-基因結(jié)構(gòu)和重組

1、基因結(jié)構(gòu)和重組基因結(jié)構(gòu)和重組一、一基因一酶學(xué)說一、一基因一酶學(xué)說 1941 Beadle & Tatum 提出：提出： “ one gene one enzyme” hypothesis SupplementsMutant strain Nothing Ornithine Citrulline Arginino- Arginine Growth response if nutrient is added to minimal medium succinate Wildtype Arg+ + + + + + Arg-E- - + + + + Arg-F- - - + + + Arg-G-

2、 - - - + + Arg-H- - - - - + Neurospora crassa粗糙鏈孢霉粗糙鏈孢霉鳥氨酸鳥氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 精氨酸琥珀酸精氨酸琥珀酸 精氨酸精氨酸乙酰鳥氨酸酶乙酰鳥氨酸酶乙酰鳥氨酸乙酰鳥氨酸鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸鳥氨酸轉(zhuǎn)氨鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲?；讣柞；妇彼徵昃彼徵晁岷铣擅杆岷铣擅妇彼徵昃彼徵晁崃呀饷杆崃呀饷妇彼徵晁峋彼徵晁峋彼峋彼崽於彼崽於彼岚奔柞Ａ姿岚奔柞Ａ姿酦eurospora crassa乙酰醋酸乙酰醋酸尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶尿黑酸尿黑酸對羥甲基苯丙酮酸對羥甲基苯丙酮酸對羥甲基苯丙對羥甲基苯丙酮酸氧化酶酮酸氧化酶酪氨酸酪氨酸苯

3、丙氨酸苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶苯丙氨酸羥化酶苯丙氨酸羥化酶苯丙酮酸苯丙酮酸黑色素黑色素3,4二羥苯丙氨酸二羥苯丙氨酸延胡索酰乙酰乙酸延胡索酰乙酰乙酸延胡酸延胡酸乙酰乙酸乙酰乙酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸羥化酶苯丙氨酸羥化酶轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶對羥甲基苯丙對羥甲基苯丙酮酸氧化酶酮酸氧化酶acid尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶酪氨酸酪氨酸對羥甲基對羥甲基苯丙酮酸苯丙酮酸尿黑酸尿黑酸乙酰醋酸乙酰醋酸苯丙酮酸苯丙酮酸黑色素黑色素呆小癥呆小癥甲狀腺甲狀腺酪氨酸代謝紊亂酪氨酸代謝紊亂尿黑酸癥尿黑酸癥腦損害腦損害白內(nèi)障白內(nèi)障黃疸黃疸肝臟腫大肝臟腫大腎損害腎損害半乳糖激酶半乳糖激酶1磷酸半乳糖磷酸半乳糖尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸

4、葡萄糖葡萄糖葡萄糖1磷酸尿苷轉(zhuǎn)移酶磷酸尿苷轉(zhuǎn)移酶尿苷二磷酸半乳糖尿苷二磷酸半乳糖差向異構(gòu)酶差向異構(gòu)酶 one gene one polypeptide theoryGene Structure gene recombinationandcis - trans test and cistronAspergillus nidulans曲霉菌（腺嘌呤缺陷型）曲霉菌（腺嘌呤缺陷型）heterokaryon異核體異核體diploid conidia二倍體分生孢子二倍體分生孢子ad 16+ad 8ad 16+ad 8ad 16+ad 16ad 8ad 8+ad 16ad 16ad 8ad 8突變型突變型野

5、生型野生型野生型野生型突變型突變型ad 16+ad 16+ad 8ad 8transciscis-trans effectcistron有缺陷有缺陷有缺陷有缺陷有缺陷有缺陷正常正常野生型野生型突變型突變型complementation test B K( ) + - + +r IIr II+T4T4突變型突變型rII 和野生型和野生型rII+在不同菌株上的噬菌斑在不同菌株上的噬菌斑(大而清晰大而清晰)(小而模糊小而模糊)(小而模糊小而模糊)(E.coli)重組測驗：重組測驗：rx+ry；B，總數(shù)；，總數(shù)； K( )，重組子（，重組子（+， rxry ）Benzer r II : r II A

