分子生物學(xué)重組和轉(zhuǎn)座

第二章染色體與DNA

遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

基因組和染色體

DNA的復(fù)制DNA損傷與修復(fù)重組和轉(zhuǎn)座現(xiàn)在是1頁\一共有33頁\編輯于星期三沒有遺傳重組就沒有進化現(xiàn)在是2頁\一共有33頁\編輯于星期三沒有遺傳重組就沒有進化現(xiàn)在是3頁\一共有33頁\編輯于星期三重組同源重組(homologousrecombination)或普遍性重組（generalizedrecombination）真核生物中發(fā)生在減數(shù)分裂期位點特異性重組(site-specificrecombination)轉(zhuǎn)座重組：轉(zhuǎn)座子模板選擇（copychoice）RNA病毒現(xiàn)在是4頁\一共有33頁\編輯于星期三重組同源重組(homologousrecombination)或普遍性重組（generalizedrecombination）真核生物中發(fā)生在減數(shù)分裂期位點特異性重組(site-specificrecombination)

轉(zhuǎn)座重組：轉(zhuǎn)座子模板選擇（copychoice）RNA病毒現(xiàn)在是5頁\一共有33頁\編輯于星期三同源重組現(xiàn)在是6頁\一共有33頁\編輯于星期三Holliday模型分支端化（branchmigration）現(xiàn)在是7頁\一共有33頁\編輯于星期三Holliday模型的疑問Holliday模型能夠較好解釋同源重組現(xiàn)象，但也存在問題。該模型認(rèn)為進行重組的兩個DNA分子在開始時需要在對應(yīng)鏈相同位置上發(fā)生斷裂。DNA分子單鏈斷裂是經(jīng)常發(fā)生的事，但如何保證兩個分子能在同一位置發(fā)生斷裂？現(xiàn)在是8頁\一共有33頁\編輯于星期三同源重組的RecBCD途徑Chi位點(5’-GCTGGGTGG-3’)是目前發(fā)現(xiàn)的主要的重組熱點。E.coli平均每5000bp就有一個Chi位點，含有大約1000個Chi位點，亦即每五個基因就有一個Chi位點，這些Chi位點中很多在細(xì)菌的接合和轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中作為重組熱點而刺激同源重組的發(fā)生。現(xiàn)在是9頁\一共有33頁\編輯于星期三位點特異性重組位點特異性重組是在專一酶的作用下，在DNA特異性序列之間進行重組。此過程往往發(fā)生在一個特定的短的（20-200bp）DNA序列內(nèi)（重組位點）。噬菌體溶原途徑的整合、抗體基因的重排等都是位點特異性重組?，F(xiàn)在是10頁\一共有33頁\編輯于星期三位點特異性重組與同源重組的區(qū)別位點特異性重組同源重組位點同源短序列同源大片段酶、蛋白專一的酶RecA斷裂特異位點隨機現(xiàn)在是11頁\一共有33頁\編輯于星期三重組位點的特性每個重組位點由一對對稱排列的重組酶識別序列構(gòu)成，識別序列中間是一個短的不對稱序列，稱為交換區(qū)（crossoverregion），DNA的斷裂和重新連接就發(fā)生在交換區(qū)。現(xiàn)在是12頁\一共有33頁\編輯于星期三λ噬菌體DNA的整合與切除最早研究清楚的位點特異性重組是λ噬菌體DNA在宿主染色體上的整合與切除。λ噬菌體DNA進入宿主大腸桿菌細(xì)胞后存在溶源和裂解兩條途徑，二者的最初過程是相同的，都要求早期基因的表達，為溶源和裂解途徑的歧化做好準(zhǔn)備。兩種生活周期的選擇取決于CI和Cro蛋白相互拮抗的結(jié)果。CI蛋白抑制除自身外所有噬菌體基因的轉(zhuǎn)錄，如果CI蛋白占優(yōu)勢，溶源狀態(tài)就得到建立和維持。Cro蛋白抑制CI基因的轉(zhuǎn)錄，它占優(yōu)勢噬菌體即進入繁殖周期，并導(dǎo)致宿主細(xì)胞裂解?，F(xiàn)在是13頁\一共有33頁\編輯于星期三現(xiàn)在是14頁\一共有33頁\編輯于星期三λ噬菌體的整合λ噬菌體DNA編碼的λ整合酶(λintegrase,Int)能指導(dǎo)噬菌體DNA插入E.coli染色體DNA中。λ整合酶在λ噬菌體與宿主的兩個特定位點之間催化重組的進行，這兩個特異重組位點稱為附著位點(att)。噬菌體的附著位點attP長度240bp，以POP’表示；細(xì)菌相應(yīng)的附著位點attB只有23bp，以BOB’表示。二者含有共同的核心序列15bp（O區(qū)）?，F(xiàn)在是15頁\一共有33頁\編輯于星期三現(xiàn)在是16頁\一共有33頁\編輯于星期三現(xiàn)在是17頁\一共有33頁\編輯于星期三轉(zhuǎn)座重組有一種異常的重組類型，是一段DNA序列插入到另一段DNA序列中，而不依賴于序列同源性。這種使某些元件從一個位置向其他位置的移動方式是轉(zhuǎn)座(transposition)。這段可以發(fā)生轉(zhuǎn)座的DNA元件，稱為轉(zhuǎn)座子(transposon)轉(zhuǎn)座中涉及的機制依賴于DNA鏈的切割和重接，因此與重組過程聯(lián)系起來。轉(zhuǎn)座重組會破壞染色體上基因的排列順序?，F(xiàn)在是18頁\一共有33頁\編輯于星期三轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)40年代，美國遺傳學(xué)家BarbaraMcClintock在研究玉米的遺傳因子時發(fā)現(xiàn)，某些基因活性受到一些能在不同染色體間轉(zhuǎn)移的控制因子（controllingelement）所決定。這一發(fā)現(xiàn)與當(dāng)時傳統(tǒng)的遺傳學(xué)觀點相抵觸，因而不被學(xué)術(shù)界所普遍接受。