1、第十章第十章 遺遺 傳傳 重重 組組遺傳重組的類型：遺傳重組的類型：同源重組同源重組 位點(diǎn)特異性重組位點(diǎn)特異性重組 轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座異常重組異常重組基因重組改變了染色體上基因的組成和排列次序，導(dǎo)致出現(xiàn)基因重組改變了染色體上基因的組成和排列次序，導(dǎo)致出現(xiàn)新的性狀。新的性狀?；蛑亟M發(fā)生的時(shí)期：基因重組發(fā)生的時(shí)期： 減數(shù)分裂減數(shù)分裂 有絲分裂有絲分裂基因重組發(fā)生的部位：基因重組發(fā)生的部位： 核基因核基因 線粒體基因線粒體基因 葉綠體基因葉綠體基因 噬菌體的整合過程噬菌體的整合過程 轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座過程轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座過程第一節(jié)第一節(jié) 同源重組同源重組同源重組（同源重組（homologous recombinati

2、on ）：同源染色體間或同源序列間某區(qū)段的重組。同源染色體間或同源序列間某區(qū)段的重組。 真核生物同源區(qū)段的交換真核生物同源區(qū)段的交換 細(xì)菌同源區(qū)段的交換細(xì)菌同源區(qū)段的交換1. 同源重組的基本條件同源重組的基本條件1）具有同源區(qū)段）具有同源區(qū)段2）有聯(lián)會(huì)發(fā)生）有聯(lián)會(huì)發(fā)生3）DNA單鏈間能相互交換單鏈間能相互交換4）需蛋白因子參與）需蛋白因子參與2. 同源重組的分子機(jī)制同源重組的分子機(jī)制l1964年年Robin Holliday 提出提出Holliday模型：模型：1、聯(lián)會(huì)。、聯(lián)會(huì)。同源染色體的非姐妹同源染色體的非姐妹染色單體聯(lián)會(huì)染色單體聯(lián)會(huì)2、酶切。、酶切。同源染色體的非姐妹同源染色體的非姐妹染

3、色單體染色單體DNA中，方向中，方向 相同的兩相同的兩條單鏈，在酶的作用下在相同位條單鏈，在酶的作用下在相同位置上同時(shí)被切開置上同時(shí)被切開3、交換重接。、交換重接。切開的單鏈切開的單鏈交換重接交換重接4、形成交聯(lián)橋結(jié)構(gòu)、形成交聯(lián)橋結(jié)構(gòu)“親本鏈親本鏈”“重組體重組體”6、5和和6相同；相同；7、繞交聯(lián)橋旋轉(zhuǎn)、繞交聯(lián)橋旋轉(zhuǎn)1800；8、形成、形成Holliday異構(gòu)體；異構(gòu)體；9、拆分。、拆分。通過兩種方式之一切斷通過兩種方式之一切斷DNA單鏈，單鏈，若左右切，則形成非重組體，若上下切則形若左右切，則形成非重組體，若上下切則形成重組體。成重組體。 由上可知：無論由上可知：無論Holliday結(jié)構(gòu)斷

4、裂是否結(jié)構(gòu)斷裂是否導(dǎo)致旁側(cè)遺傳標(biāo)記的重組，他們都含有一個(gè)導(dǎo)致旁側(cè)遺傳標(biāo)記的重組，他們都含有一個(gè)異源雙鏈異源雙鏈DNA區(qū)。區(qū)。Holliday的異構(gòu)化的異構(gòu)化產(chǎn)生重組體的拆分產(chǎn)生重組體的拆分Holliday結(jié)構(gòu)一經(jīng)生成即可結(jié)構(gòu)一經(jīng)生成即可不斷地處于異構(gòu)化不斷地處于異構(gòu)化異源雙鏈異源雙鏈 heteroduplex DNA重組結(jié)果取決于拆分時(shí)重組結(jié)果取決于拆分時(shí)配對鏈上的切口位置配對鏈上的切口位置分枝遷移和分枝遷移和Holliday結(jié)構(gòu)的拆分結(jié)構(gòu)的拆分 分枝遷移（分枝遷移（branch migaration） 雙螺旋形成的交叉連接以拉鏈?zhǔn)叫?yīng)擴(kuò)散雙螺旋形成的交叉連接以拉鏈?zhǔn)叫?yīng)擴(kuò)散Holliday的

