基因重組與轉(zhuǎn)座遺傳第十二章基因重組與轉(zhuǎn)座遺傳第十二章本章要求第一節(jié)DNA的重組本章要求DNA重組接合作用(conjugation)轉(zhuǎn)化作用(transformation)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(transduction)轉(zhuǎn)座(transposition)同源重組(homologousrecombination)位點(diǎn)特異的重組(site-specificrecombination)DNA重組接合作用(conjugation)轉(zhuǎn)化作用(t第一節(jié)

DNA的重組

DNARecombination

第一節(jié)

DNA的重組

DNARecomb發(fā)生在同源序列間的重組稱為同源重組(homologousrecombination)，又稱基本重組。是最基本的DNA重組方式，通過鏈的斷裂和再連接，在兩個(gè)DNA分子同源序列間進(jìn)行單鏈或雙鏈片段的交換。一、同源重組發(fā)生在同源序列間的重組稱為同源重組(homologousr重組機(jī)制一.交叉理論（chiasmatatypehypothesis）

1909年Janssens并提出了交叉型理論二.斷裂和重接模型

1937年Darlington提出三.模板選擇學(xué)說（copychoice）

BellingJ.首先提出的，1933年他又撤回了這一假設(shè)。四.1948年Hershey提出模板選擇學(xué)說重組機(jī)制一.交叉理論（chiasmatatypehypo基因重組課件斷裂重接模型和模板選擇復(fù)制模型的否定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)制模型存在的問題：

(1)違背了半保留復(fù)制；

(2)DNA復(fù)制應(yīng)在S期，重組應(yīng)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。斷裂重接模型和模板選擇復(fù)制模型的否定斷裂重接模型不能解釋基因1930年Winkler把真菌中不規(guī)則分離現(xiàn)象解釋為基因轉(zhuǎn)變（conversion）Lindegren,C.C（1949）報(bào)道了酵母有規(guī)律的異離常分離現(xiàn)象：交配型A×a的雜交中，有些子囊所含的孢子為（3A+1a），也稱為基因轉(zhuǎn)變。50年代中期Mitchell,M.B.異常分離不是由于整個(gè)染色體的異常行為，而是由于特定位點(diǎn)的“基因轉(zhuǎn)變”所致，即屬于基因內(nèi)重組。Olive,E1-Ani和Kitani等在糞殼菌(Sodariafimicola)中也發(fā)現(xiàn)了異常分離。認(rèn)為這種異常分離是有絲分裂的產(chǎn)物，稱為減數(shù)后分離(postmeioticsegreation)基因轉(zhuǎn)變----與遺傳重組有關(guān)1930年Winkler把真菌中不規(guī)則分離現(xiàn)象解釋為基因轉(zhuǎn)變基因重組課件以E.coli的同源重組為例，了解同源重組機(jī)制的Holliday模型。Holliday模型以E.coli的同源重組為例，了解同源重組機(jī)制的HollidHolliday模型中，同源重組主要4個(gè)關(guān)鍵步驟①兩個(gè)同源染色體DNA排列整齊②一個(gè)DNA的一條鏈斷裂、并與另一個(gè)DNA對(duì)應(yīng)的鏈連接，形成Holliday中間體③通過分支移動(dòng)產(chǎn)生異源雙鏈DNA④Holliday中間體切開并修復(fù)，形成兩個(gè)雙鏈重組體DNA，分別為：片段重組體(patchrecombinant)拼接重組體(splicerecombinant)Holliday模型中，同源重組主要4個(gè)關(guān)鍵步驟①兩個(gè)同源

