遺傳重組之同源重組

上一章主要內(nèi)容回顧幾個(gè)主要的概念：轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)幾個(gè)主要的知識(shí)點(diǎn)：轉(zhuǎn)化時(shí)重組率的計(jì)算轉(zhuǎn)導(dǎo)時(shí)基因順序的判斷哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組第八章遺傳重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組生物遺傳重組遺傳變異DNA重排DNA突變DNA的復(fù)制DNA的修復(fù)同源重組位點(diǎn)專一性重組異常重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組第一節(jié)同源重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組同源重組：依賴大范圍的DNA同源序列的聯(lián)會(huì)，重組過程中，兩個(gè)染色體或DNA分子交換對(duì)等的部分。

例：同源染色體非姐妹單體交換；細(xì)菌的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合；噬菌體的重組…一、概念條件：2個(gè)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(xué)第八章遺傳重組

(cmi)λ噬菌體1

13C和14N重鏈

(++)λ噬菌體2

12C和14N輕鏈同時(shí)感染E.coli子代噬菌體CsCl密度梯度離心重鏈重鏈+輕鏈輕鏈二、同源重組的分子機(jī)制(一)、異源DNA雙鏈斷裂與重(錯(cuò))接證據(jù)：1961，M.MeselsonandJ.J.Wergle哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組5’3’5’3’5’3’3’5’3’5’3’5’哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組交叉理論（chiasmatatypehypothesis）

1909年，Janssens提出；斷裂和重接模型1937年，Darlington提出；模板選擇學(xué)說（copychoice）BellingJ.首先提出，1933年又撤回；1948年，Hershey再次提出；Holliday模型

1964年RobinHolliday提出；(二)、同源重組的Holliday模型哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組斷裂重接模型和模板選擇復(fù)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(fù)制模型：(1)違背了半保留復(fù)制；(2)DNA復(fù)制在S期，重組在偶線期，不應(yīng)同時(shí)發(fā)生；(3)不能解釋3線和4線交換；哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組交叉理論（chiasmatatypehypothesis）

1909年，Janssens提出；斷裂和重接模型1937年，Darlington提出；模板選擇學(xué)說（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；(二)、同源重組的Holliday模型哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組1.同源的非姐妹染色單體聯(lián)會(huì);2.DNA內(nèi)切酶在非姐妹染色單體的相同位置同時(shí)切開兩個(gè)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(dǎo)致旁側(cè)遺傳標(biāo)記的重組，它們都含有一個(gè)異源雙鏈區(qū)。哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組支持Holliday遺傳重組模型的證據(jù)：

1、形態(tài)學(xué)上，Holliday中間體(Chi結(jié)構(gòu))的電鏡照片；哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組兩個(gè)環(huán)狀DNA分子配對(duì)、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(gè)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(xué)第八章遺傳重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組支持Holliday遺傳重組模型的證據(jù)：

1、形態(tài)學(xué)上，Holliday中間體(Chi結(jié)構(gòu))的電鏡照片；2、異源雙鏈形成時(shí)，產(chǎn)生堿基錯(cuò)配導(dǎo)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(xué)第八章遺傳重組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(三)、基因轉(zhuǎn)變及其分子機(jī)理哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組AaAaAAaaAAaaAAAAaaaa減數(shù)分裂I減數(shù)分裂II有絲分裂第一次分裂分離(MI)模式AAAAaaaaaaaa

AAAAAaaA減數(shù)分裂I減數(shù)分裂II有絲分裂第二次分裂分離(MII)模式AaAaAaaAAAaAaaaAAAaaAAaaaaAAa

aAAaaAAAAaa

AAaaaaAA＋－＋－－＋－＋＋－－＋－＋＋－AAAAaaaaaaaa

AAAA＋＋－－－－＋＋MIMII哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組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(三)、基因轉(zhuǎn)變及其分子機(jī)理哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組

+pdxp

×

pdx+孢子對(duì)子囊①②③④1

+pdxppdx+

++pdx+2

++pdx+

+pdxp

+pdxp3+pdxp

++pdx+

++4pdx+

+pdxppdx+pdx+585個(gè)子囊中?哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組-

+-

++++

--

+-

++++

--

+-

++++

--

+-

++++

----

++++

--

+--+++

--

+-

++-+

-基因轉(zhuǎn)變(geneconversion)：一個(gè)基因轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换虻倪z傳學(xué)現(xiàn)象（源于基因內(nèi)重組）。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(1).染色單體轉(zhuǎn)變:(chromatidconversion)6:2/2:6分離(2).半染色單體轉(zhuǎn)變:

(half-chromatidconversion)5:3/3:53:1:1:3哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組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(gè)染色單體上的子囊的比例高達(dá)90%；2、基因轉(zhuǎn)變的分子機(jī)制基因轉(zhuǎn)變的實(shí)質(zhì)：重組過程中留下的局部異源雙鏈區(qū)，在細(xì)胞內(nèi)的修復(fù)系統(tǒng)識(shí)別下不同的修復(fù)產(chǎn)生的結(jié)果；哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組Holliday模型中，由于重組而產(chǎn)生的異源雙鏈區(qū)存在不配對(duì)堿基，可被細(xì)胞內(nèi)的修復(fù)系統(tǒng)能夠識(shí)別并以一條鏈為模板進(jìn)行切除修復(fù)：(1).兩個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(xué)第八章遺傳重組Holliday模型中為對(duì)稱的雜合雙鏈，而實(shí)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(duì)稱重組現(xiàn)象；(四)、同源重組的Meselson–Radding模型哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組＞＞+/++/g+/g

