dna的重组与转座

第 7章 DNA的 重组与转座Section 7 DNA recombination and Transpositionv 同源重组（ homologous recombination)v 位点特异性重组 ( site-specific recombination)v 转座作用 (transposition)v 逆转录转座子 (retrotransposons)1同源重组 （ Homologous recombination）l 同源重组 :在有相同或近于相同碱基序列（ 75bp以上）的 DNA分子之间的遗传交换，发生在减数分裂过程。l 同源重组具备的条件：1）两条同源双链 DNA分子紧密结合；2）两个 DNA链上同一个部位的单链断裂 Holliday 模型（同源重组的分子模型）2Chapter F4 DNA重组 （ DNA recombination) chiHolliday结构34同源重组的酶学机制细菌 Ecoli的同源重组过程上图（ 1）两条同源双链 DNA分子排列在一起（ 2）核酸酶和 RecBCD蛋白质复合体在 DNA特定序列chi(GCTGGTGG)上产生缺口(3) 5-端切口被 RecA蛋白包裹形成 RecA-ssDNA细丝，这些细丝相互交换并寻找相对的 DNA双螺旋上的相应序列，形成 Holliday结构。（ 4） Holliday的中间体以两种方式中的一种拆分为两个 DNA双螺旋。5与 DNA重组有关的酶 (Enzyme in the DNA recombination)名称 编码 基因 主要功能Rec A（ 重 组作用蛋白 A）rec A 1.诱发 SOS反 应 和促 进单链 DNA与同源双 链 DNA分子 发生 链 的交 换 ；2.具有多种 酶 促活性，包括具有蛋白水解 酶 的活性。Rec E rec E 外切核酸 酶 活性，参与 DNA重 组Rec F rec F 与双 链 DNA和 单链 DNA结 合Rec O rec O 促 进 互 补 的 单链 DNA的复性RecR rec R 参与 DNA的修复与重 组Rec BCD (重组 酶 BCD)recB, rec C, rec D1.依 赖 于 ATP的外切 酶 的活性；2.可被 ATP增 强 的内切 酶 的活性；3. ATP依 赖 的解旋 酶 的活性。Ruv A (DNA 重 组 与修复蛋白）ruv A DNA解旋 酶 。特异的作用于 Holliday衔 接点，并与 RuvB相互作用，促 进 Ruv A 及 RuvB沿着 DNA链 移 动 及双 链DNA的解旋。RuvB ruv B 一种 ATP酶 ，具解旋 酶 的活性。RuvC ruv C 以低速度剪切 Holliday衔 接点。6细菌的同源重组细菌的基因转移有四种机制：1.接合 (Conjugation)2.转化 (Transformation)3. 转导 (Transduction)4.细胞融合 (Cell Fusion)细菌可以通过多种途径进行细胞间基因转移，并通过基因同源重组以适应随时改变的环境。7细菌的接合作用 （ Bacterial Conjugation)Sex pillusGenome of the recipientExtra genetic materialF-factor for cleavage the circular DNA8细菌的遗传转化 (Bacterial genetic transformation)Exogenous DNA insert into vectorHeat transformationElectroporationPEG mediatedfor cellsGene gun (Microprojectile bombardment)Agrobacterium mediatedResteiction Enzyme- mediated DNA Intergration (REMI)for tissues转化TransformationCompetent cell9EletroporationGene gun or Particle gun10转导 (Transduction) bacteriophages细菌的细胞融合 (Cell Fusion)11位点特异性重组 Site-specific recombination 位点特异性重组指非同源 DNA的特异片断之间的交换重组，发生在特殊的位点（重组位点）上，此位点含有短的 同源序列 ，供特异的重组酶和辅因子识别。特异位点重组的结果决定于重组位点的方向和位置。如图：12位点特异性重组的例子：1.噬菌体 DNA的整合与切除；2. 细菌的特异位点重组；1.噬菌体 DNA的整合与切除 ： 噬菌体将自身的基因组插入 E.coli染色体的特定位点，两者 DNA上的连接位点处有 15bp的序列是相同的。（下图）13142. 细菌的特异位点重组特异重组位点 14bp15H2鞭毛素阻遏蛋白Hin重组酶转位片段hin H2 I H1H1鞭毛素hin H2 IDNA 启动序列H1启动序列沙门氏菌 H片段倒位决定鞭毛相转变16DNA的转座 (DNA Transposition)转 座子的概念 （ Transposon introduction)转座子的分类 (Transposon types)转座过程发生的机制 (The mechanism of Transposition)转座子转座的特征 (The Character of Transposition)转座引起的遗传学效应真核生物的转座因子 (The Transposable element in Eukaryote)17 转座子的概念 （ Transposon introduction) 转座子 transposon: 基因组中可以移动的一段 DNA序列 转座：一个转座子由基因组的一个位置转移到另一个位置的过程称之。转座作用也称做 异常重组 。 转座子的发现： 1941年， Barbara McClintock在玉米上发现1819Proffessor Barbara McClintock1983年20Chapter F4 DNA重组 （ DNA recombination) 转 座子的种类（ 1） IS (Insertion sequence)元件或插入序列（原核生物）：细菌的一小段可转座元件，它可以插入到基因组的数个部位中。目前发现的有 10余种，大小约为 1-2kb。结构特点：含一个转座酶基因，编码与转座有关的蛋白质；两侧为短的（ 20bp） 末端反向重复序列。功能：使转座子相邻的片段转座。转座子也具有穿越原核种间障碍的能力。插入过程：图2122（ 2） Tn转座子（复合型转座子）特点：1）含一个转座酶基因，基因末端为反向重复序列；2）中间含有标记基因；3）转位后，靶位点成为正向重复序23转座过程发生的机制 (The mechanism of Transposition)根据转座过程中是否发生复制分为复制型转座和非复制型转座。24非复制型转座复制型转座25转座子转座的特征 (The Character of Transposition)1. 转座不依赖 recA2. 转座后靶序列重复3. 转座子的插入具有专一性4. 转座具有排他性5. 转座具有极性效应6. 活化临近的沉默基因7. 区域性优先26转座引起的遗传学效应1.引起插入突变2.在插入位置染色体 DNA重排而出现新基因3.影响插入邻近基因的表达，使宿主表型改变4.转座子插入染色体后引起两侧染色体畸形27真核生物的转座因子 (The Transposable element in Eukaryote)玉米的控制元件Ac-Ds转座系统 (activator-dissociati