內(nèi)切酶

(recBCD)DNA侵?jǐn)_(recA)分支遷移

(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′5′3′5′3′5′3′5′3′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′目錄內(nèi)切酶DNA侵?jǐn)_分支遷移內(nèi)切酶DNA5′3′片段重組體（見模型圖左邊產(chǎn)物）：切開的鏈與原來斷裂的是同一條鏈，重組體含有一段異源雙鏈區(qū)，其兩側(cè)來自同一親本DNA。拼接重組體（見模型圖右邊產(chǎn)物）：切開的鏈并非原來斷裂的鏈，重組體異源雙鏈區(qū)的兩側(cè)來自不同親本DNA。片段重組體（見模型圖左邊產(chǎn)物）：拼接重組體（見模型圖右邊Holiday中間體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連接酶片段重組體拼接重組體目錄Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′基因重組課件基因重組課件Holiday模型說明了遺傳重組過程,也說明了基因轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象Holiday模型說明了遺傳重組過程,也說明了基因轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象二、細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組（一）接合作用當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通過菌毛相互接觸時(shí)，質(zhì)粒DNA從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至另一細(xì)胞（細(xì)菌）的DNA轉(zhuǎn)移稱為接合作用(conjugation)。二、細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組（一）接合作用當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通可接合質(zhì)粒如F因子(Ffactor)質(zhì)粒——細(xì)菌染色體外的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子可接合質(zhì)粒如F因子(Ffactor)質(zhì)?！?xì)菌（二）轉(zhuǎn)化作用通過自動(dòng)獲取或人為地供給外源DNA，使細(xì)胞或培養(yǎng)的受體細(xì)胞獲得新的遺傳表型，稱為轉(zhuǎn)化作用(transformation)。（二）轉(zhuǎn)化作用通過自動(dòng)獲取或人為地供給外源DNA，使細(xì)胞或培例：溶菌時(shí)，裂解的DNA片段被另一細(xì)菌攝取。例：溶菌時(shí)，裂解的DNA片段被另一細(xì)菌攝取。目錄目錄（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)作用當(dāng)病毒從被感染的（供體）細(xì)胞釋放出來、再次感染另一（供體）細(xì)胞時(shí)，發(fā)生在供體細(xì)胞與受體細(xì)胞之間的DNA轉(zhuǎn)移及基因重組即為轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(transduction)。（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)作用當(dāng)病毒從被感染的（供體）細(xì)胞釋放出來、再次感染λ噬菌體的生活史溶菌生長(zhǎng)途徑(lysispathway)溶源菌生長(zhǎng)途徑(lysogenicpathway)例目錄λ噬菌體的生活史溶菌生長(zhǎng)途徑例目錄目錄目錄THANKYOUSUCCESS2023/1/427可編輯THANKYOUSUCCESS2022/12/28三、位點(diǎn)特異重組位點(diǎn)特異重組(site-specificrecombination)

是由整合酶催化，在兩個(gè)DNA序列的特異位點(diǎn)間發(fā)生的整合。三、位點(diǎn)特異重組一．λ在aat位點(diǎn)的整合二．倒位重組沙門氏細(xì)菌（Salmonella）的相轉(zhuǎn)變

Mu噬菌體G片段的倒位三.免疫球蛋白基因的重排一．λ在aat位點(diǎn)的整合例（一）λ噬菌體DNA的整合λ噬菌體的整合酶識(shí)別噬菌體和宿主染色體的特異靶位點(diǎn)發(fā)生選擇性整合；反轉(zhuǎn)錄病毒整合酶可特異地識(shí)別、整合反轉(zhuǎn)錄病毒cDNA的長(zhǎng)末端重復(fù)序列(longterminalrepeat,LTR)。例（一）λ噬菌體DNA的整合λ噬菌體的整合酶識(shí)別噬菌體和宿主基因重組課件基因重組課件例（二）細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變例（二）細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變hix為反向重復(fù)序列，它們之間的H片段可在Hin控制下進(jìn)行特異位點(diǎn)重組(倒位)。H片段上有兩個(gè)啟動(dòng)子P，其一驅(qū)動(dòng)hin基因表達(dá)，另一正向時(shí)驅(qū)動(dòng)H2和rH1基因表達(dá)，反向(倒位)時(shí)H2和rH1不表達(dá)。rH1為H1的阻遏蛋白基因。hix為反向重復(fù)序列，它們之間的H片段可在Hin控制下進(jìn)行特H2鞭毛素