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

gg修復(fù)校正：若一個(gè)雜種分子被校正為野生型(突變型)，另一個(gè)未被校正+++g++gg+++++ggg三型子囊四型子囊哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組Meselson-Radding模型困難負(fù)干涉：兩個(gè)鄰近基因，或者是同一基因不同突變點(diǎn)間，雙交換的頻率比預(yù)期高，并發(fā)系數(shù)C>1，即一個(gè)區(qū)域的交換引起鄰近區(qū)域交換的增加；局部負(fù)干涉：有些噬菌體、細(xì)菌或真菌的某些局部位點(diǎn)明顯的出現(xiàn)負(fù)干涉的現(xiàn)象；(五)基因轉(zhuǎn)變與高度負(fù)干涉基因轉(zhuǎn)變時(shí)的高度負(fù)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(xué)第八章遺傳重組共轉(zhuǎn)變：子囊中幾個(gè)相近位點(diǎn)同時(shí)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(xué)第八章遺傳重組極化子：距離單鏈斷裂點(diǎn)的位置越近越容易發(fā)生基因轉(zhuǎn)變，越遠(yuǎn)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(gè)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(diǎn)哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組(一)、細(xì)菌同源重組的特點(diǎn)①發(fā)生在環(huán)狀雙鏈DNA分子與一個(gè)雙鏈或單鏈DNA分子之間；轉(zhuǎn)化：單鏈×雙鏈接合：雙鏈×雙鏈轉(zhuǎn)導(dǎo)：雙鏈×雙鏈三、細(xì)菌的同源重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組②存在8個(gè)堿基組成的重組熱點(diǎn)(Chi位點(diǎn))[E.coli5-10Kb]：

chi位點(diǎn)

5'GCTGGTGG3'

3'CGACCACC5'③需要幾種重要的蛋白質(zhì)：RecBCD復(fù)合體：具有核酸酶，解旋酶和ATPase活性，在Chi位點(diǎn)產(chǎn)生單鏈3'游離未端；

RecA：促進(jìn)DNA單鏈的同化，即促進(jìn)單鏈與同源雙鏈分子發(fā)生鏈的交換；

RuvAB復(fù)合體：促進(jìn)分支遷移；RuvC：核酸內(nèi)切酶，切開重組中間體(Holliday連接體)；哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組(二)、細(xì)菌同源重組的機(jī)制---接合和轉(zhuǎn)導(dǎo)(雙鏈和雙鏈)1).RecA蛋白與單鏈DNA結(jié)合，形成螺旋狀纖絲；2).螺旋狀纖絲與同源雙鏈DNA結(jié)合；3).螺旋狀纖絲中的單鏈(入侵單鏈)與雙鏈中的互補(bǔ)鏈配對(duì)，同源鏈被置換出來；RecA蛋白介導(dǎo)的DNA鏈交換模型哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組游離的3'單鏈末端單鏈侵入并置換形成Holliday連接體哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組RuvAB復(fù)合物結(jié)合于Holliday連接體哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組RuvC蛋白切開Holliday連接體哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組置換延伸(recA)

內(nèi)切酶(recBCD)DNA侵?jǐn)_(recA)

內(nèi)切酶(recBCD)

DNA連接酶5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′3′5′5′3′3′5′3′5′5′3′3′3′5′3′5′3′3′5′5′3′5′3′5′3′Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′分支遷移(RuvAB)5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′5′5′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′5′5′5′5′3′3′3′3′內(nèi)切酶(RuvC)內(nèi)切酶(RuvC)DNA連接酶DNA連接酶上下切左右切實(shí)質(zhì)：單鏈DNA片段與雙鏈環(huán)狀DNA之間的重組(三)、細(xì)菌的重組機(jī)制--轉(zhuǎn)化(單鏈和雙鏈)哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組①切除外源DNA——無重組②切除受體DNA——發(fā)生重組③無修復(fù)作用——子代細(xì)胞出現(xiàn)兩種基因型（受體基因型和重組體基因型）通常采用有利于重組體基因型生長的選擇條件(四)、細(xì)菌修復(fù)系統(tǒng)對(duì)異源雙鏈區(qū)的校正：哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組高效率標(biāo)記(high-efficiencymaker)：在轉(zhuǎn)化中，有些遺傳標(biāo)記或是很少發(fā)生校正作用，或是校正切除幾乎總是在受體DNA上，因此轉(zhuǎn)化頻率較高，這類遺傳標(biāo)記稱為~。低效率標(biāo)記(low-efficiencymaker)：轉(zhuǎn)化中一些標(biāo)記的校正切除總是傾向于發(fā)生在供體單鏈上，因而出現(xiàn)很低的轉(zhuǎn)化頻率，這類標(biāo)記稱為~。哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組(一)、λ噬菌體的整合和切除1、整合和切除的分子基礎(chǔ)O:15bp(核心)；富含A-TP:-160bp~0P':0~80bp

λ噬菌體attP(POP')

O:15bp(核心)；富含A-TB:-11bp~0B':0~11bp

大腸桿菌attB(BOB')

共240bp共23bp參與的酶：整合酶(Int)、整合宿主因子(IHF)和切除酶四、λ噬菌體與E.coli的重組哈工大-遺傳學(xué)第八章遺傳重組－140－120－100－80－60－40－20