14DNA的復(fù)制、修復(fù)和重組

1、一、同源重組一、同源重組(homologous recombination) 發(fā)生在同源序列之間、發(fā)生在同源序列之間、非特異性重組非特異性重組 交換區(qū)交換區(qū)具有相同或相似的序列具有相同或相似的序列 兩個(gè)DNA分子 重組酶重組酶涉及到雙螺旋的斷裂、修復(fù)、涉及到雙螺旋的斷裂、修復(fù)、 連接和重組體的釋放連接和重組體的釋放 相同的部位不同部位（異位重組）中心環(huán)節(jié)（一）同源重組的分子模型（一）同源重組的分子模型 Holliday模型模型片段重組體片段重組體拼接重組體拼接重組體產(chǎn)生產(chǎn)生33單鏈末端單鏈末端DNA修復(fù)修復(fù)（二）細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組（二）細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組1、細(xì)菌的細(xì)菌的接合作用接合作用（c

2、onjugation）遺傳物質(zhì)從供體遺傳物質(zhì)從供體(donor)(donor)轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到 受體受體(receptor)(receptor)的重組過(guò)程。的重組過(guò)程。供體細(xì)胞：雄性供體細(xì)胞：雄性受體細(xì)胞：雌性受體細(xì)胞：雌性接合質(zhì)粒接合質(zhì)粒：編碼接合相關(guān)蛋白（如性菌毛）：編碼接合相關(guān)蛋白（如性菌毛）致育因子（fertility factor）、F因子、性因子F因子因子 化學(xué)本質(zhì)是化學(xué)本質(zhì)是DNADNA 以以自主自主狀態(tài)存在狀態(tài)存在 或或整合整合到細(xì)菌的染色體上到細(xì)菌的染色體上 可在細(xì)菌細(xì)胞間可在細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移并傳遞轉(zhuǎn)移并傳遞遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)5性導(dǎo)性導(dǎo)(sexduction)與與F因子因子2、細(xì)菌的

3、細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化遺傳轉(zhuǎn)化（ transformation）細(xì)菌吸收外源細(xì)菌吸收外源DNADNA而發(fā)生遺傳性狀的改變而發(fā)生遺傳性狀的改變特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）感受態(tài)感受態(tài)與感受態(tài)因子與感受態(tài)因子 細(xì)菌能從環(huán)境吸收細(xì)菌能從環(huán)境吸收DNADNA的生理狀態(tài)的生理狀態(tài) 主要受感受態(tài)因子主要受感受態(tài)因子( (蛋白蛋白) )影響影響 感受態(tài)一般出現(xiàn)在細(xì)菌對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期，可以誘導(dǎo)或加強(qiáng)感感受態(tài)一般出現(xiàn)在細(xì)菌對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期，可以誘導(dǎo)或加強(qiáng)感受態(tài)受態(tài)（2）供體供體DNADNA與受體細(xì)胞結(jié)合與受體細(xì)胞結(jié)合結(jié)合發(fā)生在受體細(xì)胞特定部位結(jié)合發(fā)生在受體細(xì)胞特定部位對(duì)供體對(duì)供體DNADNA片段有一定要求片段有一定要求結(jié)合過(guò)程是一個(gè)可逆

4、過(guò)程結(jié)合過(guò)程是一個(gè)可逆過(guò)程（3）DNADNA攝取及整合攝取及整合結(jié)合點(diǎn)飽和后，細(xì)菌開(kāi)始攝取外源結(jié)合點(diǎn)飽和后，細(xì)菌開(kāi)始攝取外源DNADNA多為單鏈攝入，另一條鏈在膜上降解多為單鏈攝入，另一條鏈在膜上降解3、細(xì)菌的細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)（ transduction）細(xì)菌基因通過(guò)噬菌體而轉(zhuǎn)移細(xì)菌基因通過(guò)噬菌體而轉(zhuǎn)移4、細(xì)菌的細(xì)菌的細(xì)胞融合細(xì)胞融合細(xì)胞質(zhì)膜融合發(fā)生的基因轉(zhuǎn)移與重細(xì)胞質(zhì)膜融合發(fā)生的基因轉(zhuǎn)移與重組組烈性噬菌體烈性噬菌體溫和噬菌體溫和噬菌體普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized transduction） 完全轉(zhuǎn)導(dǎo) 流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)未整合整合局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restricted transduc

