第八章 DNA的修复与重组课件

第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组通常将基因组中一个小区域内核苷酸序列发生的改变称为突变(mutation)。许多突变是单个核苷酸发生改变的点突变；另一类则是涉及插入或者删除一个或多个核苷酸的突变。原因：DNA的复制发生错误，或是存在某些诱变的因素，都可能导致基因的突变。

第八章DNA的修复与重组所有细胞都有DNA修复系统负责修复突变的DNA，将突变的数量减到最少，从而保证了遗传的相对稳定性。就修复的方式而言，不外两种，一种是在DNA复制之前便将不正常的核苷酸替换清除，另一种方式则是在复制之后予以纠正。第八章DNA的修复与重组重组(recombination)：指的是基因组的重新组合.例如：在减数分裂期同源染色体等位基因片段之间的互换；转座子(transposon)DNA在一条染色体内或两条染色体之间从一个位置转移到另外一个位置。第八章DNA的修复与重组DNA突变和重组可能对其所在细胞产生巨大的影响，如果一个重要的基因发生突变，将导致其编码的蛋白质出现缺陷，甚至使细胞死亡。但一般而言，DNA重组和突变都将导致细胞在生理生化方面的变化，不过有些只是对细胞的表型产生轻微的影响，或者完全没有影响。对于多细胞生物而言，发生在体细胞的突变不会传递给后代。如果那些非致命的、非可逆性的突变发生在生殖细胞，这种突变将会通过配子体遗传给后代，而且在后代的体细胞和生殖细胞中都会存在这种突变，这样的突变称为种系突变(germ-linemutation)。它可能是有害的，但也可能有助于基因组的进化。第八章DNA的修复与重组第一节基因突变第八章DNA的修复与重组——基因突变

(genemutation)一、突变的类型发生染色体水平突变根据发生水平的不同分为：染色体结构变异——染色体畸变

(chromosomeaberration)

基因水平染色体数目的改变基因组DNA序列发生的改变基因碱基对的增加或缺失第八章DNA的修复与重组基因突变可以从不同的角度划分为许多不同的类别。从基因突变的过程来划分，则可以分成两大类：1．自发突变(spontaneousmutation)

自发突变是不存在人为干扰的情况下自然发生的突变。例如，在DNA复制过程中，由于DNA聚合酶的校对出现失误，从而形成错配的碱基，致使新合成的DNA子链产生突变；或者是Fh于在自然的条件下发生的氧化损伤，以及脱氨基、脱嘌呤作用等引起的突变。第八章DNA的修复与重组2．诱发突变(inducedmutation)诱发突变是由化学诱变剂(如碱基类似物、嵌入试剂、脱氨基试剂、烷化剂等)，或物理因素(如离子辐射、紫外辐射和热作用等)诱导，致使基因组受到不同程度的伤害而产生的突变。第八章DNA的修复与重组突变中碱基对变化的数目而言,基因突变又可分为:点突变(pointmutation)是指一个碱基对发生的突变，碱基替换(basesubstitution)碱基插入(baseinsertion)碱基缺失(basedeletion)多点突变(multiplemutation)则是指两个以上的碱基发生改变的突变。第八章DNA的修复与重组从基因突变产生的后果，即从表型的变化而言，则可将基因的突变划分为以下一些类型：1．沉默突变(silentmutation)

这是指对基因组功能没有影响的突变，如发生在基因间或基因非编码区的突变。2．同义突变(synonymousmutation)

它所指的是突变后密码子所编码的氨基酸保持不变的一类突变。第八章DNA的修复与重组3．中性突变(neutralmutation)

它是指导致mRNA中的密码子发生改变的突变。在这种突变中，蛋白或多肽链中相应位点的氨基酸将被其他的氨基酸取代，但蛋白质的功能并不受到影响。4．错义突变(missensemutation)

这是指DNA突变后，mRNA的相应密码子发生改变，致使所表达的蛋白质的功能也受到影响，乃至改变突变体的表型的突变。5．移码突变(frarneshiftmutation)

