1、基因重组与转座遗传基因重组与转座遗传第十二章o 本章要求o 第一节第一节 DNADNA的重组的重组 DNADNA重组重组接合作用接合作用 (conjugation)(conjugation)转化作用转化作用 (transformation)(transformation)转导作用转导作用 (transduction)(transduction)转转 座座 (transposition)(transposition)同源重组同源重组 (homologous recombination)(homologous recombination)位点特异的重组位点特异的重组(site-specific (
2、site-specific recombination)recombination)第第 一一 节节DNADNA的重组的重组 DNA RecombinationDNA Recombination发生在同源序列间的重组称为发生在同源序列间的重组称为同源重组同源重组(homologous recombination)(homologous recombination)，又称，又称基本重基本重组组。是最基本的。是最基本的DNADNA重组方式，通过链的断裂重组方式，通过链的断裂和再连接，在两个和再连接，在两个DNADNA分子同源序列间进行单分子同源序列间进行单链或双链片段的交换。链或双链片段的交换。
3、一、同源重组一、同源重组重组机制重组机制 o 一一. .交叉理论（交叉理论（chiasmatatype hypothesischiasmatatype hypothesis） 19091909年年JanssensJanssens并提出了交叉型理论并提出了交叉型理论o 二二. .断裂和重接模型断裂和重接模型 19371937年年DarlingtonDarlington提出提出o 三三. .模板选择学说（模板选择学说（copy choice copy choice ） Belling J.Belling J.首先提出的，首先提出的，19331933年他又撤年他又撤回了回了 这一假设。这一假设。o
4、四四 .1948.1948年年HersheyHershey提出模板选择学说提出模板选择学说断裂重接模型和模板选择复制模型的否定断裂重接模型和模板选择复制模型的否定断裂重接模型不能解释基因转变和极化子现象断裂重接模型不能解释基因转变和极化子现象模板选择复制模型存在的问题：模板选择复制模型存在的问题： (1) (1) 违背了半保留复制；违背了半保留复制； (2) DNA(2) DNA复制应在复制应在S S期，重组应在偶线期，期，重组应在偶线期， 不应同时发生。不应同时发生。 (3)(3)不能解释不能解释3 3线和线和4 4线交换。线交换。o 19301930年年WinklerWinkler把真菌中
5、不规则分离现象解释为基因转把真菌中不规则分离现象解释为基因转变（变（conversionconversion）o Lindegren,C.CLindegren,C.C（19491949）报道了酵母有规律的异离常分）报道了酵母有规律的异离常分离现象：交配型离现象：交配型A Aa a的杂交中，有些子囊所含的孢子的杂交中，有些子囊所含的孢子为（为（3A+1a3A+1a），也称为基因转变。），也称为基因转变。o 5050年代中期年代中期Mitchell,M. B. Mitchell,M. B. 异常分离不是由于整个染异常分离不是由于整个染色体的异常行为，而是由于特定位点的色体的异常行为，而是由于特定位
6、点的“基因转变基因转变”所致，即属于基因内重组。所致，即属于基因内重组。o Olive, E1-AniOlive, E1-Ani和和KitaniKitani等在粪壳菌等在粪壳菌( (Sodaria Sodaria fimicolafimicola) )中也发现了异常分离。认为这种异常分离是中也发现了异常分离。认为这种异常分离是有丝分裂的产物，称为减数后分离有丝分裂的产物，称为减数后分离(postmeiotic (postmeiotic segreation)segreation)基因转变基因转变-与遗传重组有关与遗传重组有关 A g+ A g+ a g+ A g+ 全部校正 4 : 4 a g
7、+ 6 :2 a g 正常分离 正常分离 a g A g+ 未校正 A g+ A g+ a g A g+ a g 部分 a g+ 校正 a g a g+ a g+ 5 : 3 A g+ A g+ 异常 a g+ 4 : 4 分离 A g+ 异常分离 A g A g a g a g A g a g a g a g 图 23-7 基因转变和减数后分离以E.coli的同源重组为例，了解同源重组机制的Holliday模型。Holliday Holliday 模型模型HollidayHolliday模型中，同源重组主要模型中，同源重组主要4 4个关键步骤个关键步骤 两个同源染色体DNA排列整齐一个DNA
