第7章 基因突變和遺傳重組的分子機(jī)制

1、第第7章章 基因突變和重組基因突變和重組（Gene Mutation and Recombination） 來自百度圖庫來自百度圖庫親代子代的相似性：遺傳？親代子代的相似性：遺傳？親代子代的差異性：變異？親代子代的差異性：變異？自然界生物性狀突變的現(xiàn)象自然界生物性狀突變的現(xiàn)象 人類的白化癥人類的白化癥生理疾病并非上帝的懲罰！生理疾病并非上帝的懲罰！我們需要增強(qiáng)自我認(rèn)識！我們需要增強(qiáng)自我認(rèn)識！變異的種類變異的種類變變異異可遺傳可遺傳不可遺傳不可遺傳突變突變重組重組變異的種類變異的種類基因突變?nèi)旧w畸變?nèi)旧w組突變 突變突變的分類：突變的分類：1.1. 按誘發(fā)突變的因素分突變分為自發(fā)突變和人工突變

2、按誘發(fā)突變的因素分突變分為自發(fā)突變和人工突變兩大類。兩大類。自發(fā)突變自發(fā)突變（spontaneous mutationspontaneous mutation）是微生物未經(jīng)）是微生物未經(jīng)人為誘變劑處理或雜交等生物工程手段而自然發(fā)生人為誘變劑處理或雜交等生物工程手段而自然發(fā)生的突變。的突變。誘發(fā)突變誘發(fā)突變（induce mutation）是人為用化學(xué)、物理）是人為用化學(xué)、物理誘變劑處理微生物而引起的突變。誘變劑處理微生物而引起的突變。 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA，它是基因的載，它是基因的載體。體。DNA不管是在細(xì)胞核或是在細(xì)胞質(zhì)不管是在細(xì)胞核或是在細(xì)胞質(zhì)中，只要其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，

3、一般都會中，只要其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，一般都會使遺傳性狀改變。使遺傳性狀改變?；蛲蛔兓蛲蛔兪侵甘侵窪NA特定部位上核苷酸序列特定部位上核苷酸序列的變化，致使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變，最后導(dǎo)的變化，致使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變，最后導(dǎo)致個(gè)體表型的不同。致個(gè)體表型的不同。7.1 基因突變的類型基因突變的類型 7.2 突變發(fā)生的機(jī)理突變發(fā)生的機(jī)理7.3 保證遺傳穩(wěn)定的機(jī)制保證遺傳穩(wěn)定的機(jī)制7.4 基因重組交換的分子機(jī)制基因重組交換的分子機(jī)制本章內(nèi)容本章內(nèi)容 dNt deletion or insertion = 3x dNt n x Amino acid = 3x dNt Frameshift 7.1.1 點(diǎn)突變

4、點(diǎn)突變 (Point mutation )transition(轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換) Py Py Pu Pu transvertion(顛換顛換) Py Pu 7.1 基因突變的類型基因突變的類型 轉(zhuǎn)換突變轉(zhuǎn)換突變（transition mutation）：嘧啶被嘧啶替換或嘌呤被嘌呤替換（AG;CT）；顛換突變顛換突變（transversion mutation）：嘧啶被嘌呤替換或嘌呤被嘧啶替換（A C; G T）。 雙鏈雙鏈DNA的置換的置換 單鏈單鏈DNA的置換的置換 （實(shí)線為轉(zhuǎn)換，虛線為顛換）（實(shí)線為轉(zhuǎn)換，虛線為顛換） conversion effect -Samesense mut. GAA(E

5、) GAG(E) -Missense mut. GAA(E) AAA(K) -Nonsense mut. GAA(E) TAA(stop) 突變的表達(dá)類型突變的表達(dá)類型 -獲得突變型是遺傳學(xué)研究的重要前提獲得突變型是遺傳學(xué)研究的重要前提 -非條件型突變；非條件型突變； allele in DNA level (RFLP, RAPD) allele in phenotype (紅花紅花/白花，糯白花，糯/非糯非糯) 條件型突變；條件型突變； 突變的表現(xiàn)突變的表現(xiàn) = 突變基因型突變基因型 + 誘導(dǎo)條件誘導(dǎo)條件 （光，溫敏感不育，（光，溫敏感不育，Ts, su-） 同義突變（同義突變（synony

6、my mutationsynonymy mutation）和沉默突變）和沉默突變（silent mutationsilent mutation）是指是指DNADNA分子上的遺傳密分子上的遺傳密碼由于置換而成為新的密碼子，但是這種新密碼由于置換而成為新的密碼子，但是這種新密碼子構(gòu)成的氨基酸與原有密碼子所構(gòu)成的氨基碼子構(gòu)成的氨基酸與原有密碼子所構(gòu)成的氨基酸相同。酸相同。錯(cuò)義突變（錯(cuò)義突變（missense mutationmissense mutation）是新密碼子是新密碼子編寫的氨基酸與原來的密碼子不相同使多肽鏈編寫的氨基酸與原來的密碼子不相同使多肽鏈的氨基酸順序發(fā)生變化。的氨基酸順序發(fā)生變化