阻遏蛋白Hin重組酶轉(zhuǎn)位片段hinH2IH1H1鞭毛素hinH2IDNA啟動(dòng)序列H1啟動(dòng)序列沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變H2鞭毛素阻遏蛋白Hin重組酶轉(zhuǎn)位片段hinH2IH例（三）免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白(Ig)，由兩條輕鏈(L鏈)和兩條重鏈(H鏈)組成，分別由三個(gè)獨(dú)立的基因族編碼，其中兩個(gè)編碼輕鏈(和)，一個(gè)編碼重鏈。

輕鏈的基因片段：重鏈的基因片段：LVJCLVDJC例（三）免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白(Ig)，由兩條輕鏈(重鏈(IgH)基因的V-D-J重排和輕鏈(IgL)基因的V-J重排均發(fā)生在特異位點(diǎn)上。在V片段的下游，J片段的上游以及D片段的兩側(cè)均存在保守的重組信號(hào)序列(recombinationsignalsequence,RSS)。此重排的重組酶基因rag(recombinationactivatinggene)共有兩個(gè)，分別產(chǎn)生蛋白質(zhì)RAG1和RAG2。

CACAGTG(12/23)ACAAAAACCGTGTCCACTGTTTTTGG重組信號(hào)序列基因片段重鏈(IgH)基因的V-D-J重排和輕鏈(IgL)基因的V-V片段J片段RSSRSS間插DNAOHOHVJ單鏈切開RAG1RAG2分子內(nèi)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)單鏈切開轉(zhuǎn)移核苷酸修復(fù)、連接免疫球蛋白基因重排過程目錄V片段J片段RSSRSS間插DNAOHOHVJ單鏈切開RAG四、轉(zhuǎn)座重組由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位或重排稱為轉(zhuǎn)座(transposition)。由McClintock（1956）在玉米上首先發(fā)現(xiàn)遺傳學(xué)發(fā)展史上的重要里程碑之一。轉(zhuǎn)座子可在染色體組內(nèi)移動(dòng)，從一個(gè)位點(diǎn)切除，插入到一個(gè)新的位點(diǎn),引起基因的突變或染色體重組。四、轉(zhuǎn)座重組由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位或重排稱為轉(zhuǎn)座(基因重組課件基因重組課件基因重組課件插入序列(insertionsequences,IS)組成：二個(gè)分離的反向重復(fù)(invertedrepeats,IR)序列特有的正向重復(fù)序列一個(gè)轉(zhuǎn)座酶（transposase)編碼基因

IRTransposaseGeneIR發(fā)生形式：保守性轉(zhuǎn)座(conservativetransposition)復(fù)制性轉(zhuǎn)座(duplicativetransposition)（一）插入序列轉(zhuǎn)座插入序列(insertionsequences,IS)組插入序列的復(fù)制性轉(zhuǎn)座目錄插入序列的復(fù)制性轉(zhuǎn)座目錄轉(zhuǎn)座子(transposons)——可從一個(gè)染色體位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一位點(diǎn)的分散重復(fù)序列。

轉(zhuǎn)座子組成：反向重復(fù)序列轉(zhuǎn)座酶編碼基因抗生素抗性等有用的基因IRIRTransposaseGene有用基因（二）轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座子(transposons)——可從一個(gè)染色體位點(diǎn)轉(zhuǎn)移基因重組課件由轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座目錄由轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座目錄基因重組課件基因重組課件基因重組課件基因重組課件否定模板選擇復(fù)制模型的試驗(yàn)否定模板選擇復(fù)制模型的試驗(yàn)THANKYOUSUCCESS2023/1/453可編輯THANKYOUSUCCESS2022/12/28基因重組與轉(zhuǎn)座遺傳第十二章基因重組與轉(zhuǎn)座遺傳第十二章本章要求第一節(jié)DNA的重組本章要求DNA重組接合作用(conjugation)轉(zhuǎn)化作用(transformation)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(transduction)轉(zhuǎn)座(transposition)同源重組(homologousrecombination)位點(diǎn)特異的重組(site-specificrecombination)DNA重組接合作用(conjugation)轉(zhuǎn)化作用(t第一節(jié)

DNA的重組

DNARecombination

第一節(jié)