5、模型的證據(jù)的模型的證據(jù) 8 形結(jié)構(gòu)和chi結(jié)構(gòu)3.同源重組的酶學(xué)機(jī)制同源重組的酶學(xué)機(jī)制同源重組的條件：同源重組的條件： 兩個(gè)同源雙鏈兩個(gè)同源雙鏈DNA分子必須緊密接觸分子必須緊密接觸 兩個(gè)兩個(gè)DNA片段必須有一個(gè)發(fā)生斷裂或有一片段必須有一個(gè)發(fā)生斷裂或有一段單鏈缺失段單鏈缺失 推動(dòng)重組反應(yīng)的酶推動(dòng)重組反應(yīng)的酶 RecBC 解旋酶活性解旋酶活性ATPase活性活性 核酸酶活性核酸酶活性作用：作用： 與雙鏈斷口結(jié)合，解開與雙鏈斷口結(jié)合，解開DNA鏈，產(chǎn)生帶有游離鏈，產(chǎn)生帶有游離3端的單鏈端的單鏈RecA蛋白與蛋白與ssDNA結(jié)合結(jié)合尋找尋找dsDNA上同源區(qū)上同源區(qū)域域RecA識(shí)別識(shí)別dsDNA上與

6、上與ssDNA互補(bǔ)區(qū)域，形互補(bǔ)區(qū)域，形成異源雙鏈成異源雙鏈異源雙鏈形成異源雙鏈形成Holliday結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)RecA 蛋白的作用蛋白的作用 RecA 蛋白又叫重組酶、重組蛋白、蛋白又叫重組酶、重組蛋白、X蛋白、依賴于蛋白、依賴于ATP的酶的酶 作用：作用： 促進(jìn)同源促進(jìn)同源DNA聯(lián)會(huì)，使聯(lián)會(huì)，使DNA分子間單鏈分子間單鏈 交換形成交聯(lián)橋和交換形成交聯(lián)橋和chi結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)RecA 蛋白的作用蛋白的作用 3）Ruv酶的作用酶的作用 需要需要 E.coli 中三個(gè)基因中三個(gè)基因 ruvA,ruvB 和和 ruvC 的產(chǎn)物的產(chǎn)物 a、 RuvA 識(shí)別識(shí)別 Holliday 結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)b、 R

7、uvB 為分枝遷移提供動(dòng)力（為分枝遷移提供動(dòng)力（ATPase 1020bp/s） c、 RuvC 核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶-專一性識(shí)別專一性識(shí)別 Holliday 結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn) 體外切段連接點(diǎn)以拆分重組體體外切段連接點(diǎn)以拆分重組體干細(xì)胞研究獲干細(xì)胞研究獲2007諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) l10月8日，英國人馬丁埃文斯、美國人馬里奧卡佩基和奧利弗史密斯在改造活體內(nèi)特定基因的“基因靶向”技術(shù)等方面做出了奠基性貢獻(xiàn)。美國北卡羅來納大學(xué)教授奧利弗史密斯 美國猶他大學(xué)人類遺傳學(xué)和生物學(xué)教授馬里奧卡佩基 第二節(jié)第二節(jié) 位點(diǎn)特異性重組位點(diǎn)特異性重組l位點(diǎn)特異性重組（site-specific rec

8、ombination）重組依賴于小范圍同源序列的聯(lián)會(huì)，發(fā)生精確的斷裂、重組依賴于小范圍同源序列的聯(lián)會(huì)，發(fā)生精確的斷裂、連接，連接，DNA分子并不對等交換原核生物中最為典型分子并不對等交換原核生物中最為典型 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 供體與受體的特定位點(diǎn)的短同源序列之間。供體與受體的特定位點(diǎn)的短同源序列之間。 DNA精確切割精確切割 連接連接 DNA不失去、不合成、不交換對等部分（有時(shí)是一個(gè)不失去、不合成、不交換對等部分（有時(shí)是一個(gè)DNA分子整合到另一個(gè)分子整合到另一個(gè)DNA分子中，又稱整合式重分子中，又稱整合式重組），需要位點(diǎn)專一性的蛋白質(zhì)因子參與。組），需要位點(diǎn)專一性的蛋白質(zhì)因子參與。1. phageD

9、NAphageDNA的整合的整合實(shí)現(xiàn)機(jī)制：實(shí)現(xiàn)機(jī)制：均是通過均是通過-細(xì)菌細(xì)菌DNADNA和和DNADNA上特定位點(diǎn)之間的重組上特定位點(diǎn)之間的重組1）整合位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)）整合位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)-附著位點(diǎn)（附著位點(diǎn)（attachment site att） E.coli attB 含含BOB三序列三序列 23bp phage attP 含含 POP三序列三序列 240bp 核心序列核心序列 “ “O”完全一致完全一致 （同源部分）（同源部分） -位點(diǎn)特異性重組發(fā)生的地方位點(diǎn)特異性重組發(fā)生的地方 B,B,P,P-臂臂2）整合）整合 整合后的附著位點(diǎn)為整合后的附著位點(diǎn)為 attL（BOP） attR（POB）