7、。無義突變無義突變(nonsense mutation) (nonsense mutation) DNADNA分子上遺分子上遺傳密碼子的堿基發(fā)生置換，結(jié)果由于決定氨基傳密碼子的堿基發(fā)生置換，結(jié)果由于決定氨基酸的密碼子被終止密碼子（酸的密碼子被終止密碼子（UAGUAG）代替，使轉(zhuǎn)）代替，使轉(zhuǎn)譯工作中途停止，難以完成一條完整的多肽鏈譯工作中途停止，難以完成一條完整的多肽鏈的合成，這種肽鏈?zhǔn)菦]有活性的，這種突變屬的合成，這種肽鏈?zhǔn)菦]有活性的，這種突變屬 原序列原序列 5-AUG CCU UCA AGA UGU GGG Met Pro Ser Arg Cys Gly堿堿 (1)同義突變同義突變 5-

8、AUG CCU UCA AGA UGU GGA基基 Met Pro Ser Arg Cys Gly置置 (2)錯(cuò)義突變錯(cuò)義突變 5- AUG CCU UCA GGA UGU GGA換換 Met Pro Ser Gly Cys Gly (3)無義突變無義突變 5- AUG CCU UCA AGA UGA GGA Met Pro Ser Arg 7.1.2 移碼突變移碼突變DNA分子中的每一個(gè)堿基都是三聯(lián)密碼中分子中的每一個(gè)堿基都是三聯(lián)密碼中的一個(gè)成員，而且遺傳信息為的一個(gè)成員，而且遺傳信息為DNA鏈上排鏈上排列成特定序列的密碼子所控制，在這種堿列成特定序列的密碼子所控制，在這種堿基序列中有一個(gè)或

9、幾個(gè)堿基增加或減少而基序列中有一個(gè)或幾個(gè)堿基增加或減少而產(chǎn)生的變異，稱產(chǎn)生的變異，稱移碼突變移碼突變（frame-shift mutation）。）。移碼突變分插入和缺失移碼突變分插入和缺失。 移碼突變的分類移碼突變的分類 插入插入是指微生物細(xì)胞復(fù)制時(shí)一個(gè)新堿基插入是指微生物細(xì)胞復(fù)制時(shí)一個(gè)新堿基插入DNADNA分子的序列中，由于這個(gè)新堿基加入到某分子的序列中，由于這個(gè)新堿基加入到某個(gè)密碼子中，造成在它之后的個(gè)密碼子中，造成在它之后的DNADNA鏈上堿基全鏈上堿基全部往后移動，使密碼子中的堿基組成發(fā)生變部往后移動，使密碼子中的堿基組成發(fā)生變化，使這些密碼子由化，使這些密碼子由RNARNA的轉(zhuǎn)錄的

10、肽鏈也不相的轉(zhuǎn)錄的肽鏈也不相同，導(dǎo)致突變。同，導(dǎo)致突變。 缺失缺失是在堿基序列中丟失一個(gè)或幾個(gè)堿基。是在堿基序列中丟失一個(gè)或幾個(gè)堿基。 移碼突變其結(jié)構(gòu)造成從改變的堿基開始所移碼突變其結(jié)構(gòu)造成從改變的堿基開始所有其后的密碼子堿基都往后移動，使密碼有其后的密碼子堿基都往后移動，使密碼子從新編組，使多肽鏈上的氨基酸序列發(fā)子從新編組，使多肽鏈上的氨基酸序列發(fā)生很大的改變，將出現(xiàn)明顯的遺傳性狀變生很大的改變，將出現(xiàn)明顯的遺傳性狀變異。異。引起移碼突變的誘變劑：引起移碼突變的誘變劑：主要是主要是吖啶類染料，如吖啶黃、吖啶橙等等。吖啶類染料，如吖啶黃、吖啶橙等等。這類化合物都是平面型的三環(huán)分子，它們的結(jié)這類