60年代后期，美國青年細(xì)菌學(xué)家JamesShapiro在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)一種由插入序列所引起的多效突變，之后又在不同實驗室發(fā)現(xiàn)一系列可轉(zhuǎn)移的抗藥性轉(zhuǎn)座子，才重新引起人們重視。1983年McClintock被授予諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎，距離她公布玉米控制因子的時間已有32年之久。現(xiàn)在是19頁\一共有33頁\編輯于星期三所有生物的基因組中均有轉(zhuǎn)座子現(xiàn)在是20頁\一共有33頁\編輯于星期三轉(zhuǎn)座子的特點轉(zhuǎn)座子是不必借助同源序列就可以移動的片斷,即轉(zhuǎn)座作用與供體和受體的序列無關(guān);原核生物和真核生物都有轉(zhuǎn)座子;轉(zhuǎn)座序列可沿染色體移動,甚至在不同染色體間跳躍(跳躍基因)轉(zhuǎn)座子對基因組而言是一個不穩(wěn)定因素，它可導(dǎo)致宿主序列刪除、倒位或易位，并且其在基因組中成為“可移動的同源區(qū)”。位于不同位點的兩個拷貝轉(zhuǎn)座子之間可以發(fā)生交互重組，從而造成基因組不同形式的重排。有些轉(zhuǎn)座子與基因組的關(guān)系猶如寄生，它們的功能只是為了自身的擴增與繁衍，因此被稱為是自私的DNA?，F(xiàn)在是21頁\一共有33頁\編輯于星期三轉(zhuǎn)座子類型有三類轉(zhuǎn)座因子:DNA轉(zhuǎn)座子.類病毒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子和反轉(zhuǎn)錄病毒.聚腺苷酸反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子,也稱非病毒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子現(xiàn)在是22頁\一共有33頁\編輯于星期三DNA轉(zhuǎn)座子DNA轉(zhuǎn)座子上攜帶作為重組位點的DNA序列，以及參與重組的蛋白質(zhì)的基因（轉(zhuǎn)座酶基因）。轉(zhuǎn)座子兩端的重組位點以反向重復(fù)排列（25-幾百bp），并且?guī)в兄亟M酶（轉(zhuǎn)座酶，transposases；有時稱整合酶，integrases）識別序列。靶重復(fù)序列（targetsiteduplications）是緊鄰在轉(zhuǎn)座子兩端的短的重復(fù)序列（2-20bp），為正向排列；產(chǎn)生于重組過程。5’-CCCAGAC-3’3’-GGGTCTG-5’5’-GTCTGGG-3’3’-CAGACCC-5’5’-ATAGCCTGA-3’3’-TATCGGACT-5’5’-ATAGCCTGA-3’3’-TATCGGACT-5’現(xiàn)在是23頁\一共有33頁\編輯于星期三最簡單的細(xì)菌轉(zhuǎn)座子——插入序列產(chǎn)生于重組過程現(xiàn)在是24頁\一共有33頁\編輯于星期三靶重復(fù)序列的形成現(xiàn)在是25頁\一共有33頁\編輯于星期三轉(zhuǎn)座子帶有自身的轉(zhuǎn)座酶的基因，除此之外也可能會攜帶一些其它基因（編碼的蛋白質(zhì)可能調(diào)控轉(zhuǎn)座或為轉(zhuǎn)座子或宿主細(xì)胞提供一些價值的功能）現(xiàn)在是26頁\一共有33頁\編輯于星期三轉(zhuǎn)座作用的機制按轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座過程是否發(fā)生復(fù)制，可分為：非復(fù)制轉(zhuǎn)座(nonreplicativetransposition)：又稱為保留性轉(zhuǎn)座(conservativetransposition)，轉(zhuǎn)座子從原來位置上切除下來轉(zhuǎn)入新的位置，其兩條鏈均被保留。復(fù)制轉(zhuǎn)座(replicativetransposition)：則在形成靶部位與轉(zhuǎn)座子連接中間體后即進行復(fù)制。通過復(fù)制使原來位置與新的靶部位各有一個轉(zhuǎn)座子?，F(xiàn)在是27頁\一共有33頁\編輯于星期三復(fù)制式轉(zhuǎn)座如Tn3非復(fù)制式轉(zhuǎn)座如Tn10現(xiàn)在是28頁\一共有33頁\編輯于星期三類病毒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子/反轉(zhuǎn)錄病毒帶有反向終端重復(fù)序列.反向終端重復(fù)序列嵌入在較長的正向排列的重復(fù)序列(長末端重復(fù)序列,longterminalrepeatsLTR)中；帶有靶位點重復(fù)序列；類病毒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子編碼兩種移位所需的蛋白：轉(zhuǎn)座酶和反轉(zhuǎn)錄酶。類病毒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子和反轉(zhuǎn)錄病毒的區(qū)別在于：反轉(zhuǎn)錄病毒的基因組被包裝到病毒顆粒內(nèi)，離開宿主細(xì)胞再去感染新的細(xì)胞；類病毒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子只能移位到一個新的DNA位點，不會離開宿主細(xì)胞現(xiàn)在是29頁\一共有33頁\編輯于星期三現(xiàn)在是30頁\一共有33頁\編輯于星期三聚腺苷酸反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子不含終端反向重復(fù)序列；它的兩端含有完全不同的序列:5‘UTR(untranslatedregion),3’UTR(untranslatedregion)和poly-A序列；兩端也有短的靶重復(fù)序列（targetsiteduplications）;帶有