同源重組的分子機制 課件

上一課重點內(nèi)容回顧連鎖與交換規(guī)律兩點測交三點測交

**相關(guān)概念：交換值、重組率、遺傳干涉、并發(fā)系數(shù)、

染色單體干涉等四分子遺傳分析著絲粒作圖兩個連鎖基因作圖**相關(guān)概念：順序四分子、第一次分裂分離（MI模式）、

第二次分裂分離（MII模式）等上一課重點內(nèi)容回顧連鎖與交換規(guī)律上一課重點內(nèi)容回顧四分子分析非順序四分子遺傳分析順序四分子遺傳分析著絲粒作圖原理與方法兩個基因作圖原理與方法相關(guān)概念：四分子、順序四分子、第一次分裂分離(MI模式)、第二次分裂分離(MII模式)、子囊型(PD、NPD和T)上一課重點內(nèi)容回顧四分子分析非順序四分子遺傳分析順序四分子遺哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制第六章同源重組的分哈工大-遺傳學同源重組的分子機制同源重組：依賴大范圍的DNA同源序列的聯(lián)會，重組過程中，兩個染色體或DNA分子交換對等的部分。

例：同源染色體非姐妹單體交換；細菌的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導、接合；噬菌體的重組…一、概念條件：2個DNA分子序列同源；不同物種同源重組所需的最小的同源序列不同；哈工大-遺傳學同源重組的分子機制同源重組：依賴大范圍的DNA哈工大-遺傳學解釋同源重組分子機制的模型：斷裂和重接模型

1937年，Darlington提出；模板選擇復制模型（copychoice）

BellingJ.首先提出，1933年又撤回；

1948年，Hershey再次提出；霍利迪(Holliday)模型

1964年RobinHolliday提出；

Meselson-Radding模型

1975年MeselsonRadding提出；同源重組的分子機制哈工大-遺傳學解釋同源重組分子機制的模型：斷裂和重接模型同源哈工大-遺傳學第四章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第四章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制斷裂重接模型和模板選擇復制模型存在的問題斷裂重接模型：不能解釋基因轉(zhuǎn)變和極化子現(xiàn)象；模板選擇復制模型：

(1)違背了半保留復制；

(2)DNA復制在S期，重組在偶線期，不應同時發(fā)生；

(3)不能解釋3線和4線交換；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制斷裂重接模型和模板選哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制二、Holliday模型依據(jù)：基因轉(zhuǎn)變證據(jù)：細菌重組chi結(jié)構(gòu)哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制二、Holliday(一)、過程1.同源的非姐妹染色單體聯(lián)會;2.DNA內(nèi)切酶在非姐妹染色單體的相同位置同時切開兩個方向相同的一條單鏈；3.切開的單鏈交換重接;4.形成交聯(lián)橋結(jié)構(gòu)；5.分支遷移：形成一大段異源雙鏈DNA(Holliday結(jié)構(gòu))6.繞交聯(lián)橋旋轉(zhuǎn)1800，形成Holliday異構(gòu)體；7.切開與重接：左右切，形成非重組體上下切，形成重組體。12345

67旋轉(zhuǎn)1800

無論Holliday結(jié)構(gòu)斷裂是否導致旁側(cè)遺傳標記的重組，它們都含有一個異源雙鏈區(qū)。(一)、過程1.同源的非姐妹染色單體聯(lián)會;167旋轉(zhuǎn)同源重組的分子機制課件哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制支持Holliday遺傳重組模型的證據(jù)：

1、形態(tài)學上，Holliday中間體(Chi結(jié)構(gòu))的電鏡照片；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制支持Holliday哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制

兩個環(huán)狀DNA分子配對、斷裂、重接形成“8”字型結(jié)構(gòu)中間物，根據(jù)切割的位置不同，可分別形成兩個親本環(huán)、大的單體環(huán)或者是滾環(huán)結(jié)構(gòu)，也可以形成“χ”結(jié)構(gòu)。Holliday模型同樣適用于環(huán)狀DNA間的重組哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制2哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制2哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制支持Holliday遺傳重組模型的證據(jù)：

1、形態(tài)學上，Holliday中間體(Chi結(jié)構(gòu))的電鏡照片；

2、異源雙鏈形成時，產(chǎn)生堿基錯配導致與重組相關(guān)聯(lián)的基因轉(zhuǎn)變的發(fā)生；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制支持Holliday哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制1、異常分離與基因轉(zhuǎn)變粗糙脈孢菌：

pdxp：酸度敏感的VB6依賴型

pdx：酸度不敏感的VB6依賴型(二)、基因轉(zhuǎn)變及其分子機理哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制1、異常分離與基因轉(zhuǎn)哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制

