi)C/T的校正與否與形成不同比例的異常分離配子87整理課件87第二條染色單體內(nèi)C/T的校正可能第一條染色單體C/T交換不是簡單發(fā)生在1bp之間的斷裂—錯(cuò)接事件交換涉及兩條雙鏈DNA之間的holliday中間體、鏈轉(zhuǎn)移、異構(gòu)化、拆分等一系列復(fù)雜的過程交換發(fā)生后，交換位點(diǎn)的兩端的會(huì)出現(xiàn)親本：重組=1:1的正常分離比例結(jié)論88整理課件88交換不是簡單發(fā)生在1bp之間的斷裂—錯(cuò)接事件交當(dāng)交換發(fā)生在某對等位基因內(nèi)，其突變位點(diǎn)可能因交叉移動(dòng)，而被包括在雜合雙鏈區(qū)域之內(nèi)，從而引起基因轉(zhuǎn)換基因轉(zhuǎn)換發(fā)生的機(jī)率，隨突變位點(diǎn)離DNA交叉位點(diǎn)的距離增大，表現(xiàn)逐漸變小的極性梯度的效應(yīng)89整理課件89當(dāng)交換發(fā)生在某對等位基因內(nèi)，其突變位點(diǎn)可能因基因轉(zhuǎn)換e.g.酵母Arg4基因7個(gè)非全同等位基因NsphI,Acc-I,R-V,Bel-I,Dra-III,Aha-II,Bgl-II在雜合二倍體中w.t./突變型.基因轉(zhuǎn)換頻率從5’3’遞減NsphIAcc-IR-VBel-IDra-IIIAha-IIBgl-II9.6%7.46.23.42.81.50.45’3’交換位點(diǎn)?90整理課件90e.g.酵母Arg4基因7個(gè)非全同等位基因Nsphd)相關(guān)酶類及交換熱點(diǎn)RecA酶：

40kd單體2000/細(xì)胞

RecA酶與單鏈DNA結(jié)合具有ATP酶活性(單鏈DNA依賴性ATP酶活性)

U.V.博萊霉素,絲裂霉素RecA酶達(dá)5000/細(xì)胞91整理課件91d)相關(guān)酶類及交換熱點(diǎn)RecA酶：40kd單體RecA酶的結(jié)合形式92整理課件92RecA酶的結(jié)合形式92整理課件92真核生物RecA酶93整理課件93真核生物RecA酶93整理課件93RecBCD酶:

RecBCD復(fù)合體300kd具有解鏈酶活性（ATPase）&核酸外切酶活性

Recbcd突變同源重組率下降100X重組酶BCD具有產(chǎn)生單鏈尾巴的功能。產(chǎn)生的單鏈尾巴被RecA酶包裹，同時(shí)重組酶BCD幫助將RecA酶裝載到3’-DNA尾上。94整理課件94RecBCD酶:RecBCD復(fù)合體300kd

RecBCD酶特異識別GCTGGTGGT

序列并在其下游4-6bp處切斷單鏈DNA使交叉位點(diǎn)沿雙鏈DNA解旋的方向移端使異源區(qū)重新形成螺旋使雙鏈DNA缺口釋放單鏈DNA(被RecA酶結(jié)合)chi—位點(diǎn)交換熱點(diǎn)95整理課件95RecBCD酶特異識別GCTGGTGGT序列使交叉RecBCDpathway96整理課件96RecBCDpathway96整理課件96chi—位點(diǎn)具有物種和基因的特異性E.coli

基因組有1000個(gè)chi-位點(diǎn)97整理課件97chi—位點(diǎn)具有物種和基因的特異性E.coli基因組有10chiRecBCD4-6bpOHRecA酶DNA解旋再螺旋98整理課件98chiRecBCD4-6bpOHRecA酶DNA解旋

RFLP

限制性片段長度的多型性99整理課件99RFLP99整理課件99

RFLP

限制性片段長度的多型性

P1P2Probe/aP1P2F1F1REprobe/b100整理課件100RFLPP1P2Prob

RFLP

限制性片段長度的多型性

101整理課件101RFLP101整理課件1基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的多型性

(PCR-basedpolymorphsm)RAPDAFLPSSRDD-PCRISSRSSCP94℃37℃72℃102整理課件102基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的多型性(PCR-basedpol

RAPD（隨機(jī)擴(kuò)增的DNA多型性）

(RandomAmplifiedPolymorphismDNA)引物

1234510mer序列隨機(jī)商業(yè)購買種類無限103整理課件103RAPD（隨機(jī)擴(kuò)增的DNA多型性

AFLP(AmplifiedFragmentLengthPolymorphism)MseI:4bpcutterEcoRI:6bpcutterP1P2MseIEcoRI

104整理課件104AFLPMseI:4EEMMMEMseI接頭20NtEcoRII接頭20NtMseI引物21--23NtEcoRII引物21--23Nt擴(kuò)增，電泳，染色MEME105整理課件105E