1、2022-4-30同源重组的分子机制2同源重组的分子机制同源重组的分子机制2同源重组的分子机制2上一课重点内容回顾上一课重点内容回顾四分子分析四分子分析非顺序四分子遗传分析非顺序四分子遗传分析顺序四分子遗传分析顺序四分子遗传分析着丝粒作图原理与方法着丝粒作图原理与方法两个基因作图原理与方法两个基因作图原理与方法相关概念：相关概念：四分子、顺序四分子、第一次分裂分离四分子、顺序四分子、第一次分裂分离(MI模式模式)、第二次分裂分离第二次分裂分离(MII模式模式)、子囊型、子囊型(PD、NPD和和T)同源重组的分子机制2第六章第六章 同源重组的分子机制同源重组的分子机制同源重组的分子机制2同源重组
2、：依赖大范围的同源重组：依赖大范围的DNADNA同源序列的联会同源序列的联会，重组过，重组过程中，两个染色体或程中，两个染色体或DNADNA分子交换对等的部分。分子交换对等的部分。 例：例：同源染色体非姐妹单体交换；同源染色体非姐妹单体交换； 细菌的转化、转导、接合；细菌的转化、转导、接合； 噬菌体的重组噬菌体的重组一、概一、概念念条件：条件： 2个个DNA分子序列同源；分子序列同源；不同物种同源重组所需的最小的同源序列不同；不同物种同源重组所需的最小的同源序列不同；同源重组的分子机制2解释同源重组分子机制的模型：解释同源重组分子机制的模型：断裂和重接模型断裂和重接模型 1937年，年，Dar
3、lington提出；提出；模板选择复制模型（模板选择复制模型（copy choice ） Belling J.首先提出，首先提出，1933年又撤回；年又撤回； 1948年，年，Hershey再次提出；再次提出；霍利迪霍利迪(Holliday)模型模型 1964年年Robin Holliday提出；提出； Meselson-Radding模型模型 1975年年Meselson Radding提出；提出；同源重组的分子机制同源重组的分子机制同源重组的分子机制2第四章第四章 同源重组的分子机制同源重组的分子机制同源重组的分子机制2断裂重接模型和模板选择复制模型存在的问题断裂重接模型和模板选择复制模型
4、存在的问题断裂重接模型：断裂重接模型：不能解释基因转变和极化子现象；不能解释基因转变和极化子现象；模板选择复制模型：模板选择复制模型： (1) 违背了半保留复制；违背了半保留复制； (2) DNA复制在复制在S期，重组在偶线期，不应同时发生；期，重组在偶线期，不应同时发生； (3)不能解释不能解释3线和线和4线交换；线交换；同源重组的分子机制2二、二、Holliday模型模型依据：基因转变依据：基因转变证据：细菌重组证据：细菌重组chi结构结构同源重组的分子机制2( (一一) )、过程、过程1. 同源的非姐妹染色单体联同源的非姐妹染色单体联会会;2. DNA内切酶在非姐妹染内切酶在非姐妹染色单
5、体的相同位置同时切开色单体的相同位置同时切开两个方向相同的一条单链；两个方向相同的一条单链；3. 切开的单链交换重接切开的单链交换重接;4. 形成交联桥结构；形成交联桥结构；5. 分支迁移：形成一大段异分支迁移：形成一大段异源双链源双链DNA(Holliday结构结构)6. 绕交联桥旋转绕交联桥旋转1800，形成，形成Holliday异构体；异构体；7. 切开与重接：切开与重接： 左右切，形成非重组体左右切，形成非重组体 上下切，形成重组体。上下切，形成重组体。12345 67旋转旋转1800 无论无论 Holliday 结构断裂是否导致旁侧遗传标结构断裂是否导致旁侧遗传标 记的重组，它们都含
6、有一个记的重组，它们都含有一个异源双链区异源双链区。同源重组的分子机制2同源重组的分子机制2支持支持Holliday遗传重组模型的证据：遗传重组模型的证据： 1、形态学上，、形态学上，Holliday中间体中间体(Chi 结构结构)的电镜照片；的电镜照片；同源重组的分子机制2 两个环状两个环状DNA分子配对、断裂、重接形成分子配对、断裂、重接形成“8”字字型结构中间物，根据切割的位置不同，可分别形成两型结构中间物，根据切割的位置不同，可分别形成两个亲本环、大的单体环或者是滚环结构，个亲本环、大的单体环或者是滚环结构，也可以形成也可以形成“” 结构。结构。Holliday模型同样适用于环状模型同
7、样适用于环状DNA间的重组间的重组同源重组的分子机制22同源重组的分子机制2同源重组的分子机制2支持支持Holliday遗传重组模型的证据：遗传重组模型的证据： 1、形态学上，、形态学上，Holliday中间体中间体(Chi 结构结构)的电镜照片；的电镜照片； 2、异源双链形成时，产生碱基错配导致与重组相关联、异源双链形成时，产生碱基错配导致与重组相关联 的的基因转变基因转变的发生；的发生；同源重组的分子机制21、异常分离与基因转变、异常分离与基因转变 粗糙脉孢菌：粗糙脉孢菌： pdxp：酸度敏感的酸度敏感的VB6依赖型依赖型 pdx： 酸度不敏感的酸度不敏感的VB6依赖型依赖型( (二二)
8、)、基因转变及其分子机理、基因转变及其分子机理同源重组的分子机制2 + pdxp pdx +孢子对孢子对子囊子囊1 + pdxppdx + + +pdx +2 + +pdx + + pdxp + pdxp3 + pdxp + +pdx + + +4pdx + + pdxp pdx +pdx +585个子囊中个子囊中?同源重组的分子机制2- - +- - + + - - - +- - + + - - - +- - + + - - - +- - + + - - - - - + + - - - +- - -+ + - - - +- - + - -+ - -基因转变基因转变(gene conversi