+pdxp

×

pdx+孢子對子囊①②③④1

+pdxppdx+

++pdx+2

++pdx+

+pdxp

+pdxp3+pdxp

++pdx+

++4pdx+

+pdxppdx+pdx+585個子囊中?哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制-

+-

++++

--

+-

++++

--

+-

++++

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+-

++++

----

++++

--

+--+++

--

+-

++-+

-基因轉(zhuǎn)變(geneconversion)：一個基因轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换虻倪z傳學現(xiàn)象（源于基因內(nèi)重組）。-+-+-+-+---+-+基因轉(zhuǎn)變(gene糞生糞殼菌(Olive):g+×g-+-+++++-6:2(或2:6)+-++++--5:3(或3:5)+-+++---3:1:1:3+++-++?-+??-半染色單體轉(zhuǎn)變?nèi)旧珕误w轉(zhuǎn)變120/200000100/20000016/200000糞生糞殼菌(Olive):g+×g-+-+++++哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制①在5：3和6：2分離的子囊中，約有30%也在g基因兩側(cè)發(fā)生重組；②發(fā)生基因轉(zhuǎn)變的子囊中，基因轉(zhuǎn)變和遺傳重組都發(fā)生于同樣的兩個染色單體上的子囊的比例高達90%；2、基因轉(zhuǎn)變的分子機制基因轉(zhuǎn)變的實質(zhì)：重組過程中留下的局部異源雙鏈區(qū)，在細胞內(nèi)的修復系統(tǒng)識別下不同的修復產(chǎn)生的結(jié)果；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制①在5：3和6：2分同源重組的分子機制課件哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制ababABABCTGA異源雙鏈區(qū)D/dD/d左右切ababABABCTGA異源雙鏈區(qū)D/dD/d左右切aBaBAbAbTCGA異源雙鏈區(qū)D/dD/d上下切aBaBAbAbTCGA異源雙鏈區(qū)D/dD/d上下切哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制AAaaGACTBBbbAAaabbBBGATC哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制AAaaGACTBB哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制Holliday模型中，由于重組而產(chǎn)生的異源雙鏈區(qū)存在不配對堿基，可被細胞內(nèi)的修復系統(tǒng)能夠識別并以一條鏈為模板進行切除修復：(1).兩個雜種分子均未得到校正，有絲分裂后分離形成4:4或3:1:1:3的異常孢子分離比，屬于半染色單體轉(zhuǎn)變；(2).一個雜種分子得到校正，另一條未校正，有絲分裂后分離形成5:3或3:5的分離比，屬于半染色單體轉(zhuǎn)變；(3).兩個雜種分子都被校正到同一種類型，有絲分裂后分離形成6:2或2:6的分離比，屬于染色單體轉(zhuǎn)變；(4).兩個雜種分子都被校正到不同類型，有絲分裂后分離形成4:4分離比，未出現(xiàn)基因轉(zhuǎn)變；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制Ho哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制Holliday模型中為對稱的雜合雙鏈，而實際情況有不均等分離現(xiàn)象，1975年Meselson-Radding提出模型解釋這種不對稱重組現(xiàn)象；三、Meselson–Radding模型哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制修復校正：若一個雜種分子被校正為野生型(突變型)，另一個未被校正修復校正：若一個雜種分子被校正為野生型(突變型)，另一個未被＞＞+/++/g+/g

g/g++++g+gg++g+++

gg修復校正：若一個雜種分子被校正為野生型，另一個未被校正+++g++gg+++++ggg三型子囊四型子囊＞＞+/+++修復校正：若一個雜種分子被校正為野生型，另一個＞＞+/++/g+/g

