基因结构及其重组机理.ppt

第十二章 基因结构及其重组机理,目 录,第一节 基因结构与功能 一、重组测验 二、互补测验 三、断裂基因与重叠基因 四、基因功能 第二节 同源重组 一 、同源重组 二、基因转变 三、同源重组机理 第三节 位点专一性重组 一、噬菌体整合与切除 二、专一性重组序列 第四节 异常重组 一、原核生物转座子 二、玉米转座子,基因是功能、突变及交换的基本单位(Morgan ) 。基因内结构和功能否再细分？,一、重组测验( recombination test ),(一)、拟等位基因（pseudo allele）,第一节 基因结构与功能,一、重组测验( recombination test ),(一)、拟等位基因（pseudo allele）,2、拟等位基因提出,第一节 基因结构与功能,一、重组测验( recombination test ),(一)、拟等位基因（pseudo allele）,3、拟等位基因及其遗传效应,第一节 基因结构与功能,(二)、重组测验（recombination test）,一、重组测验( recombination test ),1、双重感染研究基因内结构差异,Benzer，T4phage r区，3000多个突变体. 是等位、非等位还是拟等位基因？发明了基因内精细结构及遗传距离的研究方法双重感染测验法。 突变体不能感染E.coli K株,但能感染E.coli B株.成对感染E.coli B株能产生野生型重组子，再感染K株能测定重组率大小，称双重感染(double fenction),第一节 基因结构与功能,(二)、重组测验（recombination test）,一、重组测验( recombination test ),2、重组测验原理,第一节 基因结构与功能,(二)、重组测验（recombination test）,一、重组测验( recombination test ),3、重组测验举例,第一节 基因结构与功能,4、 r区突变体测定结果,(二)、重组测验（recombination test）,一、重组测验( recombination test ),Benzer用该方法测定了T4phage r区有3000多个突变体，定位了3000多个基因。,第一节 基因结构与功能,二、互补测验（complementation test）,(一)、互补测验研究基因内基因的功能差异,在不允许基因交换的背景下(如r区突变体成对到K株)测定突变体间能否产生野生型.产生野生型说明该对突变体遗传功能互补，不产生野生型说明该对突变体遗传功能不互补,称互补测验。,第一节 基因结构与功能,二、互补测验（complementation test）,(二) r区互补测验结果,第一节 基因结构与功能,二、互补测验（complementation test）,(三)、顺反子（cistron）,1、同一遗传功能内的小基因间有顺反位置效应,第一节 基因结构与功能,二、互补测验（complementation test）,(三)、顺反子（cistron）,2、不同遗传功能的小基因间没有顺反位置效应,第一节 基因结构与功能,二、互补测验（complementation test）,(三)、顺反子（cistron）,3、顺反子定义,第一节 基因结构与功能,(四)、突变子与重组子（muton and recon）,二、互补测验（complementation test）,1、突变子,产生非野生型突变的区间称突变子，突变最小单位 r区A基因内有r47、r104、r101 r1061000多个突变体，1000多个突变位点位于一个A基因内，每个突变位点为一个muton。是突变的最小单位。,第一节 基因结构与功能,(四)、突变子与重组子（muton and recon）,二、互补测验（complementation test）,2、重组子,能交换产生野生型的区间称交换子，交换最小单位 rA基因内r47与r104、r101、r106之间能交换产生野生型，A基因内每个交换重组的区间就是一个recon。是交换的最小单位。,第一节 基因结构与功能,三、断裂基因与重叠基因（ split and over lapping gene）,(一)、外显子与内含子(extron and intron),1、断裂基因,结构基因内的间隔序列。 Chambon(法),1977年,首次发现猴病毒 SV40DNA间隔序列，打破了结构基因为连续DNA片段的观念，是真核生物普遍现象。如兔血清蛋白4与3间断裂。,第一节 基因结构与功能,三、断裂基因与重叠基因,(一)、外显子与内含子(extron and intron),2、内含子(intron),DNA上不能与mRNA配对的区间称内含子。 鸡输卵管卵清蛋白mRNA与其DNA分子杂交，mRNA比DNA短许多，没有配对部分就向外拱呈7个环状，称7个内含子。 