基因擴增與基因重排——遺傳學(xué)基因擴增的定義:基因擴增（geneamplification):細胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一性的增加,它是細胞在短期內(nèi)為滿足某種需要而產(chǎn)生足夠基因產(chǎn)物的一種調(diào)控手段。

為滿足正常的生長發(fā)育兩棲類和昆蟲的卵母細胞rRNA基因的擴增

果蠅濾泡細胞卵殼蛋白的基因擴增現(xiàn)象外界環(huán)境因素引起的基因擴增

藥物誘導(dǎo)抗藥性基因的擴增腫瘤細胞中原癌基因拷貝數(shù)異常增加許多致癌劑可誘導(dǎo)DNA擴增體細胞rDNA500拷貝

1.爪蟾卵細胞內(nèi)的rRNA(rDNA)的擴增

注：rDNA：基因組中編碼核糖體RNA（rRNA）分子的對應(yīng)的DNA序列。rRNA：rDNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，它是構(gòu)成核糖體的重要成分，核糖體由許多小的rRNA分子組裝而成。卵細胞rDNA約2000000拷貝

真核細胞rRNA基因為串聯(lián)重復(fù)序列:由18S、5.8S和28SrRNA基因組成一個轉(zhuǎn)錄單位,彼此間隔分開,重復(fù)單位之間的間隔DNA序列不轉(zhuǎn)錄.由于間隔區(qū)中的串聯(lián)重復(fù)次數(shù)不同，因此，不同間隔區(qū)的長短差異很大。

生物重復(fù)單位長度非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)長度轉(zhuǎn)錄區(qū)長度釀酒酵母黑腹果蠅非洲爪蟾小鼠895011500~1420010500~13500440017503750~6450

2300~53003000072007750787513400

rRNA基因簇串聯(lián)重復(fù)單位的不同長度單位：bp

5SrRNA基因在基因組中呈串聯(lián)重復(fù)排列成基因簇。5S基因與非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)相間排列，組成一個重復(fù)單位。在爪蟾體細胞中5SrRNA基因約有500拷貝，而在卵細胞中5S基因可重復(fù)20000多次。這大概是為了和卵細胞中大量擴增的28S和18S基因相統(tǒng)一。5SrRNA基因沒有基因擴增現(xiàn)象

rDNA的擴增rDNA是采用滾環(huán)式復(fù)制方式在核仁區(qū)進行的擴增，擴增產(chǎn)生的新rDNA不納入線形染色體中，而是一環(huán)狀小DNA分子方式存在。

滾環(huán)式復(fù)制：雙鏈DNA環(huán)狀分子先在一條單鏈的復(fù)制起點上產(chǎn)生一個切口(nick)，然后以另一條單鏈為模板不斷地合成新的單鏈。釋放出的新合成的單鏈或是先復(fù)制成雙鏈DNA，被酶切割成單位長度后，再形成環(huán)狀雙鏈DNA分子；或是釋放出的新合成的單鏈DNA，先被酶切割成單位長度形成單鏈環(huán)狀DNA分子后再復(fù)制成雙鏈環(huán)狀DNA分子。

果蠅在卵巢成熟之前，卵巢顆粒細胞中的卵殼蛋白基因被擴增。果蠅的卵母細胞經(jīng)過4次分裂，形成1個卵母細胞和15個營養(yǎng)細胞（為卵母細胞提供蛋白質(zhì)及其它營養(yǎng)）。營養(yǎng)細胞通過胞漿橋與卵細胞相連，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)順利進入正在增大的卵細胞。多次特殊的DNA復(fù)制，卵殼蛋白等基因拷貝數(shù)顯著增加。2.果蠅濾泡細胞卵殼蛋白的基因擴增現(xiàn)象DNA不切離的多次擴增形成復(fù)制泡的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)外界環(huán)境因素引起的基因擴增1.在培養(yǎng)的動物細胞中,已知對雙氧葉酸還原酶(DHFR)的抑制劑甲氨蝶呤(methotrexate)具有耐藥性的細胞,其dhfr基因增加達1000個拷貝,這已使用于對基因擴增機制的分析等.2.細胞受到藥物攻擊后,為抵抗藥物作用,需產(chǎn)生抗性基因的產(chǎn)物去破壞它,最直接有效的辦法是大量增加抗性基因的數(shù)目,使抗性基因的產(chǎn)物隨之大量增加.基因擴增是基因表達增加的一種重要機理。基因擴增與抗藥性有關(guān)。基因重排定義:DNA分子的核苷酸序列的重新排布,序列的重排可形成新的基因,還可調(diào)節(jié)基因的表達.通過基因的轉(zhuǎn)座，DNA的斷裂錯接而使正?；蝽樞虬l(fā)生改變?；蛑嘏哦ㄏ蛑嘏排c變換非定向重排定向重排與變換