9、on)：一个基因转变为它的等位基一个基因转变为它的等位基因的遗传学现象（源于基因内重组）。因的遗传学现象（源于基因内重组）。同源重组的分子机制2粪生粪壳菌粪生粪壳菌(Olive): g+ g -+-+-6:2 ( (或或 2:6) )+-+-5:3 ( (或或 3:5) )+-+-3:1: :1:3+-+?-+?-半染色单体转变半染色单体转变染色单体转变染色单体转变120/200000 100/200000 16/200000同源重组的分子机制2在在5：3和和6：2分离的子囊中，约有分离的子囊中，约有30%也在也在g基因两侧基因两侧 发生重组；发生重组；发生基因转变的子囊中，基因转变和遗传重组
10、都发生发生基因转变的子囊中，基因转变和遗传重组都发生 于同样的两个染色单体上的子囊的比例高达于同样的两个染色单体上的子囊的比例高达90%；2 2、基因转变的分子机制、基因转变的分子机制基因转变的实质：基因转变的实质：重组过程中留下的重组过程中留下的局部异源双局部异源双链区链区，在细胞内的修复系统识别下不同的修复产，在细胞内的修复系统识别下不同的修复产生的结果；生的结果；同源重组的分子机制2同源重组的分子机制2同源重组的分子机制2ababABABCTGA异源双链异源双链区区D/dD/d左右切左右切同源重组的分子机制2aBaBAbAbTCGA异源双链异源双链区区D/dD/d上下切上下切同源重组的分
11、子机制2AAaaGACTBBbbAAaabbBBGATC同源重组的分子机制2同源重组的分子机制2 Holliday 模型中，由于重组而产生的异源双链区存在模型中，由于重组而产生的异源双链区存在不配对碱基，可被细胞内的修复系统能够识别并以一条链不配对碱基，可被细胞内的修复系统能够识别并以一条链为模板进行切除修复：为模板进行切除修复：(1). 两个杂种分子均未得到校正，两个杂种分子均未得到校正，有丝分裂后分离形成有丝分裂后分离形成4:4或或 3:1:1:3的异常孢子分离比，属于半染色单体转变；的异常孢子分离比，属于半染色单体转变；(2). 一个杂种分子得到校正，另一条未校正，一个杂种分子得到校正，
12、另一条未校正，有丝分裂后有丝分裂后分离形成分离形成 5:3 或或 3:5 的分离比，属于半染色单体转变；的分离比，属于半染色单体转变；(3). 两个杂种分子都被校正到同一种类型，两个杂种分子都被校正到同一种类型，有丝分裂后分有丝分裂后分离形成离形成 6:2或或2:6 的分离比，属于染色单体转变；的分离比，属于染色单体转变；(4). 两个杂种分子都被校正到不同类型，两个杂种分子都被校正到不同类型，有丝分裂后分离有丝分裂后分离形成形成 4:4 分离比，未出现基因转变；分离比，未出现基因转变；同源重组的分子机制2 Holliday 模型中为对称的杂合双链，而实际情况有模型中为对称的杂合双链，而实际情
13、况有不均等分离现象，不均等分离现象，1975年年Meselson-Radding 提出模型解提出模型解释这种不对称重组现象；释这种不对称重组现象；三、三、Meselson Radding模模型型同源重组的分子机制2修复校正：修复校正：若一个杂种分子若一个杂种分子被校正为野生型被校正为野生型(突变型突变型)，另一个另一个未被校正未被校正同源重组的分子机制2+/+/g+/g g/g+g+gg+g+ gg修复校正修复校正：若一个杂种分子若一个杂种分子被校正为野生型被校正为野生型，另一个，另一个未被校正未被校正+g+ gg+g gg三型子囊三型子囊四型子囊四型子囊同源重组的分子机制2+/+/g+/g
14、g/g+g+gggg+gg+g gg修复校正修复校正：若一个杂种分子若一个杂种分子被校正为突变型被校正为突变型，另一个，另一个未被校正未被校正+ggg+ gg+ggg gg三型子囊三型子囊四型子囊四型子囊同源重组的分子机制2Meselson-Radding 模型模型困难困难非对称的异源双链非对称的异源双链区区对称的异源双链区对称的异源双链区同源重组的分子机制2同源重组的分子机制2负干涉：负干涉：两个邻近基因，或者是同一基因不同突变点间，两个邻近基因，或者是同一基因不同突变点间，双交换的频率比预期高，并发系数双交换的频率比预期高，并发系数C1，即一个区域，即一个区域的交换引起邻近区域交换的增加；
15、的交换引起邻近区域交换的增加；局部负干涉：局部负干涉：有些噬菌体、细菌或真菌的某些局部位点有些噬菌体、细菌或真菌的某些局部位点明显的出现负干涉的现象；明显的出现负干涉的现象；(五五) 基因转变与高度负干涉基因转变与高度负干涉基因转变时的高度负干涉：基因转变时的高度负干涉：伴随重组的基因转换常常能伴随重组的基因转换常常能模仿双交换的结果，仿佛是一次交换增加了附近基因交模仿双交换的结果，仿佛是一次交换增加了附近基因交换的几率；换的几率；同源重组的分子机制2共转变：共转变：子囊中几个相近位点同时发生转换的现象；子囊中几个相近位点同时发生转换的现象； m1 + m1 + m1 + m1 + m1 + + + m1 + + m2 + m2 + m2 m1 + + m2 + m2 + m2 + m2 + m2未转变未转变单转变单转变共转变共转变共转变共转变2022-4-30同源重组的分子机制2