3、外显子(extron) DNA上与mRNA能配对的区段。即没有拱起来的区段，称外显子，是结构基因表达模板。,第一节 基因结构与功能,(二)、重叠基因（over lapping gene）,三、断裂基因与重叠基因,1.概念 多个基因共用同一段DNA序列,第一节 基因结构与功能,四、一个基因一种酶,第一节 基因结构与功能,1、Mendel基因：颗粒因子互不粘染，彼此独立； 2、Morgan基因：交换、突变、功能的最小单位； 3、Beadle基因：通过蛋白质控制性状表达； 4、Benzer顺反子：遗传功能最小单位；交换子：基因交换最小单位；突变子：基因突变最小单位。 5、Waston、Crick基因：DNA片断、特定碱基序列。,五、基因概念及其发展,第一节 基因结构与功能,五、基因概念及其发展,6、Jacob基因：操纵调控表达系统，有调控、启动、操纵基因和结构基因的系统。 7、Chambon基因：内含子使结构基因断裂。 8、Meclintodk基因：能从某染色体或位点转到另一条染色体或位点上，称转座基因。 9、Berg基因：供体基因能与载体基因组拼接，受体中表达DNA片段。 10、基因组基因：基因组内表现出功能、结构和内在联系的DNA片段。,第一节 基因结构与功能,第二节 同源重组,一、同源重组(homologous recombination),特点 1、需要依赖蛋白质参与(RecA、RecBC蛋白)； 2、同源序列重组，特异性不强；有重组热点； 3、真核生物染色质的状态会影响重组频率。,一、同源重组(homologous recombination),(二)断裂愈合模型 (breakage joining model),第二节 同源重组,该模型能解释大量正常分离重组的原因，但不能揭示生物发生异常分离重组分离和细菌环状染色体重组的机理。,二、基因转变(gene conversion),(一)异常分离(abnormal segregations)实验,第二节 同源重组,二、基因转变(gene conversion),(二)基因转变概念及原因,第二节 同源重组,二、基因转变(gene conversion),(二)基因转变概念及时期,2.时期,第二节 同源重组,基因转变发生在减数后的有丝分裂过程中。因该时期发生染色单体片段转变称减数后分离(postmeiotic segreation)。 24年后Holliday解释了基因转变的原因。,(一)Holliday模型 1964,1.内切酶切断酯键形成断口 2.连接酶形成cross-bridge 3.交联桥迁移产生G/A,C/T 4. 十字构型，并异构 5.两方式切割一半完整，一半杂合双链，杂种DNA分子 6.杂合双链G/A、T/C碱基对不匹配 7.修补复制时，多方式校正 产生异常分离,三、同源重组机理,第二节 同源重组,(二) Holliday模型与异常分离,三、同源重组机理,第二节 同源重组,三、同源重组机理,(三) Holliday模型与环状DNA重组,第二节 同源重组,(四) Holliday模型的矛盾,三、同源重组机理,第二节 同源重组,(五) Meselson-Radding模型 1975,三、同源重组机理,第二节 同源重组,(六)极化子与负干涉,三、同源重组机理,第二节 同源重组,四、细菌同源重组机理,(一)转化与接合重组机制,(二) 转导重组机制 细菌与DNA之间联会、断裂、迁移、错接，产生重组。,第二节 同源重组,第三节 位点专一性重组,一、位点专一性重组(site specific recombination),(二)特点 1、依赖位点专一性蛋白质因子 2、特定整合位点，需有15 bp以上同源序列 3、精确断裂、连接，发生不对等交换,第三节 位点专一性重组,二、噬菌体整合与切除,(一)-DNA对E.coli的整合,第三节 位点专一性重组,二、噬菌体的整合和切除,(三)核心序列结构与识别,第四节 异常重组,一、异常重组(illegitimate recombination),(一)概念 依赖DNA复制完成重组，不依赖序列同源,(二)特点 1、依赖转座区域DNA复制完成重组 2、需要转座酶 3、不依赖序列同源,DS基因从中间位置转到C基因内,第四节 异常重组,二、原核生物转座子,(一)插入序列(IS，inserted sequence),1.插入序列 携有转座酶基因、两端有反向重复序列的简单转座因子称插入序列。eg. E.coli中的IS1IS11。能高频转座。,.