第八章 遺傳重組

第八章遺傳重組

重組是遺傳的基本現(xiàn)象,無論高等真核生物，還是細(xì)菌、病毒都存在基因重組現(xiàn)象；只要有DNA就會發(fā)生重組。生物選擇與進(jìn)化的基礎(chǔ)是可遺傳的變異。變異的來源是突變,重組將不同的遺傳物質(zhì)進(jìn)行重組合以便產(chǎn)生選擇的材料第一節(jié)遺傳重組的類型一、同源重組它的發(fā)生是依賴大范圍的DNA同源序列的聯(lián)會。重組過程中，兩個染色單體或DNA分子相互交換對等的部分，因此表現(xiàn)出交互的特點(diǎn)同源重組中負(fù)責(zé)DNA配對和重組的蛋白質(zhì)系統(tǒng)無堿基序列的特異性的要求，只要兩條DNA序列表現(xiàn)出同源性(相同或接近)，重組就可以在此序列中的任何一點(diǎn)發(fā)生。重組熱點(diǎn):一些序列發(fā)生重組的頻率高于其他序列同源序列的要求:要求兩個DNA分子的序列同源,同源區(qū)越長越有利，同源區(qū)太短，越難子發(fā)生重組;只要同源序列足夠長，那么即使相差僅1bp的不同的遺傳標(biāo)記，仍然可能發(fā)生重組大腸桿菌重組:至少要求有20—40bp是相同的大腸桿菌基因組與噬菌體或質(zhì)粒重組:大于13bp枯草桿菌基因組與質(zhì)粒重組:大于70bp哺乳動物重組:150bp以上同源重組重組的時期和分子機(jī)制:真核生物發(fā)生在減數(shù)分裂前期,有一套復(fù)雜的酶系統(tǒng)催化大腸桿菌的同源重組發(fā)生在細(xì)菌的遺傳物質(zhì)交流時，需要RecA和RecBCD蛋白質(zhì)催化，類似的重組系統(tǒng)也存在于其他細(xì)菌中。因此，細(xì)菌中的同源重組又稱為依賴RecA重組二、位點(diǎn)專一性重組依賴于小范圍同源序列的聯(lián)會，重組事件只涉及特定位置的短同源區(qū)或是特定的堿基序列之間，重組發(fā)生精確DNA的切割、連接反應(yīng)DNA分子不交換對等的部分，結(jié)果是一個DNA分子整合到另一個DNA分子內(nèi)部，又稱為整合式重組需要專門的酶系統(tǒng)代表：大腸桿菌基因組附著位點(diǎn)(attBOB’)與噬菌體附著位點(diǎn)(attPOP’)的重組，有專門的整合酶和解離酶催化三、異常重組

完全不依賴于序列間的同源性，重組導(dǎo)致一段DNA序列（轉(zhuǎn)座子）出現(xiàn)在另一DNA序列（靶序列）中。重組過程往往出現(xiàn)于DNA復(fù)制，因此又稱為復(fù)制性重組如轉(zhuǎn)座子從染色體的一個區(qū)段轉(zhuǎn)移到另一個區(qū)段或從一條染色體轉(zhuǎn)移到另一染色體，不依賴于轉(zhuǎn)座子DNA序列與靶序列之間的同源性，又不需要RecA相關(guān)的蛋白參與只依轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和轉(zhuǎn)座酶的催化第二節(jié)同源重組的分子機(jī)制一、重組涉及異源DNA雙鏈的斷裂與重接人們已從細(xì)胞水平上證明在減數(shù)分裂前期同源染色體配對，兩條非姊妹染色單體之間發(fā)生斷裂、重接和交叉，交叉就是斷裂與重接發(fā)生的位置二、同源重組的Holliday模型Holliday模型的意義:解釋了遺傳學(xué)交換的相互性解釋了環(huán)連分子產(chǎn)生的原因部分解釋基因轉(zhuǎn)變?nèi)?、基因轉(zhuǎn)變及其分子機(jī)制反常的情況：順序四分子中孢子的異常排列，好像是對應(yīng)基因直接轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换?，這種現(xiàn)象稱為基因轉(zhuǎn)變P202基因轉(zhuǎn)變的分子機(jī)制P205四、Meselson-Radding模型第三節(jié)細(xì)菌的同源重組一、細(xì)菌同源重組的特點(diǎn)cccDNA與雙鏈或單鏈DNA片段之間的重組；RecA蛋白和RecBC蛋白參與。1.RecA蛋白:A.NTPase（ATPase）活性B.ssDNA結(jié)合活性C.DNA解旋活性D.促進(jìn)同源聯(lián)會2.RecBCD：溶解酶(Resolvase)活性,斷裂Holliday結(jié)構(gòu)的交聯(lián)橋二、細(xì)菌轉(zhuǎn)化重組機(jī)制實(shí)質(zhì)是單鏈DNA片段與完整DNA之間的重組，如下情況：①切除外源DNA——無重組②切除受體DNA——發(fā)生重組③無修復(fù)作用——子代細(xì)胞出現(xiàn)兩種基因型（受體基因型和重組體基因型）*通常用有利于重組體基因型生長的選擇條件第四節(jié)位點(diǎn)專一性重組一、噬菌體的整合和切除1.λ-DNA對E.coli的整合：POP’+BOB’→BOP’—POB’需要整合酶(Int—拓?fù)洚悩?gòu)酶活性)和整合宿主因子(IHF)參與,非可逆反應(yīng)2.λ-DNA從E.coli的切離：BOP’—POB’→POP’+BOB’需要整合酶(Int)、整合宿主因子(IHF)和切除酶(Xis)參與,非可逆反應(yīng)整合的過程:A.具有對特異性DNA強(qiáng)烈親和力的Int與attP和attB位點(diǎn)結(jié)合；B.Int的拓?fù)洚悩?gòu)酶活性，使兩條雙鏈各自斷開一條單鏈，連接C.在另兩條單鏈之間發(fā)生同樣的斷裂重接，從而完成雙鏈間的重組整合宿主因子IHF宿主編碼的蛋白質(zhì)因子二、位點(diǎn)專一性重組的核苷酸序列1.POP’:O為15bp(核心)富含A-T的非對稱序列P為-160-0的160bp序