它所指的是由于突变造成若干个碱基的插入或丢失，致使基因的阅读框(readingframe)发生移码，产生无功能蛋白的一种突变。第八章DNA的修复与重组如：某基因的碱基顺序为ATA，编码的RNA为UAU，决定的氨基酸为酪氨酸，ATAUAU酪氨酸GTACAU组氨酸ATGUAC酪氨酸ATCUAG终止密码子第八章DNA的修复与重组

移码突变ATG

AAT

TTA

GCC

ATG

AAT

ATT

AGCC第八章DNA的修复与重组6．无义突变(nonsensemutation)

它是指DNA序列的改变使mRNA提前出现终止密码子(UAA，UAG或UGA)，表达随之提前终止，产生一条不完整的多肽的突变。这种突变的后果比较严重，通常会导致蛋白质丧失全部的活性。7．连读突变(read-throughmutation)

连读突变与无义突变正好相反，这种突变使终止密码子变成一个编码氨基酸的实义密码子，使翻译在3’非翻译区(3’untranslatedregion，UTR)继续进行，从而使合成的蛋白质多出一段多肽，这将干扰蛋白质的折叠，影响蛋白质的构象，使其活性随之降低。第八章DNA的修复与重组如：某基因的碱基顺序为ATA，编码的RNA为UAU，决定的氨基酸为酪氨酸，ATAUAU酪氨酸GTACAU组氨酸ATGUAC酪氨酸ATCUAG终止密码子第八章DNA的修复与重组此外，突变还可能使突变表型向野生型转变，称为回复突变(reversemutation)；突变也可能使所表达的蛋白质的功能增益(gain-of—function)，使其活性异常，从而导致细胞功能紊乱，甚至使细胞分裂失控、引发癌症。但这两种突变都不太常见。第八章DNA的修复与重组二、基因突变的原因第八章DNA的修复与重组造成基因突变的原因主要有两种：一种是自然发生的不存在人为干扰的自发突变，另一种是因受到物理的或化学因素的诱导而发生的诱发性突变。第八章DNA的修复与重组(一)自发突变1．互变异构转换(tautomericshift)每一种核苷酸都有两种互变异构体(tautomer)，它们处于一种动态平衡的状态，以出现的频率而言，可以将其区分为常见异构体和罕见异构体。例如胸腺嘧啶有常见的酮式(keto)和罕见的烯醇式(en01)两种互变异构体，酮式胸腺嘧啶(T)与腺嘌呤(A)配对，但如果在复制叉经过的瞬间，胸腺嘧啶正好转变为罕见的烯醇式异构体，它将更趋于与鸟嘌呤(G)配对，从而产生错配。腺嘌呤和鸟嘌呤也存在类似的情况。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组2．滑序复制(replicationslippage)如果在DNA模板上含有较短的重复序列，复制时将特别容易引起滑序复制。如图8-2所示，5个CA重复序列在复制时，一条子代DNA链上添加了一个重复单元CA，当子代DNA分子进行下一轮复制时，一个孙代分子就会比最初的亲代多出一个重复单元.滑序复制将使重复序列的数量发生改变，导致DNA发生插人或缺失若干个碱基的突变。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组许多人类的疾病可能都与滑序复制有关。例如，亨廷顿舞蹈病(Huntington’sdisease，HD)是一种由于ITl5基因的CAG三核苷酸重复序列异常扩展(trinucleotiderepeatexpansion)引起的常染色体显性遗传的神经退行性疾病。正常的ITl5基因的CAG重复序列数目为10～35，而患者的该重复序列数目将扩展到36～121，致使谷氨酰胺数目增加，产生无功能的亨廷顿蛋白,该蛋白在脑部的积累，将使患者的行动失控、情感错乱且智力低下。第八章DNA的修复与重组例如脆性X染色体综合症(fragileXsyndrome)，这也是一种由于致病基因FMR-15’非翻译区(5’UTR)的三核苷酸CGG重复序列发生异常扩展，致使X染色体长臂末端出现一个脆性位点(fragilesite)所引起的疾病。在正常人中，三核苷酸CGG重复序列的重复次数为5-60次，当重复序列扩展到60～200次时，则称之为前突变。当重复数高达200-1300次的时候，则称之为全突变，它将引起上述脆性X染色体综合症。