第九章遺傳重組的機制演示文稿

第九章遺傳重組的機制演示文稿當前第1頁\共有46頁\編于星期三\9點優(yōu)選第九章遺傳重組的機制當前第2頁\共有46頁\編于星期三\9點2、遺傳重組的類型

1）同源重組

同源染色體間或同源序列之間某區(qū)段的交換。包括真核生生物同源區(qū)段的交換，細菌同源區(qū)段的交換

2）位點專一性重組供體DNA僅整合在受體DNA的某一位點的重組。如噬菌體僅能重組在E.coli的生物素操縱子與半乳糖操縱子之間

3）轉(zhuǎn)座重組一些DNA片段或噬菌體DNA能在大腸桿菌的質(zhì)粒間、DNA間來回轉(zhuǎn)移的重組當前第3頁\共有46頁\編于星期三\9點4）異常重組指一些非法交換、不對等交換現(xiàn)象.如末端連接和鏈的滑動二、同源重組

1、同源重組的分子機制

1）雜合DNA模型1964年Holliday提出，又叫Holliday模型第一步聯(lián)會同源的非姊妹染色單體間聯(lián)會形成聯(lián)會復合體第二步酶切內(nèi)切酶分別在DNA分子上各切開一條單鏈第三步交換重接

當前第4頁\共有46頁\編于星期三\9點第四步形成交聯(lián)橋結(jié)構(gòu)第五步分子遷移，形成Holliday結(jié)構(gòu)第六步分子構(gòu)型變化第七步分子繞交聯(lián)橋旋轉(zhuǎn)1800

第八步Hlliday中間體拆分

2）鏈轉(zhuǎn)移模型Meslson－Radding模型1977年第一步切斷內(nèi)切酶切斷一條鏈第二步鏈置換DNA聚合酶Ⅰ合成新鏈，老鏈被置換當前第5頁\共有46頁\編于星期三\9點當前第6頁\共有46頁\編于星期三\9點第三步單鏈侵入第四步泡的切除第五步鏈的同化第六步異構(gòu)化第七步分子遷移

當前第7頁\共有46頁\編于星期三\9點當前第8頁\共有46頁\編于星期三\9點

2、遺傳重組的酶學機制在遺傳重組過程中，尤其在同源重組中需要recA蛋白和recBC蛋白.recA蛋白又叫重組酶、重組蛋白、X蛋白、依賴于ATP的酶。

recA蛋白由E.coli自身編碼，該基因位于58分鐘處，1058bp，此蛋白有353個氨基酸組成其主要作用是促進同源DNA聯(lián)會，促進DNA分子間單鏈交換形成交聯(lián)橋和Chi結(jié)構(gòu)，此酶有多種特性。當前第9頁\共有46頁\編于星期三\9點

1）單鏈DNA結(jié)合活性，保護單鏈并促進recA與單鏈結(jié)合

2）依賴于單鏈DNA的ATP酶活性3）DNA解旋活性，解開雙螺旋4）NTP酶活性，能水解ATP、GTP、UTP、CTP促進聯(lián)會發(fā)生5）促進互補單鏈復性6）蛋白酶活性和外切酶活性

recBC蛋白：在同源重組中具有核酸酶的作用、切斷Holliday中中間體完成重組。此酶又叫外切核酸酶Ⅴ。在同源重組過程中例如在細菌的接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導過程中都有此酶起作用當前第10頁\共有46頁\編于星期三\9點3、真核生物的遺傳重組真核生物遺傳重組的機制和過程了解的不清楚，目前知道的聯(lián)會復合體結(jié)構(gòu)是遺傳重組的結(jié)果，兩個DNA分子在形成聯(lián)會復合體前是如何接觸的，還沒有更多的了解。但是，在一些真菌如紅色面包霉的非正常的子囊飽子的排列（5：36：2）等情況的出現(xiàn)與異源雙鏈的形成與Holliday模型中的異源雙鏈的形成和修復有關(guān)系，發(fā)生重組修復完全孢子排列正常，不正常修復則出現(xiàn)基因轉(zhuǎn)換，它包括染色單體轉(zhuǎn)換和半染色單體轉(zhuǎn)換。

當前第11頁\共有46頁\編于星期三\9點當前第12頁\共有46頁\編于星期三\9點5：36：2不規(guī)則4：4當前第13頁\共有46頁\編于星期三\9點5：36：2不規(guī)則4：4當前第14頁\共有46頁\編于星期三\9點Ag+Ag+ag+ag+Ag+Ag-ag-ag-