g/g++g+gggg++gg+g

gg修復校正：若一個雜種分子被校正為突變型，另一個未被校正++ggg+gg+++ggggg三型子囊四型子囊＞＞+/+++修復校正：若一個雜種分子被校正為突變型，另一個Meselson-Radding模型困難非對稱的異源雙鏈區(qū)對稱的異源雙鏈區(qū)Meselson-Radding模型困難非對稱的異源雙鏈區(qū)同源重組的分子機制課件哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制負干涉：兩個鄰近基因，或者是同一基因不同突變點間，雙交換的頻率比預期高，并發(fā)系數(shù)C>1，即一個區(qū)域的交換引起鄰近區(qū)域交換的增加；局部負干涉：有些噬菌體、細菌或真菌的某些局部位點明顯的出現(xiàn)負干涉的現(xiàn)象；(五)基因轉(zhuǎn)變與高度負干涉基因轉(zhuǎn)變時的高度負干涉：伴隨重組的基因轉(zhuǎn)換常常能模仿雙交換的結(jié)果，仿佛是一次交換增加了附近基因交換的幾率；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制負干涉：兩個鄰近基因哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制共轉(zhuǎn)變：子囊中幾個相近位點同時發(fā)生轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象；m1+m1+m1+m1+m1+++m1++m2+m2+m2m1++m2+m2+m2+m2+m2未轉(zhuǎn)變單轉(zhuǎn)變共轉(zhuǎn)變共轉(zhuǎn)變哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制共轉(zhuǎn)變：子囊中幾個相哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制極化子：距離單鏈斷裂點的位置越近越容易發(fā)生基因轉(zhuǎn)變，越遠越不易發(fā)生轉(zhuǎn)變，由此基因轉(zhuǎn)變頻率由高到低形成一個梯度，染色體上呈現(xiàn)基因轉(zhuǎn)變極化現(xiàn)象的區(qū)域稱為極化子；m3m2m1m4m5轉(zhuǎn)變頻率單鏈斷裂點哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制極化子：距離單鏈斷裂上一課重點內(nèi)容回顧連鎖與交換規(guī)律兩點測交三點測交

**相關(guān)概念：交換值、重組率、遺傳干涉、并發(fā)系數(shù)、

染色單體干涉等四分子遺傳分析著絲粒作圖兩個連鎖基因作圖**相關(guān)概念：順序四分子、第一次分裂分離（MI模式）、

第二次分裂分離（MII模式）等上一課重點內(nèi)容回顧連鎖與交換規(guī)律上一課重點內(nèi)容回顧四分子分析非順序四分子遺傳分析順序四分子遺傳分析著絲粒作圖原理與方法兩個基因作圖原理與方法相關(guān)概念：四分子、順序四分子、第一次分裂分離(MI模式)、第二次分裂分離(MII模式)、子囊型(PD、NPD和T)上一課重點內(nèi)容回顧四分子分析非順序四分子遺傳分析順序四分子遺哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制第六章同源重組的分哈工大-遺傳學同源重組的分子機制同源重組：依賴大范圍的DNA同源序列的聯(lián)會，重組過程中，兩個染色體或DNA分子交換對等的部分。

例：同源染色體非姐妹單體交換；細菌的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導、接合；噬菌體的重組…一、概念條件：2個DNA分子序列同源；不同物種同源重組所需的最小的同源序列不同；哈工大-遺傳學同源重組的分子機制同源重組：依賴大范圍的DNA哈工大-遺傳學解釋同源重組分子機制的模型：斷裂和重接模型

1937年，Darlington提出；模板選擇復制模型（copychoice）

BellingJ.首先提出，1933年又撤回；

1948年，Hershey再次提出；霍利迪(Holliday)模型

1964年RobinHolliday提出；

Meselson-Radding模型

1975年MeselsonRadding提出；同源重組的分子機制哈工大-遺傳學解釋同源重組分子機制的模型：斷裂和重接模型同源哈工大-遺傳學第四章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第四章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制斷裂重接模型和模板選擇復制模型存在的問題斷裂重接模型：不能解釋基因轉(zhuǎn)變和極化子現(xiàn)象；模板選擇復制模型：

(1)違背了半保留復制；

(2)DNA復制在S期，重組在偶線期，不應同時發(fā)生；

(3)不能解釋3線和4線交換；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制斷裂重接模型和模板選哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制二、Holliday模型依據(jù)：基因轉(zhuǎn)變證據(jù)：細菌重組chi結(jié)構(gòu)哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制二、Holliday(一)、過程1.同源的非姐妹染色單體聯(lián)會;2.DNA內(nèi)切酶在非姐妹染色單體的相同位置同時切開兩個方向相同的一條單鏈；3.切開的單鏈交換重接;4.形成交聯(lián)橋結(jié)構(gòu)；5.分支遷移：形成一大段異源雙鏈DNA(Holliday結(jié)構(gòu))6.繞交聯(lián)橋旋轉(zhuǎn)1800，形成Holliday異構(gòu)體；7.切開與重接：左右切，形成非重組體上下切，形成重組體。12345

67旋轉(zhuǎn)1800

無論Holliday結(jié)構(gòu)斷裂是否導致旁側(cè)遺傳標記的重組，它們都含有一個異源雙鏈區(qū)。(一)、過程1.同源的非姐妹染色單體聯(lián)會;167旋轉(zhuǎn)同源重組的分子機制課件哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制支持Holliday遺傳重組模型的證據(jù)：