DNA的重組

DNARecomb發(fā)生在同源序列間的重組稱為同源重組(homologousrecombination)，又稱基本重組。是最基本的DNA重組方式，通過鏈的斷裂和再連接，在兩個(gè)DNA分子同源序列間進(jìn)行單鏈或雙鏈片段的交換。一、同源重組發(fā)生在同源序列間的重組稱為同源重組(homologousr重組機(jī)制一.交叉理論（chiasmatatypehypothesis）

1909年Janssens并提出了交叉型理論二.斷裂和重接模型

1937年Darlington提出三.模板選擇學(xué)說（copychoice）

BellingJ.首先提出的，1933年他又撤回了這一假設(shè)。四.1948年Hershey提出模板選擇學(xué)說重組機(jī)制一.交叉理論（chiasmatatypehypo基因重組課件斷裂重接模型和模板選擇復(fù)制模型的否定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)制模型存在的問題：

(1)違背了半保留復(fù)制；

(2)DNA復(fù)制應(yīng)在S期，重組應(yīng)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。斷裂重接模型和模板選擇復(fù)制模型的否定斷裂重接模型不能解釋基因1930年Winkler把真菌中不規(guī)則分離現(xiàn)象解釋為基因轉(zhuǎn)變（conversion）Lindegren,C.C（1949）報(bào)道了酵母有規(guī)律的異離常分離現(xiàn)象：交配型A×a的雜交中，有些子囊所含的孢子為（3A+1a），也稱為基因轉(zhuǎn)變。50年代中期Mitchell,M.B.異常分離不是由于整個(gè)染色體的異常行為，而是由于特定位點(diǎn)的“基因轉(zhuǎn)變”所致，即屬于基因內(nèi)重組。Olive,E1-Ani和Kitani等在糞殼菌(Sodariafimicola)中也發(fā)現(xiàn)了異常分離。認(rèn)為這種異常分離是有絲分裂的產(chǎn)物，稱為減數(shù)后分離(postmeioticsegreation)基因轉(zhuǎn)變----與遺傳重組有關(guān)1930年Winkler把真菌中不規(guī)則分離現(xiàn)象解釋為基因轉(zhuǎn)變基因重組課件以E.coli的同源重組為例，了解同源重組機(jī)制的Holliday模型。Holliday模型以E.coli的同源重組為例，了解同源重組機(jī)制的HollidHolliday模型中，同源重組主要4個(gè)關(guān)鍵步驟①兩個(gè)同源染色體DNA排列整齊②一個(gè)DNA的一條鏈斷裂、并與另一個(gè)DNA對(duì)應(yīng)的鏈連接，形成Holliday中間體③通過分支移動(dòng)產(chǎn)生異源雙鏈DNA④Holliday中間體切開并修復(fù)，形成兩個(gè)雙鏈重組體DNA，分別為：片段重組體(patchrecombinant)拼接重組體(splicerecombinant)Holliday模型中，同源重組主要4個(gè)關(guān)鍵步驟①兩個(gè)同源