Ag+Ag+ag+ag-Ag-Ag+ag-ag-

非重組孢子對重組孢子對，基因轉(zhuǎn)變非重組孢子對非重組孢子對非重組孢子對重組孢子對，基因轉(zhuǎn)變重組孢子對，基因轉(zhuǎn)變非重組孢子對基因轉(zhuǎn)變伴隨基因重組當前第15頁\共有46頁\編于星期三\9點GCGTACAT+/++/+-/--/-

+/++/++/+-/-+/++/-+/--/-+/++/++/--/-有絲分裂++++----++++++--+++-+---+++++---正常4：46：2不正常4：43：1：1：35：3當前第16頁\共有46頁\編于星期三\9點

基因轉(zhuǎn)換：geneconversion子囊菌的四分體中出現(xiàn)的基因不規(guī)則分離的現(xiàn)象無重組時規(guī)則分離，4：4

有重組無修復時不規(guī)則分離，3：2：1：2半染色單體轉(zhuǎn)換有重組修復不完全時不規(guī)則分離，3：5半染色單體轉(zhuǎn)換有重組修復完全時不規(guī)則分離，2：6染色單體轉(zhuǎn)換4、細菌的同源重組

1）細菌接合過程中的重組

F＋或Hfr細菌環(huán)狀DNA的兩條鏈中的一條解開從5’開始，單鏈進入F細胞，進入的單鏈在細胞中進行復制，然后以雙鏈形式與F－的基因組聯(lián)會，以鏈置換的形式單鏈插入F－的基因組當前第17頁\共有46頁\編于星期三\9點當前第18頁\共有46頁\編于星期三\9點

2）細菌轉(zhuǎn)化過程中的遺傳重組供體DNA以雙鏈形式感染受提細胞供體DNA以雙鏈形式進入受體細胞與受體DNA聯(lián)會供體DNA的一條單鏈侵入受體的DNA中與其中的一條連匯合位置被取代的部分的受體單鏈被降解

DNA聚合酶、聯(lián)接酶作用產(chǎn)生部分雜合雙鏈通過復制產(chǎn)生穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化子

3）轉(zhuǎn)導過程中的遺傳重組由噬菌體攜帶的雙鏈DNA進入受體細胞

DNA以雙鏈形式與受體DNA聯(lián)會局部單鏈侵入，取代受體的DNA片段全部侵入兩次雙鏈交換，產(chǎn)生重組

當前第19頁\共有46頁\編于星期三\9點當前第20頁\共有46頁\編于星期三\9點

5、噬菌體之間的交換重組噬菌體之間的重組屬于同源重組，兩個不同基因型的噬菌體的

DNA首先聯(lián)會，受體DNA的一條鏈出現(xiàn)切口，供體DNA的一條部分降解，供體的一條鏈侵入受體中形成分支DNA，分支移位，最后形成插入式重組體和交換式重組體三、位點專一性重組

1、噬菌體attP位點的結(jié)構(gòu)(POP’)235bpPOP’

GCTTTTTTATACTAA152bp核心序列15bp82bp當前第21頁\共有46頁\編于星期三\9點

2、E.coli的attB位點結(jié)構(gòu)(BOB’)att位點

galBOB’bio

4bpGCTTTTTTATACTAA4bp

3、噬菌體整合的分子機制

1）聯(lián)會噬菌體進入E.coli中自動成為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以此環(huán)狀結(jié)構(gòu)參自身的attP區(qū)與E.coli的attB區(qū)互補聯(lián)會

2)酶的結(jié)合整合酶：(Int)噬菌體的int基因編碼一種DNA結(jié)合蛋白，此酶對POP’有強的親和力，對BOB’也有合力，具有拓撲異構(gòu)酶Ⅰ的活性，即可以DNA切斷再連起來。整合寄主因子：(IHF)由E.coli編碼的一種結(jié)合蛋當前第22頁\共有46頁\編于星期三\9點

蛋白，對attP位點有強的親和力。Int.IHF二者結(jié)合在供體和受體DNA的互補處

3）酶切整合酶在一條鏈的+4位，另一條鏈的-2位切開attB和

attP，形成參差不齊的5’單鏈末端，5’-OH3’-P4)重接切開后瞬間DNA分子發(fā)生旋轉(zhuǎn)，又在整合酶作用下使斷口處連起來。重新連接時斷頭與斷頭之間發(fā)生錯接導致噬菌體整合到E.coli的基因組中噬菌體細菌Int.IHF原噬菌體

POP’(attP)+BOB‘’(attB)BOP’(attL)+POB’(aatR)Int.IHF.Xis

在Int.IHF作用下完成整合作用，但在切離時除Int.IHF參與，還需噬菌體編碼的切除酶（Xis)，在整合過程中沒有DNA的分解也沒有DNA的合成。當前第23頁\共有46頁\編于星期三\9點當前第24頁\共有46頁\編于星期三\9點當前第25頁\共有46頁\編于星期三\9點

