第十章遺傳重組要詳解演示文稿

第十章遺傳重組要詳解演示文稿本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分優(yōu)選第十章遺傳重組要本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分遺傳重組的證明本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分突變和重組是提供進(jìn)化起始物質(zhì)的兩個(gè)過程。突變引起的遺傳改變能引起蛋白質(zhì)中氨基酸序列的變化，該變化引起表型的改變，通過自然選擇發(fā)生作用。重組提供一個(gè)基因組結(jié)構(gòu)的變化，也會(huì)引起表型的變化，也通過自然選擇發(fā)揮作用。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分根據(jù)不同的機(jī)制，可將重組分成4類：同源性重組（homologousrecombination）位點(diǎn)特異性重組（site-specificrecombination）轉(zhuǎn)座重組（transpositionrecombination）異常重組（illegitimaterecombination)本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分第一節(jié)同源性重組同源性重組是發(fā)生在兩個(gè)DNA分子同源區(qū)之間的重組。同源性重組主要是利用DNA序列的同源性識(shí)別重組對(duì)象，由堿基序列提供識(shí)別的特異性。同源性重組最主要特征是相關(guān)的酶可以利用任何一對(duì)同源序列為底物。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分真核生物減數(shù)分裂時(shí)的染色體之間的交換，某些低等真核生物及細(xì)菌的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合，噬菌體的整合等都屬于同源性重組這一類型。在整個(gè)基因組中，同源重組的頻率并不恒定，并且跟染色體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如在異染色體附近遺傳物質(zhì)的交換要受到抑制。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分一、進(jìn)行同源重組的基本條件（1）在交換區(qū)具有相同或相似的序列發(fā)生同源性重組的兩個(gè)區(qū)域的核苷酸序列必須是相同或非常相似的。同源性重組常常只發(fā)生在兩個(gè)DNA分子中的相同部位。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分（2）雙鏈DNA分子之間互補(bǔ)堿基進(jìn)行配對(duì)兩個(gè)DNA分子的鏈之間互補(bǔ)的堿基配對(duì)確保重組只發(fā)生在同樣的基因座之間。在該部位兩個(gè)雙鏈DNA分子通過鏈之間互補(bǔ)的堿基配對(duì)被維系在一起稱為聯(lián)會(huì)。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分（3）重組酶參與重組反應(yīng)的酶保證重組的順利進(jìn)行。重組過程中，每個(gè)分子的鏈?zhǔn)紫葦嗔眩缓筮M(jìn)行修復(fù)和連接，兩個(gè)DNA分子之間發(fā)生交換。重組完成后，重組分子的解離和釋放等過程均是在酶催化下進(jìn)行的。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分（4）異源雙鏈區(qū)的形成同源性重組時(shí)，在兩個(gè)DNA分子之間互補(bǔ)堿基配對(duì)的區(qū)域稱為異源雙鏈區(qū)（heteroduplexregion）。兩個(gè)DNA分子通過一段異源DNA雙螺旋共價(jià)相互連接。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分二、同源性重組的分子模型第一個(gè)被廣泛接受的重組模型是1964年由RobinHolliday提出的Holliday模型。即將發(fā)生重組的兩個(gè)DNA分子同一個(gè)部位的兩個(gè)單鏈的斷裂，從而引發(fā)重組。兩個(gè)斷裂單鏈的游離端彼此交換，形成兩個(gè)異源雙鏈，然后末端連接形成Holliday連接體（HollidayJunction）。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分一旦Holliday連接體形成后，它能進(jìn)行重排從而改變鏈的彼此關(guān)系。這種重排稱為異構(gòu)化，因?yàn)樵诖诉^程中沒有鍵的割裂。一旦形成Holliday連接體后，就能被拆分。是否發(fā)生重組依賴于拆分時(shí)Holliday連接體的構(gòu)象。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分Holliday模型被稱為雙鏈侵入模型，因?yàn)橛捎诿恳粋€(gè)DNA分子的一條鏈侵入到另一個(gè)DNA分子，它解釋了在重組時(shí)兩個(gè)DNA分子的異源雙鏈?zhǔn)侨绾涡纬傻?。Holliday連接體也能通過堿基之間氫鍵的斷裂和再連接而發(fā)生左右移動(dòng)。這個(gè)過程稱為支鏈遷移（branchmigration)本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分Holliday認(rèn)為在DNA分子上存在某些位點(diǎn)，特殊的引發(fā)重組的酶能夠識(shí)別這些位點(diǎn)，確保兩條鏈在相同的部位被切斷。目前還沒有足夠的證據(jù)證明這些位點(diǎn)的存在。