11、化合物都是平面型的三環(huán)分子，它們的結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤構(gòu)與一個(gè)嘌呤嘧啶對十分相似。嘧啶對十分相似。能誘發(fā)移碼突變的幾種代表性化合物能誘發(fā)移碼突變的幾種代表性化合物7.2.1 自發(fā)突變自發(fā)突變 7.2.1.1 堿基異構(gòu)式引起堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制過程的錯(cuò)誤復(fù)制過程的錯(cuò)誤 a) 堿基異構(gòu)式堿基異構(gòu)式 A(amino) A(imino) C(a) C(i) G(keto) G(enol) G(k) G(e,i) T(keto) T(enol-2) or T(enol-4) 7.2. 突變發(fā)生的機(jī)理突變發(fā)生的機(jī)理A(a) T(k) A(a, anti) T(k, anti) C(i) C(a, anti)

12、 A(a) A(a, anti) 堿基異構(gòu)式引起堿基異構(gòu)式引起DNA的錯(cuò)配突變的錯(cuò)配突變 C(i) C(a)G(k, syn) G(k, syn) G(k, anti)G(k)7.2.2 誘發(fā)突變誘發(fā)突變 7.2.2.1 物理誘變物理誘變 a) 電離輻射誘變；電離輻射誘變； Co60 ()( ) ray Cs137() () ray H3 () ray P32, S35() ray 衛(wèi)星搭載誘變；衛(wèi)星搭載誘變； 高真空，強(qiáng)輻射，微重力高真空，強(qiáng)輻射，微重力 ()( ) ray穿透性穿透性 （外照射處理）（外照射處理） () () ray非穿透性非穿透性 （內(nèi)標(biāo)記處理）（內(nèi)標(biāo)記處理） dNt電荷

13、及結(jié)構(gòu)改變電荷及結(jié)構(gòu)改變 衛(wèi)星搭載育種衛(wèi)星搭載育種 太空西瓜太空西瓜微重力微重力高真空高真空強(qiáng)射線強(qiáng)射線b) b) 非電離輻射非電離輻射Ultra Violet light (U.V)Ultra Violet light (U.V)-胸腺嘧啶二聚體胸腺嘧啶二聚體(TT dimer )is generated by covalent links between adjacent TT U.V.C T T Adeaminationoxidation U.V.CU A(a)U.V.U.V.H2O H+ + OH-C(a) C(i) A(a)depurination 7.2.2.2 化學(xué)誘變化學(xué)誘變a

14、) 干擾堿基合成的化學(xué)誘變劑干擾堿基合成的化學(xué)誘變劑6-巰基嘌呤巰基嘌呤干擾嘌呤合成干擾嘌呤合成SH5-氨基尿嘧啶氨基尿嘧啶干擾嘧啶合成干擾嘧啶合成 OOH2Nb) b) 堿基類似物堿基類似物(5-BrU)BrBr5-BrU(k) 5-BrU(e)ReplicationBrU(k)BrU(e)ATGCreplication errorA/T G/Cincorporation errorG/C A/TA(a)T(k)5-BrU(k)G(k)5-BrU(e)C(a)mispairingmispairingT(k)A(a)5-BrU(k)G(k)C(e)5-BrU(e)A(a)G(k)G(k)A(a

15、)Replication errorReplication errorIncorporation errorIncorporation error5-BrU(k)5-BrU(e)5-BrU(k) 5-BrU(e)ReplicationBrU(k)BrU(e)GCreplication errorA/T G/Cincorporation errorG/C A/TIn DNABrU(k) BrU(e) (normal) (isoform)BrU(k) BrU(e)難難易易A G G AT C C T HNO2 (Nitrous acid NA) A C GInosine CUracil AXant

16、hine Cdeamination HNO2 c) 堿基修飾誘變劑堿基修飾誘變劑 Base modifying chemical mutagenNH2OH (Hydroxylamine HA 羥胺羥胺)C(i) A(a)HNHHOC(a)HAHNHHHOHNHHOHNHHOHNHHON H羥胺胞嘧啶羥胺胞嘧啶d) 烷化劑烷化劑EMS (Ethyl methane sulfonate)CH3SO-CH2CH3OOMMS CH3SO-CH3OOSM (Sulfur Mustards gas 硫芥子氣硫芥子氣)HS CH2CH2ClCH2CH2Cl誘變效應(yīng)；誘變效應(yīng)； 使堿基多處發(fā)生烷化，導(dǎo)致使堿基

17、多處發(fā)生烷化，導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)變異結(jié)構(gòu)變異敏感敏感位點(diǎn)位點(diǎn)H2NOOOCTN3, C4-N N3, C4-OAGN1, N3, C6-N, N7, C8 N1, C2-N, N3, C6-O, N7, C8H2NONHH Apurination (de-pu)CH3CH2GMPCH3CH2 - OC6-O-烷基嘌呤烷基嘌呤 = TC4-O-烷基胸腺嘧啶烷基胸腺嘧啶 = GG GCH2CH2S-CH2CH2H 烷化堿基烷化堿基電離電離異構(gòu)式異構(gòu)式 錯(cuò)配錯(cuò)配 多功能烷化劑多功能烷化劑DNA分子交聯(lián)分子交聯(lián)畸變畸變G XCOe) 插入誘變劑插入誘變劑AO (Acridine Orange) AO (A