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组研究表明，在人类细胞中，当三核苷酸重复序列的重复次数大于50次的时候，个体虽不一定显示出病态，但DNA已不能被完全“忠实’’地复制，DNA的序列和数量可能都会发生改变。类似的例子还很多，如强直性肌营养不良症(myotonicdystrophv)、X-连锁脊髓和延髓肌萎缩(Kennedy’Sdisease)症都是由于三核酸重复序列CAG和CTG的异常扩展所引起的疾病。第八章DNA的修复与重组(二)诱发突变第八章DNA的修复与重组1．物理诱变(1)离子辐射(ionizingradiation)离子辐射包括Q射线、G射线和中子等粒子辐射，以及了射线和X射线等电磁波辐射。它们能量大，能穿透组织，可通过与原子碰撞释放出电子，释放的电子再与其他原子碰撞释放出更多电子。高能辐射产生的电离能够引起许多化学反应，其中包括点突变、插入或缺失等DNA突变。基因突变的频率与辐射剂量成正比。第八章DNA的修复与重组(2)紫外线辐射(UVradiation)紫外线是波长为200～390nm的非电离辐射。由于能量较低，穿透力不强，不能引起离子化，但DNA的碱基对波长为254～260nm的紫外线有很强的吸收能力。这种波长的紫外线能通过DNA光化学变化诱导基因突变。紫外线对DNA的作用之一是在单链的相邻嘧啶碱基或DNA双链的嘧啶碱基之间形成异常的化学键，但通常是在DNA单链的两个相邻的T之间形成共价链，产生胸苷二聚体，常以TT表示(图8—4)。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组紫外线还能引起其他的嘧啶碱基形成二聚体，但嘌呤二聚体甚为少见。UV引起的另一种光产物(photoproducts)是6-4光产物，即嘧啶碱基的第6位碳原子与相邻嘧啶碱基的第4位碳原子间共价连接，这将导致DNA链产生弯曲和纽结(图8—5)。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组(3)热诱变在温度波动的情况下，DNA中核糖与嘌呤碱基(腺嘌呤或鸟嘌呤)间的pN-糖苷键将发生水解反应，使核苷酸去嘌呤化(depurination)，人类一个细胞每天约有5000个嘌呤碱基因去嘌呤化而发生丢失。类似的反应也出现在胞嘧啶上，它通过脱氨基作用(deamination)变成尿嘧啶(uracil)(图8—6)，人类一个细胞平均每天有100个胞嘧啶发生脱氨基作用。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组由于缺少碱基的核糖-磷酸酯键非常不稳定，将很快降解，从而在双螺旋DNA分子上留下缺口(图8-7)。不过由于生物体有很强的修复能力，这类反应通常不会导致变异。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组2．化学诱变剂(chemicalmutagen)(1)碱基类似物碱基类似物的分子结构与DNA分子中正常碱基的结构非常相似，它们可在不妨碍DNA复制的情况下掺人DNA分子的合成，但由于它们与正常的碱基毕竟不同，因此在复制时容易发生配对的差错而导致基因的突变。第八章DNA的修复与重组5-溴尿嘧啶(5-bromouracil，BU)是胸腺嘧啶的类似物，它与T不同之处仅在于第五个碳原子上的甲基被溴(Br)取代，形成5-溴尿嘧啶。5-溴尿嘧啶有两种异构体，常见的酮式(keto)能与腺嘌呤配对，但罕见的烯醇式(enol)却与鸟嘌呤配对，因而在DNA复制时如掺入BU便可能引起碱基的转换，从而产生突变。第八章DNA的修复与重组2-氨基嘌呤：(2-AP)也是碱基的类似物，有正常状态和稀有状态两种异构体，可分别与T和C配对结合。当2-AP掺入到DNA复制中时，由于其异构体的变换而导致A∶TG∶C。第八章DNA的修复与重组(2)碱基修饰剂碱基修饰剂是通过直接修饰碱基的化学结构而导致变异的。常见的碱基修饰剂有亚硝酸、羟胺和烷化剂。