8、的一条链断裂、并与另一个DNA对应的链连接，形成Holliday中间体通过分支移动产生异源双链DNAHolliday中间体切开并修复，形成两个双链重组体DNA，分别为：片段重组体片段重组体(patch recombinant)拼接重组体拼接重组体(splice recombinant) 内切酶内切酶 (recBCD)DNA侵扰侵扰(recA)分支迁移分支迁移 (recA) 内切酶内切酶(recBCD) DNA 连接酶连接酶5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 3 3 5 3 5 3 3 5 5 3 5 3 5 3 Hol
9、idayHoliday中间体中间体5 3 5 3 5 3 5 3 目目 录录片段重组体片段重组体 （见模型图左边产物）：（见模型图左边产物）： 切开的链与原来断裂的是同一条链，重组切开的链与原来断裂的是同一条链，重组体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲本体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲本DNADNA。拼接重组体拼接重组体（见模型图右边产物）：（见模型图右边产物）： 切开的链并非原来断裂的链，重组体异源切开的链并非原来断裂的链，重组体异源双链区的两侧来自不同亲本双链区的两侧来自不同亲本DNADNA。 Holiday中间体中间体5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 5 5 3 3 3
10、 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 内切酶内切酶(ruvC)内切酶内切酶(ruvC) DNA连接酶连接酶 DNA连接酶连接酶片段重组体片段重组体拼接重组体拼接重组体目目 录录o HolidayHoliday模型说明了遗传重组过程模型说明了遗传重组过程, ,也说也说明了基因转变的现象明了基因转变的现象二、细菌的基因转移与重组二、细菌的基因转移与重组（一）接合作用（一）接合作用当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时，质粒DNA从一个细胞（细菌）转移至另一细胞（细菌）的DNA转移称为接合作用(conjuga
11、tion)。可接合质粒如可接合质粒如 F F 因子因子(F factor) (F factor) 质粒质粒 细菌染色体外的小型环状双链细菌染色体外的小型环状双链DNADNA分子分子（二）转化作用（二）转化作用通过自动获取或人为地供给外源DNA，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型，称为转化作用 (transformation)。 例：例：溶菌时，裂解的溶菌时，裂解的DNADNA片段被另一细菌摄取。片段被另一细菌摄取。目目 录录（三）转导作用（三）转导作用当病毒从被感染的（供体）细胞释放出来、再次感染另一（供体）细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组即为转导作用(trans
12、duction)。噬菌体的生活史溶菌生长途径(lysis pathway)溶源菌生长途径(lysogenic pathway)例例目目 录录目目 录录THANK YOUSUCCESS2022-5-17可编辑三、位点特异重组位 点 特 异 重 组 ( s i t e - s p e c i f i c recombination) 是由整合酶催化，在两个DNA序列的特异位点间发生的整合。一在aat位点的整合二倒位重组 沙门氏细菌（Salmonella）的相转变 Mu噬菌体G片段的倒位三.免疫球蛋白基因的重排例（一）例（一）噬菌体噬菌体DNADNA的整合的整合o 噬菌体的整合酶识别噬菌体和宿主染色