四、異常重組

不需要DNA同源序列或彼此同源性很小，重組蛋白、轉(zhuǎn)座酶的重組，是最原始的重組途徑，也是基因組進化的重要途徑。這種途徑可能和癌癥發(fā)生、遺傳性疾病、基因組進化有關(guān)，重組的結(jié)果導致移碼、缺失、倒位、融合、DNA的擴增

1、末端連接指染色體斷裂——融合——橋的循環(huán)的過程。有斷裂末端的兩條染色單體能夠復制、并且，兩個斷端可以融合一個雙著絲粒的染色單體，該染色單體在減數(shù)分裂中斷裂又產(chǎn)生短端，短端又可以融合，產(chǎn)生新的雙著絲粒染色單體，下次減數(shù)分裂時又斷裂

2、鏈的滑動在含有正向重復序列較多的DNA分子或染色體之間發(fā)生的模版鏈與新合成鏈間的錯配當前第26頁\共有46頁\編于星期三\9點五、轉(zhuǎn)座Transposition

轉(zhuǎn)座：遺傳因子改變自身位置的行為轉(zhuǎn)座因子：Transposableelement可移動位置的遺傳因子的總稱轉(zhuǎn)座子：Transposon轉(zhuǎn)座因子的一種類型

1、轉(zhuǎn)座的類型、機制和遺傳效應(yīng)

1）轉(zhuǎn)座的類型復制型轉(zhuǎn)座供體上的轉(zhuǎn)座子被復制，轉(zhuǎn)座后供體上仍存在轉(zhuǎn)座子，需轉(zhuǎn)座酶、解離酶非復制型轉(zhuǎn)座供體上的轉(zhuǎn)座子先釋放出來、然后轉(zhuǎn)到受體后供體上不再存在轉(zhuǎn)座子，只需轉(zhuǎn)座酶供體被破壞或被修復保守型轉(zhuǎn)座供體上的轉(zhuǎn)座子不釋放，供體與受體接觸，然后轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)到受體中去當前第27頁\共有46頁\編于星期三\9點當前第28頁\共有46頁\編于星期三\9點

2）轉(zhuǎn)座的機制切開供體含有Tn3轉(zhuǎn)座子，其Tn3的轉(zhuǎn)座酶可以識別受體質(zhì)粒上的靶序列，在靶序列兩側(cè)各一條單鏈上切一切口，轉(zhuǎn)座酶還可以識別自身兩邊的反向重復序列并在3端’切開連接供體與受體結(jié)合成為共聯(lián)體，使供體切下IS或Tn3

反向重復序列末端和受體粘性末端以共價鍵齊頭相連，形成兩個缺口復制由DNA聚合酶修補復制補上缺口，由連接酶連接，使在IS兩端形成兩個正向重復序列重組在特定位點進行重組，結(jié)果是共聯(lián)體分成兩部分，一部分含有原有的轉(zhuǎn)座子，一部分插入了轉(zhuǎn)座子當前第29頁\共有46頁\編于星期三\9點當前第30頁\共有46頁\編于星期三\9點

3）轉(zhuǎn)座的結(jié)果：轉(zhuǎn)座后原來位置上的轉(zhuǎn)座子保持不變、新的位置上出現(xiàn)轉(zhuǎn)座子、新位置上的轉(zhuǎn)座子兩側(cè)出現(xiàn)正向重復序、既靶位點加倍

4）轉(zhuǎn)座的遺傳效應(yīng)

A、引起插入突變，如果在操縱子上游則引起極性突變

B、插入位上出現(xiàn)新基因

C、增加同源序列的整合，

D、準確切離引起回復突變

E、不準確切離引起染色體畸變

F、改變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)入后促使染色體缺失、倒位

G、調(diào)節(jié)某一基因的活動

H、轉(zhuǎn)座子可帶入新的基因引起變異，利于進化

當前第31頁\共有46頁\編于星期三\9點2、真核生物的轉(zhuǎn)座因子

1）玉米的Ac－Ds系統(tǒng)指玉米細胞中可移動位置的兩個相互作用的因子構(gòu)成的系統(tǒng)。Ac:激活因子Ds:解離因子DsCDsCC

有色無色有色當前第32頁\共有46頁\編于星期三\9點

C為有色基因，位于玉米的號染色體上，只要C存在即為有色破壞了C基因即為無色，Ds基因也位于號染色體上，它可以移動位置到C基因的近旁或插入C基因中，破壞C的作用，它還可從C基因中或近旁再脫離出來，而使C基因又恢復活性，因此，

Ds基因叫做：跳躍基因。但是，Ds基因的活動受位于號染色體上的Ac基因的控制，Ac基因形成一種擴散物質(zhì)作用于Ds基因，轉(zhuǎn)位、脫離的來回循環(huán)形成了玉米的斑點。