第八章DNA的修复与重组DNA的碱基在自然条件下或者温度波动时也会自发地出现脱氨基化，但亚硝酸能明显加速这一过程，使鸟嘌呤、胞嘧啶和腺嘌呤脱氨，分别变成黄嘌呤、尿嘧啶和次黄嘌呤。鸟嘌呤诱变以后变成黄嘌呤可仍与胞嘧啶配对，但胞嘧啶和腺嘌呤脱氨后，其配对将发生转换，亚硝酸的作用第八章DNA的修复与重组亚硝酸的作用如腺嘌呤脱氨变成次黄嘌呤后将与胞嘧啶配对，胞嘧啶脱氨变成尿嘧啶后将与腺嘌呤配对，脱氨后的核苷酸如果不进行修复，那么经过DNA的复制，将导致相应的碱基配对发生转换。胸腺嘧啶没有氨基，所以不在此列。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组原核及真核生物都能够将自身的DNA甲基化，如胞嘧啶甲基化后可形成5-甲基胞嘧啶(5-methyl-cytosine，5mC)。5mC也可以脱氨，脱氨以后变成胸腺嘧啶。由于胸腺嘧啶是正常的DNA碱基，所以没有任何一种修复机制能察觉和纠正这种突变，因此基因组中存在5mC的位点常常是突变的热点(mutationalhotspots)，发生突变的频率较高。脱氨作用第八章DNA的修复与重组羟胺(NH20H)与碱基的作用十分特别，它只与胞嘧啶作用，在其C4加上-OH，生成4羟胺嘧啶(HC)，此产物可取代胸腺嘧啶和腺嘌呤配对，结果形成错配。羟胺的作用第八章DNA的修复与重组烷化剂(alkylatingagent)常见的烷化剂(alkylatingagent)包括：氮芥(nitrogenmustard)、硫芥(sulfurustard)、甲基磺酸甲酯(MMS)、乙基甲烷磺酸(EMS)、乙基乙烷磺酸(EES)、亚硝基胍(NTG)等。它们都是一些亲电试剂。第八章DNA的修复与重组这些亲电试剂将进攻嘌呤和嘧啶环上电子云密度较高的第4和第6位碳原子，置换C4和C6的氢，完成亲电取代反应，使嘌呤和嘧啶烷基化。烷基化后的嘌呤和嘧啶环上的电子云密度分布将发生变化，从而诱导基因发生突变。第八章DNA的修复与重组(3)嵌入试剂(intercalatingagents)一些扁平的稠环分子，例如吖啶橙(acridineorange)、原黄素(proflavin)、溴化乙锭(ethidiumbromide)等，可以插入到DNA的碱基对之间，这些分子插入之后将使碱基对间的距离加大一倍，正好占据了一个碱基对的位置，因此将这些分子称为嵌入试剂。第八章DNA的修复与重组如果嵌入试剂在DNA复制时插在模板链的两个相邻碱基之间，则合成新链时必须要有一个碱基插在嵌入试剂相应的位置，以填补空隙。这个碱基没有配对的问题，是随机插入的，插入的碱基在下一轮复制时必然会增加一个碱基；如果合成新链时插入的嵌人试剂取代了相应的碱基，而在下一轮复制之前嵌入试剂又丢失的话，那么下一轮复制则将减少一个碱基。无论是上述哪一种情况，都将导致移码突变。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组(三)诱变剂的检测虽然许多诱变剂和能导致基因突变的物理因子在遗传育种的工作中已获得广泛的应用，但在我们所接触的各种天然的或人工合成的化学品(如杀虫剂、药物和食品添加剂等)中，肯定还存在着许多我们所陌生的DNA诱变剂，其中一些诱变剂还可能是致癌剂(carcinogens)。因此，识别和鉴定它们对于保护环境、提高人类生活的质量具有重要意义。第八章DNA的修复与重组1970年，Ames发明了一种简易的检测方法，称为Ames试验(Amestest)。它的依据是：①化学物质诱发突变往往不是直接的，它必须经过动物吸收、消化，特别是肝脏的处理后才起作用。有些本来可以诱变化学品经过肝的处理可能失去诱变能力;但有些本来没有诱变能力的化学制品，经过肝的酶系统作用后也可能获得诱变的能力。因此经过肝中酶的作用才能更好地反映某种化学药品的实际诱变能力。第八章DNA的修复与重组②诱变剂既能导致正突变，也能导致回复突变。但正突变是多向性的，难以预测;而回复突变是定向的。只需基本培养基就可以进行筛选，程序要简单得多。第八章DNA的修复与重组Ames试验的方法材料：选用一种鼠伤寒沙门氏杆菌(Salmonellatyphimurium)的营养缺陷型菌株(his一)，原理：由于该突变株组氨酸生物合成途径中的一个酶的基因发生了突变，不能合成组氨酸，如果待测化学物质能使其发生回复突变，重新合成组氨酸，即可在没有组氨酸的基本培养基中生长，从而对该化学物质的诱变性做出判断。