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分單鏈侵入模型單鏈侵入模型是對(duì)Holliday模型的修改。在該模型中，兩個(gè)DNA分子中的一個(gè)單鏈在隨機(jī)部位被切斷，然后暴露的末端侵入到另一個(gè)雙鏈DNA分子，發(fā)現(xiàn)它的互補(bǔ)序列以后將替代與它相同的鏈。然后DNA聚合酶將用留下的那條鏈作為模板，填充上侵入鏈所留下的缺口。被替代的鏈被降解，它的殘留末端與另一分子中新合成的DNA鏈相連接形成Holliday連接體。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分Holliday連接體形成以后，就會(huì)產(chǎn)生異構(gòu)化然后拆分。單鏈侵入模型中，異源雙鏈?zhǔn)紫戎辉趦蓚€(gè)DNA分子中的一個(gè)形成。Holliday中間體形成以后通過支鏈遷移能夠在另一個(gè)DNA分子上產(chǎn)生異源雙鏈，這樣就解釋了異源雙鏈?zhǔn)侨绾涡纬傻?。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分雙鏈斷裂修復(fù)模型目前證明通過兩個(gè)DNA分子之中的一個(gè)雙鏈斷裂引發(fā)重組是個(gè)常見的機(jī)制。該模型認(rèn)為參與重組的兩個(gè)DNA分子之一的兩條鏈被核酸內(nèi)切酶切斷，然后在核酸外切酶作用下產(chǎn)生3’單鏈黏性末端。兩個(gè)3’游離末端之一侵入到另一個(gè)雙螺旋的同源區(qū)，置換“供體”雙螺旋的一個(gè)單鏈而形成一段異源雙鏈DNA，并同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)D環(huán)（D-loop）。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分D環(huán)在DNA聚合酶的作用下修補(bǔ)而擴(kuò)展，直至D環(huán)的長(zhǎng)度與“受體”DNA雙螺旋缺口長(zhǎng)度相當(dāng)，互補(bǔ)的兩條單鏈退火。此時(shí)在缺口的兩側(cè)各有一段異源雙鏈DNA，兩個(gè)雜合雙螺旋之間為斷裂的缺口，并且此缺口為供體DNA序列所填充。缺口處雙鏈的完整性可以被以缺口3’端為起始的修補(bǔ)合成來修復(fù)。缺口是被兩次單鏈DNA的合成而修復(fù)的。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分第三節(jié)大腸桿菌重組的分子基礎(chǔ)在分子水平上，重組事件發(fā)生的先后順序是相似的：從一個(gè)已斷裂的分子中產(chǎn)生的單鏈與其對(duì)應(yīng)的雙螺旋發(fā)生作用，配對(duì)區(qū)間擴(kuò)展，重組中間體形成直到核酸內(nèi)切酶解離此兩個(gè)雙螺旋分子。識(shí)別反應(yīng)是重組機(jī)制的不可分割的重要部分，并且只涉及到DNA分子的特定區(qū)域而不是整個(gè)完整的染色體。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分一、chi位點(diǎn)和RecBCD核酸酶在λ噬菌體的一些突變種內(nèi)，存在一些稱為chi的位點(diǎn)。chi位點(diǎn)單一的堿基對(duì)的改變即可激發(fā)重組的發(fā)生。這些位點(diǎn)皆含有一個(gè)恒定的非對(duì)稱的8bp序列：5’GCTGGTGC3’3’CGACCACC5’本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分Chi位點(diǎn)是一個(gè)由基因recBCD編碼的RecBCD酶作用的靶部位。RecBCD酶是一種多功能酶，具有幾種不同的活性。它是一個(gè)強(qiáng)有力的降解DNA的核酸酶，早期被檢定為活性核酸外切酶V，具有解旋酶的活性。RecBCD所介導(dǎo)的解旋和切割可以被用來產(chǎn)生末端，并引發(fā)異源雙鏈的形成。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分二、RecA和Holliday連接體的形成RecA具有兩種相當(dāng)不同的活性:RecA可以促進(jìn)單鏈DNA與其在雙鏈DNA分子中互補(bǔ)的DNA鏈的堿基相配對(duì)。RecA還可以在SOS反應(yīng)中激活蛋白酶。RecA需要單鏈DNA和ATP才能激活蛋白酶。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分RecA能夠利用由RecBCD在Chi位點(diǎn)附近切割所釋放的單鏈3’末端。RecA的DNA操作酶活性可以使一個(gè)單鏈DNA與雙螺.旋中的同源序列發(fā)生置換，這一反應(yīng)被稱為單鏈攝取(single-stranduptake)或單鏈同化(single-strandassimilation)。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第48頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分三、Ruv蛋白和Holliday連接體的拆分大腸桿菌有一組由三個(gè)基因編碼與隨后的重組相關(guān)聯(lián)的蛋白。ruvA和ruvB基因的產(chǎn)物促進(jìn)異源雙鏈的形成。RuvA蛋白可以識(shí)別Holliday連接體的結(jié)構(gòu)，RuvB是一個(gè)腺苷三磷酸酶并可能提供支鏈遷移的動(dòng)力。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第49頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分RuvA在交叉點(diǎn)處與DNA所有的4條鏈相結(jié)合，在交叉點(diǎn)的上游，兩個(gè)RuvB六聚體環(huán)狀結(jié)構(gòu)分別與每個(gè)雙螺旋相結(jié)合。