10、整合位點(diǎn)整合位點(diǎn)-attB、attP 切除位點(diǎn)切除位點(diǎn)-attL、attR 整合過程需要整合過程需要整合酶整合酶 （integrase Int）（）（編碼編碼） 和寄主的整合宿主因子和寄主的整合宿主因子IHF （integration host factor） 共同作用共同作用溶源性細(xì)菌溶源性細(xì)菌(lysogen)溶菌周期溶菌周期（lysis）原噬菌體原噬菌體 4、整合分子機(jī)制、整合分子機(jī)制2 切離切離如果如果前病毒受到誘導(dǎo)（前病毒受到誘導(dǎo)（induction），則整合作用將被逆轉(zhuǎn)。此過程稱為），則整合作用將被逆轉(zhuǎn)。此過程稱為切出（切出（excision）。）。 位點(diǎn)特異性重組位點(diǎn)特異性重組

11、的特點(diǎn)的特點(diǎn)屬于保守重組，這種交換是可逆的，原先存在的屬于保守重組，這種交換是可逆的，原先存在的DNA順序全部被保存下來，并無丟失；順序全部被保存下來，并無丟失；重組交換必須通過其中的一個(gè)特定的核苷酸。重組交換必須通過其中的一個(gè)特定的核苷酸。第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座1. 轉(zhuǎn)座子的特征轉(zhuǎn)座子的特征轉(zhuǎn)座子（轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn）是存在于染色體是存在于染色體 DNA上的一段特異性核苷酸序列片段，能在染色上的一段特異性核苷酸序列片段，能在染色體或質(zhì)粒上移動(dòng)，能從一個(gè)基因組轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基體或質(zhì)粒上移動(dòng)，能從一個(gè)基因組轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基因組。因組。轉(zhuǎn)座（轉(zhuǎn)座（transposition）：）：在轉(zhuǎn)

12、座酶的作用下，轉(zhuǎn)座子在轉(zhuǎn)座酶的作用下，轉(zhuǎn)座子或直接從原來的位置上切離下來，然后插入染色體或直接從原來的位置上切離下來，然后插入染色體上新的位置；或序列轉(zhuǎn)錄成上新的位置；或序列轉(zhuǎn)錄成RNA后，再反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生后，再反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的的cDNA插入染色體上的新位置的過程。插入染色體上的新位置的過程。2. 原核生物中的轉(zhuǎn)座子原核生物中的轉(zhuǎn)座子l插入序列插入序列l(wèi)復(fù)合轉(zhuǎn)座子復(fù)合轉(zhuǎn)座子l轉(zhuǎn)座噬菌體轉(zhuǎn)座噬菌體插入序列插入序列 （insertion sequence, IS）1） 插入序列插入序列T A C G T A T G C A I S9 8 7 6 5 4 3 211 2 3 4 5 6 7 8 9 9 8

13、7 6 5 4 3 211 2 3 4 5 6 7 8 9 A T G C A T A C G T 宿主宿主DNA98765432112345678 9 98765432112345678 9 T A C G T A T G C A 反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列正向正向重復(fù)重復(fù)序列序列插插 入入含有含有Is的質(zhì)粒經(jīng)變性后形成柄環(huán)結(jié)構(gòu)的質(zhì)粒經(jīng)變性后形成柄環(huán)結(jié)構(gòu) IS的的遺傳學(xué)特性：遺傳學(xué)特性： 能編碼轉(zhuǎn)座酶，自主進(jìn)行轉(zhuǎn)座能編碼轉(zhuǎn)座酶，自主進(jìn)行轉(zhuǎn)座插入位點(diǎn)一般隨機(jī)插入位點(diǎn)一般隨機(jī)插入后使宿主染色體的插入位置上產(chǎn)生短的正向重復(fù)序列插入后使宿主染色體的插入位置上產(chǎn)生短的正向重復(fù)序列轉(zhuǎn)座罕見，每代轉(zhuǎn)座罕見，