第八章DNA的修复与重组实验过程将一组老鼠注射芳香族化合物，以诱导提高鼠肝中酶系统的表达水平。4天后将老鼠杀死，取出的肝经匀浆离心后制得鼠肝酶的悬浮液，而后与待测的化学药品以及沙门氏杆菌his菌株混合，涂布在无组氨酸的平板培养基上培养。第八章DNA的修复与重组如果待测药物具有诱变作用，使该缺陷型菌株发生回复突变，在培养基上长出菌落，即可对该化学物质的诱变性做出判断。此法还可根据菌落的多少来判断诱变力的强弱。它的优点是快速、便捷和准确。第八章DNA的修复与重组Devoret等人利用诱导大肠杆菌产生噬菌斑的方法来进行检测，尚可大大简化检测的过程。原理：能使细菌产生SOS反应的化合物通常也是高等动物的致癌物或诱变剂。SOS反应是DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式，而大肠杆菌的SOS反应可激活处于溶原状态的入噬菌体，使之进入裂解状态，从而裂解宿主细胞产生噬菌斑。因此利用此法不仅可判断待测物质是否具有诱变性，同时根据噬菌斑的多少还可进一步对诱变剂的强度做出判断。第八章DNA的修复与重组第二节DNA的损伤修复第八章DNA的修复与重组一、DNA聚合酶的矫正修复DNA聚合酶在复制DNA时，在核苷酸共价结合之前就要进行筛选，对错误掺入的核苷酸则利用其3’-5’外切酶活性进行校正，使得DNA复制中出现错配的概率大大减少。第八章DNA的修复与重组二、光修复紫外线辐射可形成嘧啶二聚体和6-4光产物,对DNA造成损伤.研究表明，在细菌、真菌和高等植物中广泛存在着一种修复嘧啶二聚体的DNA修复酶，即DNA光裂合酶(DNAphotolyase)，有时也称之为光复活酶，它由phr基因编码，此酶能被320～370nm的可见光(即蓝光)激活，然后结合在嘧啶二聚体上，将由于紫外线照射而形成的嘧啶二聚体分解，使之恢复原状，这一过程称之为光复活(photoreactiVation)或光修复(1ightrepair)。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组三、切除修复(excixionrepair）概念:是指在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤的部分切除，并以完整的链为模板，合成切去的部分，使DNA恢复正常的过程。切除修复有如下两种方式：碱基切除修复(baseexcisionrepairs)核苷酸切除修复(nucleotideexcisionrepair)第八章DNA的修复与重组(一)碱基切除修复(baseexcisionrepairs)概念：碱基切除修复是将DNA受损碱基周围一个或多个核苷酸切除，然后通过DNA聚合酶补齐，再由连接酶连接，最终使受损的DNA恢复正常状态的一种修复。酶：碱基的切除由DNA糖苷酶(DNAglycosylase)完成，它可切断受损碱基与核酸之间的β-N-糖苷键。第八章DNA的修复与重组如：胞嘧啶脱氨生成的尿嘧啶、腺嘌呤脱氨生成的次黄嘌呤、烷基化的碱基、碳双键转变为碳单键的碱基、氧化碱基和开环的碱基。过程：这类DNA双螺旋结构中的异常碱基主要是通过碱基“翻转”(flippingout)来进行识别的，即DNA糖苷酶沿DNA双螺旋移动，利用碱基翻转的方式去检查每个碱基，如果找出损伤的碱基便将其切除。第八章DNA的修复与重组以胞嘧啶脱氨变为尿嘧啶为例：尿嘧啶首先被尿嘧啶DNA糖苷酶切除，然后通过AP核酸酶(apurinicapyrimidinic，AP)识别缺失碱基的磷酸脱氧核糖，经AP核酸酶与磷酸二酯酶的共同作用，将缺失碱基的磷酸脱氧核糖切除，最后由DNA聚合酶和DNA连接酶将缺口补齐。第八章DNA的修复与重组(二)核苷酸切除修复(nucleotideexcisionrepair)特点：核苷酸切除修复比碱基切除修复更具特异性，可修复更为严重的损伤类型，如链内的大交联和碱基被大的化学基团修饰性结合的损伤。