18、cridine Orange) 扁平分子扁平分子EB (Ethidium Bromide)EB (Ethidium Bromide)-ATTTTTCG -TAAAAAGC-A TTTCG -T AAAGC-TAO T-AT EB TTTTCG-TA分子插入分子插入AOE B-ATTTCG -TAAAGC-ATXTTTTCG-TAX AAAAGC-XAAAAGC-7.2.2.3 基因的突變熱點(diǎn)基因的突變熱點(diǎn)基因自發(fā)突變的頻率是一定的基因自發(fā)突變的頻率是一定的不同基因不同基因DNA序列序列不同序列序列不同形成特定排列的形成特定排列的突變熱點(diǎn)頻率不同突變熱點(diǎn)頻率不同玉米玉米 R 粒色粒色I(xiàn) 色素抑制

19、基因色素抑制基因Pr 紫色紫色 Su 非甜非甜 Y 黃色子粒黃色子粒 Sh 飽滿子粒飽滿子粒492/106106/10611/1062.4/1062.2/1061.2/106Mutation Hotpoint Mutation Hotpoint ？a) repetitive seq. / palindromic seq.e.g. Lac. Operon-CTGGCTGGCTGG- b) m5Cc) 不同誘變劑作用位點(diǎn)不同，轉(zhuǎn)座子插入位點(diǎn)不同不同誘變劑作用位點(diǎn)不同，轉(zhuǎn)座子插入位點(diǎn)不同UC m5CT脫氨氧化脫氨氧化復(fù)制時(shí)，模板與新生鏈間滑動錯(cuò)配復(fù)制時(shí)，模板與新生鏈間滑動錯(cuò)配缺失，插入突變?nèi)笔В迦?/p>

20、突變v 事實(shí)上大多數(shù)基因的作用就是決定特定的生化過程，而生化過程才能決定形態(tài)結(jié)構(gòu)v 在這個(gè)意義上說，幾乎所有的基因突變都是生化突變。復(fù)制過程中的錯(cuò)配修復(fù)復(fù)制過程中的錯(cuò)配修復(fù)DNA的損傷修復(fù)的損傷修復(fù)基因的回復(fù)突變基因的回復(fù)突變密碼的簡并密碼的簡并致死突變致死突變多倍體多倍體7.3 保證遺傳穩(wěn)定的機(jī)制保證遺傳穩(wěn)定的機(jī)制DNA mismatch+ - A- -C-DNApol (= 10-8)經(jīng)第二次校正= 10-11錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)(MRSMismatch RepairSystem)錯(cuò)配修復(fù)堿基來源：錯(cuò)配修復(fù)堿基來源：校正活性所漏校的堿基 使復(fù)制的保真性提高102103倍7.3.1 復(fù)制過程中的錯(cuò)配

21、修復(fù)機(jī)制復(fù)制過程中的錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制 (= 10-11)7.3.1.1 錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)（Mismatch repair system）DNA polymeraseHelicase SSB 外切核酸酶外切核酸酶 (和和) 連接酶連接酶MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits mutH, L, S dam geneDNA腺嘌呤甲基化酶腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶甲基化酶)掃描新生鏈中錯(cuò)配堿基識別新生鏈中非 m6A 的GATC序列酶切含錯(cuò)配堿基的新生DNA區(qū)段 （1）組成 DNADNA合成過程中的甲基化變化合成過程中的甲基化變化DNA中的GATC(palindro

22、mic seq.)為m6A甲基化敏感位點(diǎn)平均每2kb左右有一GATC seq.錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)受甲基化的引導(dǎo)錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)受甲基化的引導(dǎo) 甲基化程度的差異a、MutH/MutS 掃描識別錯(cuò)配 堿基和鄰近的GATC序列 切點(diǎn)甲基化GATC中 G的5側(cè) DNA helicase II, SSB, exonuclease I去除包括錯(cuò) 配堿基的片段 DNA polymerase III 和 DNA ligase 填充缺口昂貴的代價(jià)用于保證DNA的準(zhǔn)確性（2） 修復(fù)過程 7.3.1.2 尿嘧啶尿嘧啶-N-糖苷酶系統(tǒng)糖苷酶系統(tǒng) ( ung system )修復(fù)尿嘧啶的來源：修復(fù)尿嘧啶的來源：dUTP的滲入的滲