內(nèi)切酶

(recBCD)DNA侵?jǐn)_(recA)分支遷移

(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′5′3′5′3′5′3′5′3′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′目錄內(nèi)切酶DNA侵?jǐn)_分支遷移內(nèi)切酶DNA5′3′片段重組體（見模型圖左邊產(chǎn)物）：切開的鏈與原來斷裂的是同一條鏈，重組體含有一段異源雙鏈區(qū)，其兩側(cè)來自同一親本DNA。拼接重組體（見模型圖右邊產(chǎn)物）：切開的鏈并非原來斷裂的鏈，重組體異源雙鏈區(qū)的兩側(cè)來自不同親本DNA。片段重組體（見模型圖左邊產(chǎn)物）：拼接重組體（見模型圖右邊Holiday中間體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連接酶片段重組體拼接重組體目錄Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′基因重組課件基因重組課件Holiday模型說明了遺傳重組過程,也說明了基因轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象Holiday模型說明了遺傳重組過程,也說明了基因轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象二、細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組（一）接合作用當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通過菌毛相互接觸時(shí)，質(zhì)粒DNA從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至另一細(xì)胞（細(xì)菌）的DNA轉(zhuǎn)移稱為接合作用(conjugation)。二、細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組（一）接合作用當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通可接合質(zhì)粒如F因子(Ffactor)質(zhì)?！?xì)菌染色體外的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子可接合質(zhì)粒如F因子(Ffactor)質(zhì)?！?xì)菌（二）轉(zhuǎn)化作用通過自動(dòng)獲取或人為地供給外源DNA，使細(xì)胞或培養(yǎng)的受體細(xì)胞獲得新的遺傳表型，稱為轉(zhuǎn)化作用(transformation)。（二）轉(zhuǎn)化作用通過自動(dòng)獲取或人為地供給外源DNA，使細(xì)胞或培例：溶菌時(shí)，裂解的DNA片段被另一細(xì)菌攝取。例：溶菌時(shí)，裂解的DNA片段被另一細(xì)菌攝取。目錄目錄（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)作用當(dāng)病毒從被感染的（供體）細(xì)胞釋放出來、再次感染另一（供體）細(xì)胞時(shí)，發(fā)生在供體細(xì)胞與受體細(xì)胞之間的DNA轉(zhuǎn)移及基因重組即為轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(transduction)。（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)作用當(dāng)病毒從被感染的（供體）細(xì)胞釋放出來、再次感染λ噬菌體的生活史溶菌生長(zhǎng)途徑(lysispathway)溶源菌生長(zhǎng)途徑(lysogenicpathway)例目錄λ噬菌體的生活史溶菌生長(zhǎng)途徑例目錄目錄目錄THANKYOUSUCCESS2023/1/480可編輯THANKYOUSUCCESS2022/12/28三、位點(diǎn)特異重組位點(diǎn)特異重組(site-specificrecombination)

是由整合酶催化，在兩個(gè)DNA序列的特異位點(diǎn)間發(fā)生的整合。三、位點(diǎn)特異重組一．λ在aat位點(diǎn)的整合二．倒位重組沙門氏細(xì)菌（Salmonella）的相轉(zhuǎn)變

Mu噬菌體G片段的倒位三.免疫球蛋白基因的重排一．λ在aat位點(diǎn)的整合例（一）λ噬菌體DNA的整合λ噬菌體的整合酶識(shí)別噬菌體和宿主染色體的特異靶位點(diǎn)發(fā)生選擇性整合；反轉(zhuǎn)錄病毒整合酶可特異地識(shí)別、整合反轉(zhuǎn)錄病毒cDNA的長(zhǎng)末端重復(fù)序列(longterminalrepeat,LTR)。例（一）λ噬菌體DNA的整合λ噬菌體的整合酶識(shí)別噬菌體和宿主基因重組課件基因重組課件例（二）細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變例（二）細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變hix為反向重復(fù)序列，它們之間的H片段可在Hin控制下進(jìn)行特異位點(diǎn)重組(倒位)。H片段上有兩個(gè)啟動(dòng)子P，其一驅(qū)動(dòng)hin基因表達(dá)，另一正向時(shí)驅(qū)動(dòng)H2和rH1基因表達(dá)，反向(倒位)時(shí)H2和rH1不表達(dá)。rH1為H1的阻遏蛋白基因。hix為反向重復(fù)序列，它們之間的H片段可在Hin控制下進(jìn)行特H2鞭毛素

阻遏蛋白Hin重組酶轉(zhuǎn)位片段hinH2IH1H1鞭毛素hinH2IDNA啟動(dòng)序列H1啟動(dòng)序列沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變H2鞭毛素阻遏蛋白Hin重組酶轉(zhuǎn)位片段hinH2IH例（三）免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白(Ig)，由兩條輕鏈(L鏈)和兩條重鏈(H鏈)組成，分別由三個(gè)獨(dú)立的基因族編碼，其中兩個(gè)編碼輕鏈(和)，一個(gè)編碼重鏈。

輕鏈的基因片段：重鏈的基因片段：LVJCLVDJC例（三）免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白(Ig)，由兩條輕鏈(重鏈(IgH)基因的V-D-J重排和輕鏈(IgL)基因的V-J重排均發(fā)生在特異位點(diǎn)上。在V片段的下游，J片段的上游以及D片段的兩側(cè)均存在保守的重組信號(hào)序列(recombinationsignalsequence,RSS)。此重排的重組酶基因rag(recombinationactivating