①定向重排可使一個基因從遠離其啟動子的位置移到啟動子附近位點而被啟動。②基因表達的變換③環(huán)境條件引起的基因變化小鼠免疫球蛋白結(jié)構(gòu)基因的表達當(dāng)免疫細胞分化時，染色體定向重排把3個遠離的基因連在一起，因由于V、C、J基因的不同組合造成了抗體的多樣性。基因表達的變換由于DNA片段缺失使調(diào)控區(qū)和新基因受體連接成新調(diào)控啟動基因，使原來無活性基因轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚?。（如酵母細胞性別的轉(zhuǎn)換）

酵母菌的生活周期

酵母菌的生活史和細胞特征1.

酵母菌的生活史和細胞特征單倍體細胞二倍體細胞單倍體細胞2.

酵母的接合型轉(zhuǎn)換a細胞細胞細胞a細胞3.

酵母細胞接合型決定因子基因結(jié)構(gòu)及表達HML,HMR,MAT,HO;信號傳遞和調(diào)控基因4.

酵母接合型轉(zhuǎn)換模型---磁帶模型活動磁帶盒和沉默磁帶盒

接合型控制的幾種活性

酵母接合型轉(zhuǎn)換模型-磁帶模型HMLα和HMRα兩個基因貯存了兩種接合型等位基因，當(dāng)轉(zhuǎn)座給MAT基因座時就發(fā)生了接合型的轉(zhuǎn)換。因此，MAT基因座是通過轉(zhuǎn)座而轉(zhuǎn)換其接合型的。MAT基因座的序列轉(zhuǎn)換成另一個基因的序列，非定向重排

例如轉(zhuǎn)座子在染色體上的移動，轉(zhuǎn)座子的插入可激活或抑制某些基因。如順向末端重復(fù)序列的轉(zhuǎn)座可能導(dǎo)致某些片段的缺失而使啟動子鄰近結(jié)構(gòu)基因而使其轉(zhuǎn)錄。

環(huán)境因素也引起基因重排

改變環(huán)境溫度、水分和pH等條件，可使植物改變了的表型得到遺傳。環(huán)境引起的穩(wěn)定變異很可能起因于某些DNA序列的不等復(fù)制、不等變換或某些染色體外因子導(dǎo)致的基因重排?？偨Y(jié)

基因重排重排廣泛存在于動物、植物和微生物的體細胞基因組中;基因重排可能導(dǎo)致DNA順序的變化，DNA的擴增、丟失或修飾；基因重排可能產(chǎn)生新基因，用于特定環(huán)境中的表達，如動物的免疫球蛋白；基因重排可能是改變已有基因的表達模式，用于調(diào)控其他基因的表達。DNA重排技術(shù)DNA重排又叫有性PCR、分子雜交等,是一種反復(fù)性突變、重組過程,它是將一組緊密相關(guān)的核酸序列隨機片段化,這些片段通過自配對PCR或重組裝PCR延伸,最后組裝成一個完整的全長核酸序列,在這個過程中就引入了突變并進行了重組,這樣通過核酸序列的迅速進化,就可提高核酸序列或其編碼的蛋白的功能。DNA重排技術(shù)步驟目的DNA片段的獲得隨機片段化重組裝PCR/無引物PCR篩選或選擇

基因重排技術(shù)的應(yīng)用單基因的定向改造；序列相關(guān)基因的重排；生物代謝途徑的改造；對整個基因組的改造．

利用DNA重排技術(shù)已經(jīng)成功地對許多單基因如工業(yè)用酶、抗體以及一些重要蛋白等進行了定向改造,使酶活性、底物特異性以及抗體親和性、蛋白的功能、熱穩(wěn)定性等得到了明顯提高,

DNA重排既可以對單一代謝途徑進行優(yōu)化,又可以同時對多個代謝途徑進行組合性改造,形成多樣性的合成途徑,導(dǎo)致生物小分子多樣性的出現(xiàn),產(chǎn)生“非天然”的天然小分子文庫,用于先導(dǎo)化合物的篩選展望

DNA重排目前已經(jīng)可以在單一基因、單一代謝途徑甚至整個基因組等各個層面用于體外進化,如果與合適的選擇或篩選壓力結(jié)合,將在多方面特別是醫(yī)藥方面得到廣泛應(yīng)用。如用于DNA序列的改造,可以提供更好的DNA