14、每代 10-610-7插入片斷精確切離后，可使插入片斷精確切離后，可使IS誘發(fā)的突變回復(fù)為野生型誘發(fā)的突變回復(fù)為野生型不精確切離可使插入位置附近的宿主基因發(fā)生缺失不精確切離可使插入位置附近的宿主基因發(fā)生缺失Tn / TnA family Tn / TnA family 具有具有IR、轉(zhuǎn)座酶基因、轉(zhuǎn)座酶基因、 調(diào)節(jié)基因（解離酶）、抗抗生素基因調(diào)節(jié)基因（解離酶）、抗抗生素基因 Tn1 (AmpR) Tn2 (AmpR) Tn3 (AmpR) Tn4 (AmpR StrR) Tn5 (KanR) Tn6 (kanR) Tn7 (StrR TmpR) Tn9 (CamR) Tn10 (TetR) Tn

15、3 IR TnpA Res TnpR AmpR IR 38bp 38bp 轉(zhuǎn)座酶轉(zhuǎn)座酶 regulator - 內(nèi)酰胺酶內(nèi)酰胺酶 2）復(fù)合轉(zhuǎn)座子）復(fù)合轉(zhuǎn)座子兩端重復(fù)序列為兩端重復(fù)序列為IS的復(fù)合轉(zhuǎn)座子的復(fù)合轉(zhuǎn)座子IS插入到功能基因兩端，可能形成復(fù)合轉(zhuǎn)座因子插入到功能基因兩端，可能形成復(fù)合轉(zhuǎn)座因子IS ISIS IS L IS R臂臂 中心區(qū)中心區(qū) 臂臂transposition靶位點(diǎn)的靶位點(diǎn)的DR形成形成3 ） 轉(zhuǎn)座噬菌體轉(zhuǎn)座噬菌體 Mu phageMu phage （巨型轉(zhuǎn)座子（巨型轉(zhuǎn)座子 ） C repressor for A, Brepressor for A, BB 33 kd 與轉(zhuǎn)座

16、有關(guān)與轉(zhuǎn)座有關(guān)A 70 kd 轉(zhuǎn)座酶轉(zhuǎn)座酶U, S 毒性蛋白毒性蛋白attL, attR 與寄主同源，反向重復(fù)，轉(zhuǎn)座必需與寄主同源，反向重復(fù)，轉(zhuǎn)座必需 Gin G區(qū)倒位酶區(qū)倒位酶 att L C A B S U att R 150bp 1.5kb G 倒位區(qū)倒位區(qū) 38kbPgin 以以E.coli為寄主的溫和型噬菌體（溶源、裂解）為寄主的溫和型噬菌體（溶源、裂解）3. 真核生物中的轉(zhuǎn)座子真核生物中的轉(zhuǎn)座子1）酵母的）酵母的Ty元件：元件：一種酵母轉(zhuǎn)座子組分，是酵母一種酵母轉(zhuǎn)座子組分，是酵母基因組內(nèi)長約基因組內(nèi)長約6.3 kb且兩端各有一段約且兩端各有一段約340 bp同同向重復(fù)序列的一組散在

17、的向重復(fù)序列的一組散在的DNA片段，約有片段，約有35個(gè)拷個(gè)拷貝。貝。 Copia因子因子P 因子因子FB 因子因子2）果蠅中的轉(zhuǎn)座因子）果蠅中的轉(zhuǎn)座因子Copia因子因子lCopia因子因子Copia因子的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是因子的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是poly(A)+mRNA，它有兩種形式，它有兩種形式，l一種是完整全長的轉(zhuǎn)錄本一種是完整全長的轉(zhuǎn)錄本l另一種是部分長度即截短的轉(zhuǎn)錄本另一種是部分長度即截短的轉(zhuǎn)錄本P 因子因子lP 因子因子(paternal element), 是在果蠅中發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)致果蠅是在果蠅中發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)致果蠅雜種劣育的遺傳因子，果蠅中雜種劣育的遺傳因子，果蠅中P P 因子有兩類：因子有兩類：l全長

18、全長P因子因子編碼轉(zhuǎn)座酶。含編碼轉(zhuǎn)座酶。含P P因子的果蠅稱因子的果蠅稱 P P品系。品系。 l缺失型缺失型P因子因子 不能編碼轉(zhuǎn)座酶，依賴于全長不能編碼轉(zhuǎn)座酶，依賴于全長P P因子才能轉(zhuǎn)座移動(dòng)因子才能轉(zhuǎn)座移動(dòng)P因子轉(zhuǎn)座的后果是出現(xiàn)雜種發(fā)育障礙因子轉(zhuǎn)座的后果是出現(xiàn)雜種發(fā)育障礙P品系品系(Paternal strain) 果蠅果蠅(帶有全長和缺失的帶有全長和缺失的P因子因子)M品系品系(Maternal strain)果蠅果蠅(不含不含P因子或只含缺失的因子或只含缺失的P因子因子) P品系品系雄果蠅雄果蠅 M品系品系雌果蠅雌果蠅產(chǎn)生產(chǎn)生 畸形后代畸形后代 M品系品系雄果蠅雄果蠅 M品系品系雌果蠅