RuvAB蛋白復(fù)合體可以使支鏈以10～20bp的速度遷移。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第50頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第51頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分第三個(gè)基因ruvC編碼一種能夠特異性地識(shí)別Holliday連接體的核酸內(nèi)切酶，此酶可以在體外切斷此種交叉而拆分重組中間體。一個(gè)含4個(gè)堿基的序列提供了RuvC拆分Holliday連接體的熱點(diǎn)。這一序列決定了拆分過程中哪一對(duì)DNA鏈被切斷，從而決定發(fā)生的是補(bǔ)丁型重組（patchrecombination）還是剪接型重組（splicerecombination）。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第52頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第53頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第54頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第55頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分第四節(jié)位點(diǎn)特異性重組位點(diǎn)特異性重組發(fā)生在特殊序列對(duì)之間，這一重組型式最早是在λ噬菌體的遺傳學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)的。λ噬菌體有兩種存在型式：裂解狀態(tài)和溶源狀態(tài)。兩種類型間的轉(zhuǎn)換是通過位點(diǎn)特異性重組實(shí)現(xiàn)的。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第56頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分一、λ噬菌體DNA的整合與切除為了進(jìn)入溶源狀態(tài)，游離的DNA必須整合（intergrate）到細(xì)菌DNA中去；而為了從溶源狀態(tài)向裂解狀態(tài)轉(zhuǎn)化，原噬菌體DNA則必須從細(xì)菌染色體DNA上切除（excise）。整合和切除均通過細(xì)菌DNA和λDNA上特定位點(diǎn)—附著點(diǎn)（attachmentsite，att）之間的重組而實(shí)現(xiàn)。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第57頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分細(xì)菌染色體上的附著點(diǎn)（attλ）稱為attB，含有B、O、和B’三個(gè)序列（BOB’）。突變后可以阻止λDNA的整合。λ噬菌體的附著位點(diǎn)稱attP，由P、O和P’三個(gè)序列組成。其中O序列是attB和attP所共有的，序列完全一致，稱核心序列（coresequence）.是位點(diǎn)特異性重組發(fā)生的地方。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第58頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第59頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分整合反應(yīng)由λ噬菌體int基因的產(chǎn)物整合酶（integrase,Int）催化。Int是一種DNA結(jié)合蛋白，對(duì)POP’序列有強(qiáng)的親和力。整合反應(yīng)還需要一種有大腸桿菌編碼的一種細(xì)菌蛋白，稱為整合宿主因子IHF(integrationhostfactor,IHF)。Int和IHF可以在體外進(jìn)行位點(diǎn)特異性重組。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第60頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第61頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分切除反應(yīng)發(fā)生在原噬菌體兩端的attL和attR之間，產(chǎn)物為λ噬菌體環(huán)狀DNA和細(xì)菌染色體DNA。催化切除反應(yīng)的除了Int和IHF外，還需要一種叫做切除酶（exicisionase,Xis）的蛋白參加，該酶由λ噬菌體的cis基因編碼。Xis對(duì)控制反應(yīng)方向起重要作用，它是切除反應(yīng)所需要的，但卻抑制整合反應(yīng)。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第62頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分整合和切除反應(yīng)所需要識(shí)別的序列對(duì)不相同。整合要求對(duì)attB和attP之間進(jìn)行識(shí)別，但切除要求對(duì)attL和attR識(shí)別。因此位點(diǎn)特異性重組的方向性特征由重組位點(diǎn)的特征所控制。整合和切除反應(yīng)皆需Int和IHF蛋白。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第63頁(yè)；編輯于星期六\12點(diǎn)52分λ噬菌體DNA的整合機(jī)制

λDNA的整合涉及到attB和attP的核心序列DNA鏈的割裂和重接。首先在