23、入 胞嘧啶的自發(fā)脫氨氧化胞嘧啶的自發(fā)脫氨氧化A-TAGC-ATCG-TAGC-A CG-U-TAGC-ung-ase GCUU-TAGC-A CG-AP內(nèi)切酶(Apurinase)-TAGC-ATCG-DNApolLigase PR 471aa7.3.2.1 光復(fù)活（photo reactivation ）-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA- 復(fù)制前、不容易出錯(cuò) 400 nm 藍(lán)光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（photolyase）可見光激活7.3.2 DNA的損傷修復(fù)的損傷修復(fù) 復(fù)制前進(jìn)行復(fù)制前進(jìn)行 不易出錯(cuò)不易出錯(cuò) UvrA,

24、 B, C gene 內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶 （Endonucleases） 外切核酸酶外切核酸酶 （Exonuclease） DNA pol Ligase 堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)7.3.2.2 切除修復(fù)切除修復(fù)ABA BCA B CA BCAB螺旋酶Pol 螺旋酶連接酶切補(bǔ)切封7.3.2.3 重組修復(fù)重組修復(fù)（RecombinativeRepair）后復(fù)制修復(fù)、后復(fù)制修復(fù)、E.coli的挽回系統(tǒng)的挽回系統(tǒng)U.V 計(jì)量w.t.UvrA+ RecA+ uvr a-rec a-該系統(tǒng)存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù) Rec-A. gene 以某種方式參與DNA損傷修復(fù) Rec修復(fù)系統(tǒng)比切

25、除修復(fù)系統(tǒng)更有效 目前知道目前知道 Uvr系統(tǒng)負(fù)責(zé)切除二聚體 Rec系統(tǒng)負(fù)責(zé)消除沒有被切除的二聚體 可能造成的后果TT TTAA AATT TTTT TTAA AATT TT變性 E.coli (Rec-A, uvr-a-)D.S. DNAS.S. DNAU.V. 復(fù)制提取 變性復(fù)制過程越過二聚體而在相應(yīng)新鏈上留下缺口二聚體后起始二聚體后起始 修復(fù)時(shí)期的證明 與Rec-A蛋白引起的重組(strand transfer)有關(guān) TT dimer未被修復(fù)，僅表現(xiàn)在后代群體中TT dimer濃度的稀釋 鏈的非準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致突變機(jī)率的增加 修復(fù)相關(guān)機(jī)制修復(fù)相關(guān)機(jī)制:E.coli k12w.t. 500

26、3200uvr-a/Rec-A 8 50Uvr-A/rec-a 3 20uvr-a/rec-a 0.2 1.3存活率為對照存活率為對照37%的的U.V.計(jì)量計(jì)量Genotype (爾格爾格/mm2) TT數(shù)量數(shù)量/107 bp 存在與重組有關(guān)的暗修復(fù)機(jī)制存在與重組有關(guān)的暗修復(fù)機(jī)制 與與Rec-A基因引起的基因引起的strand transfer有關(guān)有關(guān) TT dimer未被修復(fù)，僅表現(xiàn)在后代群體中未被修復(fù)，僅表現(xiàn)在后代群體中TT dimer 濃度的稀釋濃度的稀釋 鏈的非準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致突變機(jī)率的增加鏈的非準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致突變機(jī)率的增加 重組修復(fù) (鏈轉(zhuǎn)移修復(fù)) 復(fù)制后修復(fù) 容易出錯(cuò) RecA, D

27、NApolymerae ligase二聚體后起始 RecA 聚合酶、連接酶重組修復(fù)后的損傷位點(diǎn)可由其它機(jī)制進(jìn)一步修復(fù)7.3.2.4 SOS修復(fù)（修復(fù)（SOS repair）E.coliE.coliE.coli 80% 10 % 100 % mut. 100% 50% 10% 損壞的噬菌體 DNA 在E.coli A被修復(fù) E. coli 的SOS修復(fù)能被U.V.誘導(dǎo) (A & B) SOS 修復(fù)過程有非常高的突變頻率(易出錯(cuò))ABCUV 復(fù)活復(fù)活或或 W復(fù)活復(fù)活（Jean Weigh）（1 1） 實(shí)驗(yàn)證據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)（2） SOS 修復(fù)機(jī)制修復(fù)機(jī)制 SOS 修復(fù)無模板指導(dǎo)的DNA復(fù)制 大劑