5、tion） 特異性特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo) 溶原期溶原期時(shí)噬菌體時(shí)噬菌體DNADNA整合在細(xì)菌染色體特定部位，整合在細(xì)菌染色體特定部位，噬菌體噬菌體DNADNA發(fā)生發(fā)生偏差分離偏差分離，將自身一段，將自身一段DNADNA留在細(xì)留在細(xì)菌染色體上，而帶走了細(xì)菌菌染色體上，而帶走了細(xì)菌DNADNA上的基因。上的基因。 當(dāng)其轉(zhuǎn)導(dǎo)并當(dāng)其轉(zhuǎn)導(dǎo)并整合到受體菌整合到受體菌中，使受體菌獲得供體中，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。菌的某些遺傳性狀。所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌上個(gè)別的基因所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌上個(gè)別的基因普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別區(qū)別要點(diǎn)區(qū)別要點(diǎn)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)

6、轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生的時(shí)期轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生的時(shí)期裂解期裂解期溶原期溶原期轉(zhuǎn)導(dǎo)的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)導(dǎo)的遺傳物質(zhì)供體菌供體菌DNADNA任何任何部位或質(zhì)粒部位或質(zhì)粒噬菌體及供體噬菌體及供體菌特定部位菌特定部位DNADNA轉(zhuǎn)導(dǎo)的后果轉(zhuǎn)導(dǎo)的后果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌獲得供受體菌獲得供體菌體菌DNADNA特定部特定部位的遺傳特性位的遺傳特性轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率較低較低增加增加10001000倍倍（三）重組有關(guān)的酶三）重組有關(guān)的酶 保守的保守的8 8堿基非對(duì)稱序列堿基非對(duì)稱序列 大腸桿菌大腸桿菌DNA每每5-10Kb自然發(fā)生一次自然發(fā)生一次 被被recBCD酶酶所識(shí)別所識(shí)別 刺激重組刺激重組重組熱點(diǎn)重組熱點(diǎn)1、chi

7、 位點(diǎn)位點(diǎn)2、recBCD酶酶 解旋酶解旋酶活性：在活性：在SSB存在時(shí)解開(kāi)雙螺旋存在時(shí)解開(kāi)雙螺旋 ATP酶活性酶活性 核酸核酸外切酶外切酶活性活性 核酸核酸內(nèi)切酶內(nèi)切酶活性活性產(chǎn)生產(chǎn)生DNA單鏈單鏈RecBCD從一端從一端靠近靠近ChiChi位點(diǎn)位點(diǎn)在在移動(dòng)中降解移動(dòng)中降解DNA在在Chi位點(diǎn)位點(diǎn)3 4-6bp行使內(nèi)切酶活性行使內(nèi)切酶活性丟掉丟掉RecD只保留解旋酶活性只保留解旋酶活性3、RecA有兩種不同的活性形式有兩種不同的活性形式 SOS反應(yīng)中的反應(yīng)中的蛋白酶蛋白酶活性活性 促進(jìn)促進(jìn)單鏈單鏈DNA和雙鏈分子中和雙鏈分子中互補(bǔ)鏈互補(bǔ)鏈配對(duì)配對(duì) （單鏈置換雙鏈中的同源鏈）（單鏈置換雙鏈中的

8、同源鏈） 單鏈吸收單鏈吸收/單鏈同化單鏈同化 Single-strand assimilation(chi)sequence具有物種，基因和具有物種，基因和genome seq.的特異性的特異性in E.coli genome 1000 chi-seq.chiRecBCD4-6bpOHRecA-pDNA解旋解旋 再螺旋再螺旋 只要在入侵單鏈和雙鏈之間有自由的末端只要在入侵單鏈和雙鏈之間有自由的末端 RecA即可促進(jìn)單鏈的同化即可促進(jìn)單鏈的同化分支遷移分支遷移4、RuvAB復(fù)合物復(fù)合物置換置換RecA RuvA（四聚體）（四聚體） 識(shí)別識(shí)別Holliday連接體的結(jié)構(gòu)連接體的結(jié)構(gòu) 在交換點(diǎn)處與在