6、and rII B ( two cistrons )互補互補m1 m2 + +m1 + + m2 m1 m2 + +m1 + m2順式順式反式反式順式順式反式反式同一順反子同一順反子不同順反子不同順反子野生型野生型突變型突變型野生型野生型野生型野生型_無互補無互補互補實驗可確定有同一表型效應(yīng)的兩個突變型是等位的還是非等位的?；パa實驗可確定有同一表型效應(yīng)的兩個突變型是等位的還是非等位的。三、同源重組分子模型三、同源重組分子模型 1、斷裂重接模型、斷裂重接模型2、模板選擇學(xué)說、模板選擇學(xué)說 3、Holliday模型模型4、Meselson-Radding模型模型5、雙鏈斷裂模型、雙鏈斷裂模型 斷裂

7、重接模型和模板選擇復(fù)制斷裂重接模型和模板選擇復(fù)制模型的否定模型的否定斷裂重接模型不能解釋基因轉(zhuǎn)變和極化子斷裂重接模型不能解釋基因轉(zhuǎn)變和極化子現(xiàn)象現(xiàn)象模板選擇復(fù)制模型存在的問題：模板選擇復(fù)制模型存在的問題： (1) 違背了半保留復(fù)制；違背了半保留復(fù)制； (2) DNA復(fù)制應(yīng)在復(fù)制應(yīng)在S期，重組應(yīng)在期，重組應(yīng)在M期，期，不應(yīng)同時發(fā)生。不應(yīng)同時發(fā)生。 (3)不能解釋不能解釋3線和線和4線交換。線交換?；蜣D(zhuǎn)變基因轉(zhuǎn)變Gene conversionGene conversionP132單倍體菌絲單倍體菌絲 A單倍體菌絲單倍體菌絲 B二倍體合子二倍體合子染色單體轉(zhuǎn)變?nèi)旧珕误w轉(zhuǎn)變6:2 or 2:6半染色

8、單體轉(zhuǎn)變半染色單體轉(zhuǎn)變5:3 or 3:5 or 3:1:1:3 基因轉(zhuǎn)變（基因轉(zhuǎn)變（Gene conversion）：將真菌）：將真菌中不規(guī)則分離現(xiàn)象解釋為減數(shù)分裂過程中不規(guī)則分離現(xiàn)象解釋為減數(shù)分裂過程中同源染色體聯(lián)會時，一個基因使相對中同源染色體聯(lián)會時，一個基因使相對位置上的基因發(fā)生相應(yīng)的變化所致，因位置上的基因發(fā)生相應(yīng)的變化所致，因而稱為基因轉(zhuǎn)變。而稱為基因轉(zhuǎn)變。 Hybrid DNA model聯(lián)會聯(lián)會酶切酶切游離端游離端移動聯(lián)會移動聯(lián)會游離端游離端交叉連接交叉連接分支點分支點移動移動交聯(lián)橋交聯(lián)橋兩臂旋轉(zhuǎn)兩臂旋轉(zhuǎn)中間體中間體branch migration of Holliday st

9、ructure EM of a Holliday Junction w/a few melted base pairs around junction不校正不校正A-CC-AA-C，T-GG-T，C-A A-C，C-A 雙鏈斷裂起始重組模型（雙鏈斷裂起始重組模型（DSBR模型）模型）（P129） 在酵母系統(tǒng)的重組研究中，發(fā)現(xiàn)載體DNA雙鏈斷裂可大大提高同源重組的效率。 受體雙鏈產(chǎn)生斷裂受體雙鏈產(chǎn)生斷裂斷裂處擴展成帶有斷裂處擴展成帶有3端單鏈端單鏈的缺口的缺口游離游離3端侵入供體雙鏈，形端侵入供體雙鏈，形成成D環(huán)；游離環(huán)；游離3端延伸，取端延伸，取代了供體的一條鏈代了供體的一條鏈供體的供體的D環(huán)