28、量的紫外線照射，大量的二聚體產(chǎn)生 SOS系統(tǒng)誘導(dǎo)，錯(cuò)誤潛伏的復(fù)制超越二聚體而進(jìn)行錯(cuò)誤堿基 SOS 修復(fù)只是SOS反應(yīng)的一部分 RecA在SOS反應(yīng)反應(yīng)中起核心作用 RecA與LexA組成調(diào)控環(huán)路DNA 損傷 SOS RecA受LexA的部分抑制RecA-P; 三種功能三種功能 DNA 重組活性重組活性 與與S.S. DNA結(jié)合活性結(jié)合活性 少數(shù)蛋白的少數(shù)蛋白的proteinase活性活性當(dāng)當(dāng)DNA正常復(fù)制時(shí)正常復(fù)制時(shí)（無復(fù)制受阻，無（無復(fù)制受阻，無DNA損傷，損傷， 無無TT dimer） RecA-p不表現(xiàn)不表現(xiàn)proteinase活性活性當(dāng)當(dāng)DNA復(fù)制受阻復(fù)制受阻/ DNA damaged

29、能量大量消耗能量大量消耗細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的RecA-p與與S.S, DNA結(jié)合結(jié)合激活激活RecA-p的的proteinase活性活性修復(fù)損傷修復(fù)損傷LexA-p降解降解RecA-p高效表達(dá)高效表達(dá) 300 times upSOS open當(dāng)當(dāng)DNA復(fù)制度過難關(guān)后復(fù)制度過難關(guān)后SOS repair 是一種是一種error-prone 極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是進(jìn)化中形成的是進(jìn)化中形成的“ 竭盡全力，治病救人竭盡全力，治病救人” 的的措施措施（正常狀態(tài)下，（正常狀態(tài)下，SOS是關(guān)閉的）是關(guān)閉的）RecA-p很快消失很快消失LexA gene onSOS off7.3.2.5

30、. 突變的形成突變的形成DNA未經(jīng)修復(fù)未經(jīng)修復(fù)經(jīng)過修復(fù)經(jīng)過修復(fù) / 校正校正 死亡死亡突變率降低突變率降低傾向差錯(cuò)修復(fù)傾向差錯(cuò)修復(fù) (重組修復(fù)，重組修復(fù)，SOS）避免差錯(cuò)修復(fù)避免差錯(cuò)修復(fù)(光修復(fù)，切補(bǔ)修復(fù)光修復(fù)，切補(bǔ)修復(fù))形成突變形成突變不形成突變不形成突變DNA damaged / mispairing物理誘變，化學(xué)誘變，自發(fā)突變物理誘變，化學(xué)誘變，自發(fā)突變突變是在修復(fù)過程中形成的（非準(zhǔn)確的修復(fù)）突變是在修復(fù)過程中形成的（非準(zhǔn)確的修復(fù)）7.3.3 回復(fù)突變回復(fù)突變 (抑制突變抑制突變)回復(fù)突變回復(fù)突變：突變體突變體經(jīng)過第二次突變又完全地或部分地恢復(fù)為原來的基因型和表現(xiàn)型表現(xiàn)型。表現(xiàn)型：具有特

31、定基因型的個(gè)體，在一定環(huán)境表現(xiàn)型：具有特定基因型的個(gè)體，在一定環(huán)境條件下，所表現(xiàn)出來的性狀特征的總和。條件下，所表現(xiàn)出來的性狀特征的總和。突變體：由于基因突變而表現(xiàn)突變性狀的細(xì)胞突變體：由于基因突變而表現(xiàn)突變性狀的細(xì)胞或個(gè)體，稱為突變體（或個(gè)體，稱為突變體（mutant）或突變型。）或突變型。與突變型相對的概念是野生型（與突變型相對的概念是野生型（wild type）。）。（1）抑制突變發(fā)生的部位）抑制突變發(fā)生的部位基因內(nèi)抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變的基因中基因內(nèi)抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變的基因中基因間抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變基因外的其它基因間抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變

32、基因外的其它 基因中基因中wild typemutant (表現(xiàn)型表現(xiàn)型)正向突變正向突變 (low F.)回復(fù)突變回復(fù)突變 (very low F.正向的正向的110)間接抑制突變間接抑制突變: 不恢復(fù)正向突變基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能不恢復(fù)正向突變基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能,而而 是通過改變其它蛋白質(zhì)的性質(zhì)或表達(dá)水平是通過改變其它蛋白質(zhì)的性質(zhì)或表達(dá)水平 而補(bǔ)償原來突變造成的缺陷而補(bǔ)償原來突變造成的缺陷,從而恢復(fù)野生型從而恢復(fù)野生型（2）野生表型恢復(fù)作用的性質(zhì)）野生表型恢復(fù)作用的性質(zhì)直接抑制突變直接抑制突變: 通過恢復(fù)或部分恢復(fù)原來突變基因產(chǎn)物蛋通過恢復(fù)或部分恢復(fù)原來突變基因產(chǎn)物蛋 白質(zhì)的功能而恢復(fù)野生