1、形態(tài)學上，Holliday中間體(Chi結(jié)構(gòu))的電鏡照片；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制支持Holliday哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制

兩個環(huán)狀DNA分子配對、斷裂、重接形成“8”字型結(jié)構(gòu)中間物，根據(jù)切割的位置不同，可分別形成兩個親本環(huán)、大的單體環(huán)或者是滾環(huán)結(jié)構(gòu)，也可以形成“χ”結(jié)構(gòu)。Holliday模型同樣適用于環(huán)狀DNA間的重組哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制2哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制2哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制支持Holliday遺傳重組模型的證據(jù)：

1、形態(tài)學上，Holliday中間體(Chi結(jié)構(gòu))的電鏡照片；

2、異源雙鏈形成時，產(chǎn)生堿基錯配導致與重組相關(guān)聯(lián)的基因轉(zhuǎn)變的發(fā)生；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制支持Holliday哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制1、異常分離與基因轉(zhuǎn)變粗糙脈孢菌：

pdxp：酸度敏感的VB6依賴型

pdx：酸度不敏感的VB6依賴型(二)、基因轉(zhuǎn)變及其分子機理哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制1、異常分離與基因轉(zhuǎn)哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制

+pdxp

×

pdx+孢子對子囊①②③④1

+pdxppdx+

++pdx+2

++pdx+

+pdxp

+pdxp3+pdxp

++pdx+

++4pdx+

+pdxppdx+pdx+585個子囊中?哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制-

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-基因轉(zhuǎn)變(geneconversion)：一個基因轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换虻倪z傳學現(xiàn)象（源于基因內(nèi)重組）。-+-+-+-+---+-+基因轉(zhuǎn)變(gene糞生糞殼菌(Olive):g+×g-+-+++++-6:2(或2:6)+-++++--5:3(或3:5)+-+++---3:1:1:3+++-++?-+??-半染色單體轉(zhuǎn)變?nèi)旧珕误w轉(zhuǎn)變120/200000100/20000016/200000糞生糞殼菌(Olive):g+×g-+-+++++哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制①在5：3和6：2分離的子囊中，約有30%也在g基因兩側(cè)發(fā)生重組；②發(fā)生基因轉(zhuǎn)變的子囊中，基因轉(zhuǎn)變和遺傳重組都發(fā)生于同樣的兩個染色單體上的子囊的比例高達90%；2、基因轉(zhuǎn)變的分子機制基因轉(zhuǎn)變的實質(zhì)：重組過程中留下的局部異源雙鏈區(qū)，在細胞內(nèi)的修復系統(tǒng)識別下不同的修復產(chǎn)生的結(jié)果；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制①在5：3和6：2分同源重組的分子機制課件哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制ababABABCTGA異源雙鏈區(qū)D/dD/d左右切ababABABCTGA異源雙鏈區(qū)D/dD/d左右切aBaBAbAbTCGA異源雙鏈區(qū)D/dD/d上下切aBaBAbAbTCGA異源雙鏈區(qū)D/dD/d上下切哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制AAaaGACTBBbbAAaabbBBGATC哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制AAaaGACTBB哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制Holliday模型中，由于重組而產(chǎn)生的異源雙鏈區(qū)存在不配對堿基，可被細胞內(nèi)的修復系統(tǒng)能夠識別并以一條鏈為模板進行切除修復：(1).兩個雜種分子均未得到校正，有絲分裂后分離形成4:4或3:1:1:3的異常孢子分離比，屬于半染色單體轉(zhuǎn)變；(2).一個雜種分子得到校正，另一條未校正，有絲分裂后分離形成5:3或3:5的分離比，屬于半染色單體轉(zhuǎn)變；(3).兩個雜種分子都被校正到同一種類型，有絲分裂后分離形成6:2或2:6的分離比，屬于染色單體轉(zhuǎn)變；(4).兩個雜種分子都被校正到不同類型，有絲分裂后分離形成4:4分離比，未出現(xiàn)基因轉(zhuǎn)變；哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制Ho哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制Holliday模型中為對稱的雜合雙鏈，而實際情況有不均等分離現(xiàn)象，1975年Meselson-Radding提出模型解釋這種不對稱重組現(xiàn)象；三、Meselson–Radding模型哈工大-遺傳學第六章同源重組的分子機制修復校正：若一個雜種分子被校正為野生型(突變型)，另一個未被校正修復校正：若一個雜種分子被校正為野生型(突變型)，另一個未被＞＞+/++/g+/g

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