Ac的組成：4500bp,反向終端重復序列11bp×2,轉(zhuǎn)座酶基因1個，定位酶基因1個，非編碼區(qū)3個（黑色區(qū)）

Ds-a的組成：僅缺失轉(zhuǎn)座酶序列中的149bp，所以自身不能轉(zhuǎn)座

Ds-b的組成：轉(zhuǎn)座酶中心區(qū)段缺失2522bpDs-c的組成：僅保留了兩個終端重復序列和一小部分非編碼區(qū)當前第33頁\共有46頁\編于星期三\9點當前第34頁\共有46頁\編于星期三\9點

2）酵母的Ty成分指與非重復序列相間而散在分布的重復DNA序列

ENH334bp334bpORF1ORF2

Ty成分長6.3Kb,長末端重復2個，增強子1個，開放閱讀框2

個，可以轉(zhuǎn)錄成1個mRNA,形成2種蛋白質(zhì)。每個細胞中可有

30-35個。Ty轉(zhuǎn)座是DNARNADNA轉(zhuǎn)座逆轉(zhuǎn)錄的DNA才開始轉(zhuǎn)座，此現(xiàn)象叫做返座：指有RNA介導的轉(zhuǎn)座作用。返座子：retroposons被返座的遺傳因子

當前第35頁\共有46頁\編于星期三\9點

3）果蠅的轉(zhuǎn)座子

P因子的發(fā)現(xiàn)：在黑腹果蠅中有P、M兩個品系，當P雌×P雄、M雌×M雄、P雌×M雄、雜交時F1代均為正常，但是當P雄×M雌雜交，F(xiàn)1代卻為雜種劣育表現(xiàn)發(fā)育不全、分離比異常、減數(shù)分裂異常、染色體畸變、高突變率等。進一步研究發(fā)現(xiàn)此雄性果蠅品系體細胞中有導致雜種劣育的因子—P因子

F1劣育的原因:因為在F1的生殖細胞中的P因子能編碼轉(zhuǎn)座酶,

使P因子轉(zhuǎn)座,頻繁轉(zhuǎn)座使生殖腺細胞中的許多基因失活,DNA重排,下代生殖障礙劣育。為什麼M雄、M雌品系為正常呢？因為此二品系中不存在P因子當前第36頁\共有46頁\編于星期三\9點

為什麼P雄、P雌為正常呢？因為二者的細胞質(zhì)內(nèi)存在轉(zhuǎn)座阻礙蛋白，使轉(zhuǎn)座不能發(fā)生?！釶×P♂♀P×M♂♀M×M♂

正常正常正常核中有P因子，質(zhì)核中有P因子，質(zhì)核中無P因子，質(zhì)中有轉(zhuǎn)座阻礙蛋白中有轉(zhuǎn)座阻礙蛋白中無轉(zhuǎn)座阻礙蛋白核中有P因子♂P×M♀F1劣育質(zhì)中無轉(zhuǎn)座阻礙蛋白導致頻繁轉(zhuǎn)座當前第37頁\共有46頁\編于星期三\9點

P因子的結(jié)構(gòu)；2907bp、反向重復序列2個（31bp)、

4個編碼區(qū)（0、1、2、3），3個內(nèi)含子（1、2、3）內(nèi)1內(nèi)2內(nèi)3

反重外0外1外2外3反重體細胞中只有內(nèi)含子1、2能被順利切除，產(chǎn)生包括外顯子0、1、2的功能型mRNA,編碼轉(zhuǎn)座阻礙蛋白。生殖細胞中內(nèi)含子1、2、3都被切除，產(chǎn)生包括外顯子0、1、2、3的成熟mRNA,編碼轉(zhuǎn)座酶。果蠅還有Copia412279TipFB等因子。

3、原核生物的轉(zhuǎn)座因子

1）插入序列(InsertedsequenceIS)

當前第38頁\共有46頁\編于星期三\9點

插入序列本身沒有任何表型效應(yīng)，只帶有與轉(zhuǎn)座有關(guān)的轉(zhuǎn)座酶基因，是一類較小的轉(zhuǎn)座因子，可以從染色體的一個位置轉(zhuǎn)到另一個位置，可以從質(zhì)粒轉(zhuǎn)到染色體上，在E.coli的染色體上和質(zhì)粒上都有插入序列，通過這些同源序列的間的重組，F(xiàn)質(zhì)粒插入染色體上形成Hfr菌株。插入序列有IS1、IS2、IS

3‥‥‥IS11等十余種，長度在768—5700bp之間，共同特征是都有一個轉(zhuǎn)座酶基因，兩端有兩個反向重復序列，在細胞中的拷貝數(shù)不等。