核苷酸切除修复也能矫正碱基二聚体突变，对不具备光修复系统的高等哺乳动物(如人类)的二聚体突变进行修复。过程：在核苷酸切除修复中，带损伤核苷酸的一段单链DNA将被切除,然后以其互补链为模板合成新的DNA链,取代被切除的单链DNA。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组四、错配修复(mismatchrepair)第八章DNA的修复与重组概念：能够修复DNA复制中出现的核苷酸错配的修复系统称为错配修复系统。过程：在修复的过程中，MutL可能起着协调MutH和MutS的作用。MutH则是一种核酸内切酶，与子链结合后可切断5’-GATC-3’序列中G碱基上游5’端的磷酸二酯键，然后DNA解旋酶随之将双链打开，再由外切核酸酶沿5’-3’方向切除约1000个以上的核苷酸，直到将错配碱基完全切除。最后新的DNA链由DNA聚合酶I和DNA连接酶合成并将缺口连接，使之成为正常的DNA分子.第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组五、重组修复(recombinationrepair)概念：在修复过程中，复制叉将跳过损伤的位点继续推进，在损伤位点附近重新开始合成。这样在对应于亲本链损伤的部位，其DNA子链将留下一个缺口，而复制叉另一侧的新生子链则是完好的。上述DNA子链上的缺口将由一种特殊的修复系统通过分子间的重组予以修复，这种修复系统称为重组修复。第八章DNA的修复与重组这时，修复系统将从复制叉另一侧的完好的亲本链上切取一段相应的DNA片段，并将其转移至有缺口的DNA双链。通过这种单链的交换(single-strandexchange)，可使原来带缺口的子链恢复正常，但双链中亲本链原有的损伤将被保留下来。复制叉另一侧亲本链切割后留下的缺口，可通过DNA聚合酶工以正常的子链为模板合成一段DNA序列予以填补。由于这种修复发生在复制之后，因此又称之为复制后修复(postreplicationrepair)。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组六、SOS修复概念：SOS是国际通用的紧急求救讯号，SOS修复是细胞处于危急状态时所产生的一种DNA修复方式。这种修复可维持基因组的完整性，提高细胞的生存概率，但修复后留下的错误较多，因此又称为差错倾向性修复(error-pronerepair)。时期：当两条DNA链的损伤部位相邻近时，这种损伤已不能通过切除修复和重组修复予以解决，这时细胞将进行SOS修复。第八章DNA的修复与重组过程：先通过内切核酸酶和外切核酸酶切开受损的DNA片段，在损伤的部位留下空缺，再由损伤诱导产生一整套的与SOS修复相关的酶催化空缺部位DNA的合成。特点：由于通过这种方式参与合成的核苷酸几乎都是随机的，虽然保持了DNA双链的完整性，使细胞得以生存，但细胞的突变率也将随之增高。因此一般认为，SOS修复是细菌基因组在遭受到极为严重的损伤之后最后的一个应急的措施，用以维持在极端不利条件下的生存。第八章DNA的修复与重组第三节重组和转座第八章DNA的修复与重组概念：任何造成基因型变化的基因交换的过程都称之为基因重组。类型：基因重组大致可分为以下四种：同源重组(homologousrecombination)位点特异性重组(sitespecificrecombination)转座(transposition)拷贝选择(copychoice)重组第八章DNA的修复与重组1．同源重组(homologousrecombination)概念：这是指DNA同源序列之间大片段的交换，也称普遍性重组(generalizedrecombination)。包括：真核生物在减数分裂时期的交互重组外源DNA转移到细胞内部时与基因组整合的单向重组。第八章DNA的修复与重组2．位点特异性重组(site-specificrecombination)位点特异性重组发生在特定的成对序列之间，它是在原核生物中最先发现的一种特定的重组。最典型的当属λ噬菌体DNA与大肠杆菌基因组att位点的整合。这种重组要求重组的DNA片段两端都有一段特异性的同源序列,而且需要特定的酶和蛋白的