33、表型白質(zhì)的功能而恢復(fù)野生表型 （3）回復(fù)突變的分子機(jī)制回復(fù)突變的分子機(jī)制a) AGC (Ser) ACC (Thr) AGC (Ser)b) AGC (Ser) AGG (Arg) AGT (Ser)c) AGC (Ser) AGG (Arg) GGG (Gly) if Ser Glye.g. trp.A-UGG174-GGA210-(w.t.)(K) (G)back mutation (C) （G）-UGC 174-GGA210-UGG174-GAA210-UGC174-GAA210-活性結(jié)構(gòu)活性結(jié)構(gòu)無活性結(jié)構(gòu)無活性結(jié)構(gòu)無活性結(jié)構(gòu)無活性結(jié)構(gòu) (K) (E)活性結(jié)構(gòu)活性結(jié)構(gòu)7.3.3.1 基因

34、內(nèi)抑制基因內(nèi)抑制7.3.3.2 基因間的抑制突變基因間的抑制突變無義突變無義突變-無義抑制突變無義抑制突變錯(cuò)義突變錯(cuò)義突變-錯(cuò)義抑制突變錯(cuò)義抑制突變移框突變移框突變-移框抑制突變移框抑制突變 發(fā)生在發(fā)生在 tRNA基因或與基因或與tRNA功能相關(guān)的基因上功能相關(guān)的基因上a a、基因間的無義抑制突變（、基因間的無義抑制突變（ Nonsense suppressor ）野生型野生型UAG、UGA、UAA三種無義抑制三種無義抑制 50赭石型無義抑制赭石型無義抑制tRNA產(chǎn)生的幾率很低，且抑制效率很低產(chǎn)生的幾率很低，且抑制效率很低AGAUCUArgGlyGGACCUUCUGlyCCUGlyb b、基因

35、間的錯(cuò)義抑制突變、基因間的錯(cuò)義抑制突變( ( Missense suppressor )Glyc、基因間移框抑制突變、基因間移框抑制突變總結(jié)：基因內(nèi)和基因間的錯(cuò)義（無義）、移框抑制突變均總結(jié)：基因內(nèi)和基因間的錯(cuò)義（無義）、移框抑制突變均 由相應(yīng)的錯(cuò)義（無義）、移框突變抑制由相應(yīng)的錯(cuò)義（無義）、移框突變抑制d）Intergenic suppression1 (代謝的補(bǔ)償代謝的補(bǔ)償)e.g. Neurospora+ Asp(鳥氨酸轉(zhuǎn)甲酰磷酸酶鳥氨酸轉(zhuǎn)甲酰磷酸酶)ArgArgNH3CO2ATPCarbamyl phosphate(苯甲酰磷酸苯甲酰磷酸)GlnCO2ATPCarbamyl phosph

36、ate+ ornithineCarbomylornithine(瓜氨酸瓜氨酸)Oct geneUridineUridineCps-ase(氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶)7.3.3.2 基因間抑制基因間抑制 Arg+U+ (Csp+Oct+)w.t.Arg+u (cspOct +)mut.Arg+U+ (cspoct-)back mutant Why ? & How ?Why ? & How ?Intergenic suppression1 (代謝的補(bǔ)償代謝的補(bǔ)償)e.g. Neurospora+ Asp(鳥氨酸轉(zhuǎn)甲酰磷酸酶鳥氨酸轉(zhuǎn)甲酰磷酸酶)ArgArgNH3CO2ATPC

37、arbamyl phosphate(苯甲酰磷酸苯甲酰磷酸)Carbamyl phosphateGlnCO2ATP+ ornithineCarbomylornithine(瓜氨酸瓜氨酸)Oct gene-2-3% 即可催化反應(yīng)即可催化反應(yīng) (oct-)UridineUridineCps-ase-7.4.1 自然界的自然界的DNA分分子均是重組體子均是重組體 (recombinant)變異是生物進(jìn)化的重要因素之一變異是生物進(jìn)化的重要因素之一生物對環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制生物對環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制自然選擇的重要基礎(chǔ)自然選擇的重要基礎(chǔ)7.4 基因重組交換的分子機(jī)制基因重組交換的分子機(jī)制可遺傳的變異；可遺傳的變異；突變

38、突變 （點(diǎn)突變，染色體變異）（點(diǎn)突變，染色體變異）頻率低，突變修復(fù)頻率低，突變修復(fù)突變壓改變?nèi)后w的基因頻率突變壓改變?nèi)后w的基因頻率Pn = (1-P0)n遺傳重組交換遺傳重組交換染色體的自由組合染色體的自由組合染色單體間的交換染色單體間的交換分子克隆和轉(zhuǎn)基因技術(shù)分子克隆和轉(zhuǎn)基因技術(shù)(in vitro)普遍發(fā)生普遍發(fā)生自然界自然界DNA分子分子 均是重組體均是重組體7.4.2 同源重組的假說同源重組的假說a) Breakagerejoining (1930 Darlington)a) Breakagerejoining (1930 Darlington)a bA Ba BA bb) copy-c