19、雌果蠅 P品系品系雄果蠅雄果蠅 P品系品系雌果蠅雌果蠅 都產(chǎn)生都產(chǎn)生 正常后代正常后代lFBFB因子因子(foldback“(foldback“折回折回”的縮寫的縮寫) )，果蠅中的，果蠅中的FB FB 因因子子 能引起不穩(wěn)定的突變，造成染色體的缺失和重能引起不穩(wěn)定的突變，造成染色體的缺失和重排。排。FB 因子因子玉米中的控制元件是玉米中的控制元件是AcDs系統(tǒng)系統(tǒng) （激活因子（激活因子解離系統(tǒng)，解離系統(tǒng)，activator-dissociation system）玉米中的控制元件分為兩類：玉米中的控制元件分為兩類：1. Ac 是可以自主移動(dòng)的調(diào)節(jié)因子，能合成轉(zhuǎn)座酶，是可以自主移動(dòng)的調(diào)節(jié)因子，

20、能合成轉(zhuǎn)座酶， 并支配受體因子移動(dòng)并支配受體因子移動(dòng) 2. Ds 非自主移動(dòng)的受體因子，不產(chǎn)生蛋白質(zhì)非自主移動(dòng)的受體因子，不產(chǎn)生蛋白質(zhì) Ac和和Ds位于玉米第位于玉米第9號染色體短臂，在色素基因號染色體短臂，在色素基因C附近附近 c sh bz wx Ds+DsRecessive phenotypes appearCShBzWxDs位置位置Ds+ (缺少缺少Ds因子）因子）染色體發(fā)生斷裂染色體發(fā)生斷裂斷裂發(fā)生后，另一同源染色斷裂發(fā)生后，另一同源染色體上的隱性基因表達(dá)，不能體上的隱性基因表達(dá)，不能形成色素形成色素Ds因子不穩(wěn)定，它受另一調(diào)控因子因子不穩(wěn)定，它受另一調(diào)控因子Ac的影響的影響 Ac存

21、在：存在：能解除能解除Ds對色素基因?qū)ι鼗駽的抑的抑制作用制作用,使使C基因表達(dá)，顆粒出現(xiàn)色素斑點(diǎn)基因表達(dá)，顆粒出現(xiàn)色素斑點(diǎn); Ac激活因子丟失：激活因子丟失：Ds趨于穩(wěn)定，抑制趨于穩(wěn)定，抑制了了C基因的表達(dá)，玉米顆粒呈無色基因的表達(dá)，玉米顆粒呈無色 CShAcDsAcAc(a)(b) (c) (d)玉米調(diào)控因子的作用模式：玉米調(diào)控因子的作用模式：(a) Ac激活因子的位置不穩(wěn)定，在無激活因子的位置不穩(wěn)定，在無Ds轉(zhuǎn)位因子時(shí)，轉(zhuǎn)位因子時(shí)，C基因不受抑制，顆基因不受抑制，顆 粒呈深色。粒呈深色。(b) 當(dāng)當(dāng)Ds因子插入因子插入C基因時(shí)，基因時(shí)，C的色素表型受到抑制。的色素表型受到抑制。(c)

22、 每當(dāng)每當(dāng)Ds轉(zhuǎn)位后，轉(zhuǎn)位后，C基因又可表達(dá)，顆粒出現(xiàn)斑點(diǎn)?；蛴挚杀磉_(dá)，顆粒出現(xiàn)斑點(diǎn)。(d) 無無Ac激活因子時(shí)，激活因子時(shí)，Ds能穩(wěn)定插入到能穩(wěn)定插入到C基因中，使顆粒為無色?；蛑?，使顆粒為無色。 由于由于Ds和和Ac兩因子頻繁轉(zhuǎn)位，使玉米顆粒上出現(xiàn)散在斑點(diǎn)。兩因子頻繁轉(zhuǎn)位，使玉米顆粒上出現(xiàn)散在斑點(diǎn)。Corn kernel showing spot of colored aleurone produced by genetic trasposition involving the Ac-Ds system 基因基因C附近有附近有 Ac沒有沒有Ds時(shí)，時(shí)， C處于活化狀態(tài)，有色素生成處于活化狀態(tài)，有色素生成 籽粒有籽粒有色色Ds插入基因插入基因C ，Ac并存時(shí)，雖然并存時(shí)，雖然Ds