9、交換點(diǎn)處與DNA四條鏈結(jié)合四條鏈結(jié)合 RuvB（六聚體）（六聚體） ATP酶，有解旋酶活性酶，有解旋酶活性 為分支遷移提供動(dòng)力為分支遷移提供動(dòng)力 核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶 切開(kāi)切開(kāi)Holliday連接體連接體 識(shí)別不對(duì)稱位點(diǎn)識(shí)別不對(duì)稱位點(diǎn)ATTG5、RuvC二、特異位點(diǎn)重組二、特異位點(diǎn)重組（一）一）噬菌體噬菌體DNA的整合與切除的整合與切除1 1、 噬菌體噬菌體DNA的物理狀態(tài)的物理狀態(tài)裂解裂解phage： 為獨(dú)立分子形式為獨(dú)立分子形式 在受侵染細(xì)菌中為環(huán)狀在受侵染細(xì)菌中為環(huán)狀溶原狀態(tài)：溶原狀態(tài)： 是細(xì)菌染色體的整合部分是細(xì)菌染色體的整合部分（原（原噬菌體）噬菌體）整合整合切除切除整合在附著位點(diǎn)（

10、整合在附著位點(diǎn)（attachment sites）上發(fā)生）上發(fā)生特異位點(diǎn)重組的結(jié)果特異位點(diǎn)重組的結(jié)果倒位倒位切除切除 特異的重組位點(diǎn)特異的重組位點(diǎn)附著位點(diǎn)附著位點(diǎn) 細(xì)細(xì) 菌菌attB，由由BOB組成組成 噬菌體噬菌體 attP，由由POP組成組成 O稱為核心序列、稱為核心序列、B、P稱為臂稱為臂 重組酶重組酶整合酶（整合酶（integrase，Int） 非細(xì)菌重組所必需非細(xì)菌重組所必需 整合宿主因子整合宿主因子（integration host factor，IHF） Xis蛋白蛋白：改變：改變DNA結(jié)構(gòu)，使其對(duì)整合呈惰性結(jié)構(gòu)，使其對(duì)整合呈惰性 參與切除反應(yīng)參與切除反應(yīng) 噬菌體編碼噬菌體編碼宿

11、主編碼宿主編碼整合反應(yīng)整合反應(yīng)交錯(cuò)交錯(cuò)7bp切開(kāi)切開(kāi)DNA（二二）鼠傷寒沙門氏菌的鞭毛相變鼠傷寒沙門氏菌的鞭毛相變（三三）免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白基因的重排三、轉(zhuǎn)座重組三、轉(zhuǎn)座重組轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子（transposon）可以發(fā)生轉(zhuǎn)座的可以發(fā)生轉(zhuǎn)座的DNA轉(zhuǎn)座元件本身轉(zhuǎn)座元件本身可導(dǎo)致：可導(dǎo)致：序列的缺失、插入以及將宿主序列轉(zhuǎn)到新位點(diǎn)序列的缺失、插入以及將宿主序列轉(zhuǎn)到新位點(diǎn)同源便攜區(qū)同源便攜區(qū)（portable region of homology）為重組提供底物位點(diǎn)為重組提供底物位點(diǎn)對(duì)表型有積極對(duì)表型有積極/消極的作用消極的作用（Selfish DNA）（一）（一）細(xì)菌的轉(zhuǎn)座因子細(xì)菌的轉(zhuǎn)座因

12、子1、插入序列插入序列（Insertion Sequence，IS） 是簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)座模序是簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)座模序 只編碼起始自己轉(zhuǎn)座的蛋白只編碼起始自己轉(zhuǎn)座的蛋白 轉(zhuǎn)座頻率各異轉(zhuǎn)座頻率各異結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩側(cè)末端為兩側(cè)末端為倒轉(zhuǎn)重復(fù)倒轉(zhuǎn)重復(fù)序列（序列（inverted repeats）旁側(cè)為宿主旁側(cè)為宿主DNA短短正向重復(fù)正向重復(fù)序列序列2、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子 帶有帶有編碼轉(zhuǎn)座功能酶編碼轉(zhuǎn)座功能酶的基因的基因 及及抗性抗性（或其他標(biāo)記）基因（或其他標(biāo)記）基因 組合因子：組合因子：插入序列插入序列標(biāo)記基因標(biāo)記基因插入序列插入序列兩類結(jié)構(gòu)兩類結(jié)構(gòu) 復(fù)合因子：復(fù)合因子： 轉(zhuǎn)座酶基因轉(zhuǎn)座酶基因 反向重復(fù)反向重復(fù)解離酶基因解離酶基因 反向重反向重復(fù)復(fù) 標(biāo)記基因標(biāo)記基因組合轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)組合轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)3 3、轉(zhuǎn)座過(guò)程、轉(zhuǎn)座過(guò)程轉(zhuǎn)座酶識(shí)別轉(zhuǎn)座酶識(shí)別形成中間體形成中間體 復(fù)制型轉(zhuǎn)座復(fù)制型轉(zhuǎn)座（replicative transponsition） 非復(fù)制型