39、hoice (1931 Belling)b) copy-choice (1931 Belling)DNA replication in S stage ? recombination in M stage ?c) Breakage rejoining model 的證據(jù)的證據(jù)-1E.coli growing in a medium of C12 & N14 infected with phage of ABC & abcABCabcC12 N14ABCabcDNA分子的交換是斷裂分子的交換是斷裂錯(cuò)接的過程錯(cuò)接的過程ABcabCRare Recom.abcabcABCmostC1

40、3 N15 C12 N14 Breakage rejoining model 的證據(jù)的證據(jù)-2E.coli growing in a medium of C12 & N14 infected with phage of AB & abABC13 N15abC13 N15C12 N14ABabAbaBrareDNA分子的交換與復(fù)制是兩個(gè)不同的過程分子的交換與復(fù)制是兩個(gè)不同的過程aBAbrareABabAbaBmost d) 同源重組的基本特征同源重組的基本特征 涉及同源染色體的同源序列間的聯(lián)會配對涉及同源染色體的同源序列間的聯(lián)會配對 涉及涉及DNA分子在特定的交換位點(diǎn)發(fā)生斷裂分子

41、在特定的交換位點(diǎn)發(fā)生斷裂 和錯(cuò)接的生化過程和錯(cuò)接的生化過程 單鏈單鏈DNA分子或單鏈分子或單鏈DNA末端是交換發(fā)生末端是交換發(fā)生 的重要信號的重要信號e) 同源重組的分子模式同源重組的分子模式1964 Holliday . R Holliday Intermediate1965. Whitehouse Polaron Hybrid DNA modela）交換發(fā)生的相關(guān)事件）交換發(fā)生的相關(guān)事件Synapsis ; paired DNA duplexesRecBC ; nicks made in homologous strands between two DNARecA ; leads to b

42、roken ends move and cross-over to pair with complement in other duplex7.4.3 同源重組的分子機(jī)制同源重組的分子機(jī)制b b）Holliday IntermediateHolliday Intermediate聯(lián)會的染色體聯(lián)會的染色體重組體融合重組體融合Heteroduplex DNAABBAABABABBAHolliday intermediatesABBAA BA BA BA BEndonucleasesaka. resolvases(e.g. RuvC)Products beforeDNA repairHolliday

43、 Intermediate(see Photo inLehninger pg 962)Termed “patch recombinants”c）Meselson-Radding修改后重組模型修改后重組模型HollidayHolliday模型要求在兩個(gè)并排對齊的同源模型要求在兩個(gè)并排對齊的同源DNADNA分子的對應(yīng)位分子的對應(yīng)位點(diǎn)形成單鏈切口，點(diǎn)形成單鏈切口，從而產(chǎn)生游離的單鏈末端。從而產(chǎn)生游離的單鏈末端。在在Meselson-RaddingMeselson-Radding遺傳重組模型中，僅在一個(gè)雙螺旋上遺傳重組模型中，僅在一個(gè)雙螺旋上產(chǎn)生單鏈切口。產(chǎn)生單鏈切口。利用切口處利用切口處3 3-OH

44、-OH合成的新鏈把原有的鏈逐步置換出來，使合成的新鏈把原有的鏈逐步置換出來，使之成為以之成為以5 5P P為末端的單鏈區(qū)。為末端的單鏈區(qū)。隨后游離的隨后游離的DNADNA單鏈侵入另一條單鏈侵入另一條DNADNA雙螺旋中，取代它的同雙螺旋中，取代它的同源單鏈并與其互補(bǔ)鏈配對形成異源雙鏈區(qū)，被置換的單鏈形源單鏈并與其互補(bǔ)鏈配對形成異源雙鏈區(qū)，被置換的單鏈形成成D D環(huán)（環(huán)（D-loopD-loop）。）。D D環(huán)單鏈區(qū)隨后被切除環(huán)單鏈區(qū)隨后被切除, ,兩個(gè)兩個(gè)DNADNA分子在分子在DNADNA連接連接酶的作用下形成酶的作用下形成HollidayHolliday交叉。交叉。與與HollidayHolliday不同，此時(shí)只在一條不同，此時(shí)只在一條DNADNA分子上出現(xiàn)異分子上出現(xiàn)異源雙鏈區(qū)。如果發(fā)生分支遷移，在兩條雙螺旋上均源雙鏈區(qū)。如果發(fā)生分支遷移，在兩條雙螺旋上均出現(xiàn)異源雙鏈區(qū)。隨后發(fā)生的連接