10、與受體的環(huán)與受體的3端配端配對；受體的另一對；受體的另一3端也進行端也進行修復(fù)合成修復(fù)合成分支點的移動產(chǎn)生了帶有分支點的移動產(chǎn)生了帶有兩個重組連接點的分子兩個重組連接點的分子轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子1951年年McClintock提出轉(zhuǎn)座（提出轉(zhuǎn)座（Transposition）和和跳躍基因跳躍基因(jumping gene)的概念的概念 1967年年Shapiro才在才在E.coli中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座因子中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座因子（transposable element） McClintock轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子 一段一段DNADNA序列可以從原位上單獨復(fù)制或斷序列可以從原位上單獨復(fù)制或斷裂下來，環(huán)化后插入另一位點，并對其裂下

11、來，環(huán)化后插入另一位點，并對其后的基因起調(diào)控作用，此過程稱轉(zhuǎn)座，后的基因起調(diào)控作用，此過程稱轉(zhuǎn)座，這段序列稱為跳躍基因或轉(zhuǎn)座子。這段序列稱為跳躍基因或轉(zhuǎn)座子。 玉米粒顏色的遺傳玉米粒顏色的遺傳正常：有色正常：有色 有色有色異常：有色異常：有色 色斑色斑 有色有色 無色無色 玉米色粒調(diào)控元件玉米色粒調(diào)控元件Ac-Ds系統(tǒng)系統(tǒng) 第第9染色體染色體C基因，基因， 色素合成基因。色素合成基因。Ac基因，自主移動的調(diào)節(jié)因子基因，自主移動的調(diào)節(jié)因子， 編碼轉(zhuǎn)座酶編碼轉(zhuǎn)座酶，并支配受體因子移動并支配受體因子移動。Ds基因，基因， 非自主移動的受體因子非自主移動的受體因子，不產(chǎn)生蛋白，不產(chǎn)生蛋白質(zhì)質(zhì)。插入引起

12、色素不能合成。插入引起色素不能合成。 C Ac 有色有色 C Ds 無色無色 C Ds Ac色斑色斑原核轉(zhuǎn)座因子的類型原核轉(zhuǎn)座因子的類型1、插入序列、插入序列(IS)（兩端有略長的（兩端有略長的IR和和短的短的DR）2、轉(zhuǎn)座子：轉(zhuǎn)座子： 簡單轉(zhuǎn)座子，如簡單轉(zhuǎn)座子，如Tn3（兩端具有（兩端具有IR而不是而不是IS ） 復(fù)合轉(zhuǎn)座子，如復(fù)合轉(zhuǎn)座子，如Tn10（兩端組件為（兩端組件為IS） 注：注：IR，反向重復(fù)序列；，反向重復(fù)序列；DR，正向重復(fù)序列。，正向重復(fù)序列。 插入序列插入序列(insertion sequence, IS) 僅含有轉(zhuǎn)座酶基因的簡單轉(zhuǎn)移序列。長僅含有轉(zhuǎn)座酶基因的簡單轉(zhuǎn)移序列。

13、長度多在度多在7001500bp左右。左右。 由末端反向重復(fù)序列由末端反向重復(fù)序列(IR)，轉(zhuǎn)座酶基因轉(zhuǎn)座酶基因組成。組成。 插入基因組中時，在靶位上生成正向重插入基因組中時，在靶位上生成正向重復(fù)序列復(fù)序列(DR) 反向重復(fù)序列：在同一多核苷酸鏈內(nèi)下游存在著與上反向重復(fù)序列：在同一多核苷酸鏈內(nèi)下游存在著與上游某一段序列的互補序列反向的序列。如圖一游某一段序列的互補序列反向的序列。如圖一GTGCTAAGTGCTAA和和TTAGCACTTAGCAC構(gòu)成反向重復(fù)序列。在雙鏈構(gòu)成反向重復(fù)序列。在雙鏈DNADNA中反向重復(fù)中反向重復(fù)可能引起十字形結(jié)構(gòu)的形成?？赡芤鹗中谓Y(jié)構(gòu)的形成。 常見的IS結(jié)構(gòu)IS 長度 末端IR 靶位DR 插入選擇IS1 7