13、体的特异靶位点发生选择性整合；o 反转录病毒整合酶可特异地识别、整合反转录病毒cDNA的长末端重复序列(long terminal repeat, LTR)。 例例（二）细菌的特异位点重组（二）细菌的特异位点重组沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变 hix为反向重复序列，它们之间的H片段可在Hin控制下进行特异位点重组(倒位)。H片段上有两个启动子P，其一驱动hin基因表达，另一正向时驱动H2和rH1基因表达，反向(倒位)时H2和rH1不表达。rH1为H1的阻遏蛋白基因。 H2鞭毛素鞭毛素 阻遏蛋白阻遏蛋白Hin重组酶重组酶转位片段转位片段hinH2IH1 H1鞭毛素鞭毛素hinH2IDNA启动序
14、列启动序列H1启动序列启动序列沙门氏菌沙门氏菌H H片段倒位决定鞭毛相转变片段倒位决定鞭毛相转变例例（三）免疫球蛋白基因的重排（三）免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白(Ig)，由两条轻链(L链)和两条重链(H链)组成，分别由三个独立的基因族编码，其中两个编码轻链(和)，一个编码重链。 轻链的基因片段：轻链的基因片段：重链的基因片段：重链的基因片段：L V J C L V D J C 重链(IgH)基因的V-D-J重排和轻链(IgL)基因的V-J重排均发生在特异位点上。在V片段的下游，J片段的上游以及D片段的两侧均存在保守的重组信号序列(recombination signal sequence,
15、RSS)。此重排的重组酶基因rag (recombination activating gene)共有两个，分别产生蛋白质RAG1和RAG2。 CACAGTG(12/23)ACAAAAACCGTGTCCAC TGTTTTTGG重组信号序列重组信号序列基因片段基因片段V片段片段J片段片段RSSRSS间插间插DNAOHOHV VJ J单链切开单链切开RAG1RAG2分子内转酯反应分子内转酯反应单链切开单链切开转移核苷酸转移核苷酸修复、连接修复、连接免疫球蛋白基因重排过程免疫球蛋白基因重排过程目目 录录四、转座重组四、转座重组由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座(transposition
16、)。由McClintock（1956）在玉米上首先发现遗传学发展史上的重要里程碑之一。转座子可在染色体组内移动，从一个位点切除，插入到一个新的位点,引起基因的突变或染色体重组。插入序列插入序列(insertion sequences, IS)(insertion sequences, IS)组成：组成：二个分离的反向重复二个分离的反向重复(inverted repeats, IR)(inverted repeats, IR)序列序列特有的正向重复序列特有的正向重复序列 一个转座酶（一个转座酶（transposase)transposase)编码基因编码基因 IRTransposase Gene
17、IR发生形式：发生形式：保守性转座保守性转座(conservative transposition)(conservative transposition)复制性转座复制性转座(duplicative transposition)(duplicative transposition)（一）插入序列转座（一）插入序列转座插入序列的复制性转座插入序列的复制性转座目目 录录转座子转座子(transposons) (transposons) 可从一个染色体可从一个染色体位点转移到另一位点的分散重复序列。位点转移到另一位点的分散重复序列。 转座子组成：转座子组成：反向重复序列反向重复序列转座酶编码基因转
18、座酶编码基因抗生素抗性等有用的基因抗生素抗性等有用的基因IRIRTransposase Gene有用基有用基因因（二）转座子转座（二）转座子转座由转座子介导的转座由转座子介导的转座目目 录录IS-两端有IR，只编码转座酶类转座因子-结构同IS，但不能独立存在，仅作为复合转座子的两端组件复合转座子-两端由IS 或类IS构成，可编码抗抗菌素物质原核TnA转座子家族-两端为IR，可编码转座酶、解离酶和抗性物质AC-Ds-植物（玉米）中的激活-解离因子转座子P 因子-果蝇中父本因子，在MP中导致杂种不育反转录病毒、RNA DNA整合宿主靶DNATyCopia病毒超家族LINSL1（1）有长末端重复序列（2）编码反转录酶或整合酶（3）可含内含子SINSB1/ Alu（1）无重复序列（2）不编码转座子产物（3）无内含子转座因子真核反转录转座子非病毒超家族假基因否定模板选择复制模型的试验否定模板选择复制模型的试验 c mi 轻亲代 + + 重亲代 c + 图 23-4 轻、重标记噬菌体的重组实验 THANK YOUSUCCESS2022-5-17可编辑