参与.第八章DNA的修复与重组3．转座(transposition)这是一种特殊类型的重组。转座子(transposon)是一种能够从DNA(染色体或质粒)的一个位置转移到DNA的另一个位置的遗传因子，转座子转移的过程称为转座。这一过程需要转座酶、解离酶和DNA聚合酶的参与。第八章DNA的修复与重组4．拷贝选择(copychoice)重组这是RNA病毒采用的一种重组类型。如RNA反转录病毒在进行反转录时，需要从模板一端转换到模板的另一端，也可能转移到另外的一个模板，致使新合成的分子含有来自不同亲链的遗传信息，这一过程称为拷贝选择(copychoice)重组。第八章DNA的修复与重组二、基因重组的作用机制第八章DNA的修复与重组(一)同源重组1．Holliday模型1964年，美国的Holliday提出著名的Holliday模型，这是一个被广泛接受的能够解释许多同源重组现象的模型。根据Holliday模型，同源重组的过程可分为以下几个步骤:第八章DNA的修复与重组①在减数分裂过程中，两条染色单体相互配对(联会)；②DNA内切酶在两个染色单体方向相同的单链的相同位置各切开一个缺口；③游离端的氢键断裂，与互补链分离，形成游离的单链；④游离的单链相互交叉、转移、配对，形成异源双链体DNA(heteroduplex)；⑤DNA连接酶将缺口连接，形成半交叉的Holliday结构；第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组⑥交叉点不断迁移(branchmigration)，使更多的核苷酸得到交换；⑦交叉点移动形成“十”字型结构(chiform)；⑧“十”字型结构的双臂旋转180°；变成中空的“十”字型结构；⑨从交叉点横向或纵向切割，随机产生两种不同的解离结果；⑩形成两条带缺口的DNA双链，由DNA连接酶连接封闭。至此，重组完成。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组2、Meselson-Radding重组模型Meselson和Radding在Holliday模型的基础上提出了一个修正方案，即Meselson-Radding重组模型。该模型认为在两条DNA双螺旋中，只有一条DNA双螺旋中的一条单核苷酸链被切开，产生的游离核苷酸单链“侵入”另一条姐妹染色单体完整的DNA双链，并与之配对，且在相应部位置换出一条同源单核苷酸链形成一个口环结构，随后被置换的单核苷酸链在单链与双链相连的地方被切开，形成异源双链体DNA。接着按Holliday模型的后续步骤完成重组。第八章DNA的修复与重组第八章DNA的修复与重组(二)位点特异性重组位点特异性重组(site-specificrecombination)是噬菌体DNA和细菌DNA之间发生的一种重组。这种重组不要求重组DNA之间具有序列同源性，但要求重组的DNA两端都各有一段特异的序列。关于这种重组，目前研究得比较清楚的是入噬菌体DNA和大肠杆菌DNA之间发生的重组。第八章DNA的修复与重组λ噬菌体感染大肠杆菌可以有两条途径：一条是裂解途径(1yticpathway)，即λDNA以一个独立的环状分子存在于细菌中，合成λ噬菌体外壳蛋白并复制入基因组，组装成新的噬菌体，在感染后20min内即可导致细菌死亡并释放出噬菌体；另一条途径是溶源途径(1ysogenicpathway)，噬菌体入侵后，其DNA插入大肠杆菌基因组DNA中，进行整合(integration)，此时细菌仍可正常分裂。当细菌分裂、基因组复制时，λ基因组作为细菌基因组的一部分随之复制，并传递到子代细菌。这个时期的噬菌体称为前噬菌体(prophage)，