插入序列突变的特点 突变体单链有颈环结构，即反向重复序列； 突变体DNA比野生型密度梯度大，增加了一段DNA； 不能核酸置换回复,非点突变 可自然回复，不是缺失,第四节 异常重组,二、原核生物转座子,(二) 转座子(Tn, transposon),第四节 异常重组,二、原核生物转座子,(三)转座噬菌体( mutator phage),第四节 异常重组,二、原核生物转座子,(四)转座机制 Sharpiro 1979,第四节 异常重组,三、真核生物转座子,(一)玉米转座子,1、转座子的提出 1951，McClintock，首创跳跃基因(jumping gene)和玉米胚乳色泽基因转座(Transposition)新概念。,玉米胚乳色泽(无.有.斑色) 原认为是9号染色体上抑制基因I对胚乳色素基因C的抑制作用。但McClintock研究证明：是转座基因作用的结果。,第四节 异常重组,三、真核生物转座因子,玉米胚乳色泽受基础色泽基因C、激活因子(activator,AC)和解离因子(dissocator,DS)三个基因控制，不在同一染色体上。 AC产生活性物激活DS，跳入C时胚乳无色，跳开C时胚乳有色，频繁地跳入跳出胚乳呈花斑。 AC丢失后，DS不再跳跃胚乳呈无色或有色；增加AC，DS跳跃频率增加，胚乳色泽斑点由大变小。,2、DS-AC转座系统,(一)玉米转座子,第四节 异常重组,三、真核生物转座因子,转座子包括2个部分：AC+DS AC结构比较稳定：4.5kb DS转座酶结构不稳定。已发现多个系统： 4000bp正常 149bp缺失 2522bp缺失 405bp缺失,3、DS-AC转座序列的特点,(一)玉米转座子,第12章 基因结构及其重组机理 一、作业：P下186 19 二、复习题 （一）名词注释 1.pseudo allele 6.jumping gene 2.recombination test 7.cistron 3.complementation test 8.muton 4.over lapping gene 9.recon 5.intron 10.extron （二）填空 1、人类的苯丙酮尿症(PKU)是苯丙氨酸A酪氨酸BCO2+H2O生化反应中A阶段酶的失活所致，而尿黑酸症(AKU)是B阶段酶的失活所致，一个PKU患者和一个AKU患者结婚，他们的孩子表型是（ ），基因是（ ）。 2、基因内不同位点间有结构差异的基因称为拟等位基因，基因内不同的基因排列方式称为（ ）差异，顺反位置效应称为（ ）差异。 3、T4phage突变体成对感染E.coli B株后代再感染K株测定重组率的方法称为（ ），它是基因内精细结构及遗传距离的研究方法，通常称为（ ）。 4、在不允许基因交换的背景下，用成对的突变体混合接种测定成对基因否遗传功能互补的实验方法称为（ ），成对的突变体在该遗传背景下能产生野生型说明它们（ ） 5、反式排列遗传功能不能互补的基因称（ ），遗传功能能够互补的基因称为（ ） 6、多个基因共有同一个DNA序列的基因称为（ ）基因，结构基因内的间隔序列称为（ ）基因。 7、DNA上能与mRNA相应配对的区段称为（ ），不能与mRNA相应配对的区段称为（ ）。,1.homologous recombination 7.inserted sequence 2.breakage joining model 8.transposon 3.gene conversion 9.mutator phage 4.abnormal segregations 10.Transposition 5.site specific recombination 6.illegitimate recombination,（三）选择填空 1、两个白化人结婚生育了一个正常的孩子，最大可能的原因是（ ）。 a、胚系突变； b、双亲不同突变位点互补； c、基因交换重组； d、基因转座重组 2、r47 与r104成对感染B株后再感染K株产生野生型，而直接感染K株不产生野生型，这是因为r47 与r104（ ）。 a、遗传功能不互补； b、它们的基因型呈顺式排列； c、他们没有发生基因交换 d、他们分别位于不同的顺反子间 3、一般认为能表达基因结构和功能差异的最小遗传单位不太确切的是（ ）。 a、突变子； b、交换子； c、顺反子 d、内含子 4、基因内不同位点间有结构差异的基因称为（ ）。 a、转座基因； b、间隔基因； c、拟等位基因 d、重叠基因 5、已知T4噬菌体A区,1、3、5号突体为同一个顺反子,2、4号突变体为另一个顺反子。则1号突变体与2、3、4、5号突变体的互补测验结果应为( )。 a、-+-+ b、+-+ c、+-+- d、-+- 6、真核生物转座子有多种类型，下面哪些类型不属于真核生物转座子。（ ） a、DS-AC转座系统； b、P因子序列； c、反转录转座子； d、Tn9转座子 7、插入序列是一种携有转座酶基因，两端有反向重复序列的简单转座因子，下面提供的转座特点与它不相吻合的是（ ）。 a、能核酸置换回复； b、可自然回复； c、有反向重复序列； d、突变比野生型增加了