CH09遗传重组.ppt

第九章遗传重组、第一节遗传重组必须保持基因组变异性与稳定性的适当平衡。 染色体的遗传差异主要由两种机制产生，一种是突变，另一种是遗传重组。 遗传重组是遗传物质的重组，其共同特征是DNA双螺旋之间的遗传物质交换。 转基因的存在确保了遗传物质世代与世代之间的基因组转位，形成了一种内部个体间的遗传差异。 转基因不仅能在世代之间转位，也能转位一个个体的基因组。 重组不仅发生在减数分裂和体核基因之间，还发生在线粒体基因之间和叶绿体基因之间。 granerializedreconnitionationcancartanpointtallongthelengthsoftwohomologousdnas .转基因证明：突变和重组是提供进化起始物质的两个过程：突变重组提供了一个基因组结构的改变，引起了表型的改变，也起到了自然选择的作用。 不同机制可将重组分为4类：同源重组(site-specificrecombination )位点特异性重组(transpositionrecombination )异常重组(illegitimaterecombination ) site-specificrecomminitionandocomminitsbetwentworeconingdnasantheomologous .第二节同源性重组，同源性重组是发生在两个DNA分子同源区之间的重组。 同源性重组主要利用DNA序列的同源性识别重组对象，从碱基序列中提供识别的特异性。 同源性重组的主要特征是相关酶能够以哪种同源序列为基质。 真核生物减数分裂时染色体间的交换、一些下等真核生物和细菌的转化、传导、结合等都属于同源性重组类型。 在整个基因组中，同源重组的频率不一定，与染色体的结构有关。 例如，在异染色体附近抑制遗传物质的交换。 一、进行同源重组的基本条件是： (1)交换区中同一或类似序列中发生同源重组的两个区域的核苷酸序列必须相同或非常类似。 同源性重组往往只发生在两个DNA分子中的同一部位。 (2)双链DNA分子间的互补碱基配对，2个DNA分子间的互补碱基配对，确认只能在同一个基因座之间进行重组。 两个双链DNA分子由链间的互补碱基对连接起来称为联合会(synapsis )。 (3)重组酶参与重组反应的酶保证重组顺利进行。 在重组过程中，各分子的链首先被切断，进行修复和连接，在两个DNA分子之间进行交换。 重组完成后，重组分子的解离和释放等过程在酶催化下进行。 (4)异源双链区形成相同性重组时，将2个DNA分子间互补碱基对的区域称为异源双链区(heteroduplexregion )。 两个DNA分子通过一级异源DNA双螺旋共价相互连接。 二、同源性重组的分子模型，最先被广泛接受的重组模型是RobinHolliday于1964年提出的Holliday模型。 即将重组的2个DNA分子在同一部位发生2个单链切断，诱发重组。 两个断裂的单链游离端相互交换，形成两个异源双链，末端连接形成Holliday连接体(HollidayJunction )。 Holliday连接体形成后，它可以转位改变链的相互关系。 这种转位被称为异构化。 形成Holliday连接体时，会被分割。 是否发生重组取决于分割时霍利连接体的构象。 Holliday模型被称为双链入侵模型。 因为一个DNA分子的链侵入了另一个DNA分子，说明了重组时两个DNA分子的异源双链是如何形成的。Holliday连接体也因碱基间的氢键切断和再连接而左右移动。 该过程称为支链转移(branchmigration )，第三节大肠杆菌重组的分子基础在分子水平上，重组事件的发生顺序相似：一个破坏的分子产生的单链及其相应的双螺旋作用，扩大了对区间，重组中间体由核酸内切酶这两个识别反应是重组机制不可分割的重要部分，不是完整的染色体，而仅涉及DNA分子的特定区域。 另一方面，在噬菌体的突变种中，chi部位和RecBCD核酸酶存在一些被称作chi的部位。 这些部位均包含一定的不对称8bp序列： 5gctggtgc 33cgaccacg 5chi部位是基因recBCD编码的recBCD酶作用靶区。 RecBCD酶是一种多功能酶，具有一些不同的活性。 这是一种能分解强DNA的核酸酶，在研究初期被鉴定为活性核酸外切酶v，具有外消旋酶的活性。 RecBCD介导的解旋和切断可产生末端，诱发异源双链的形成。 二、RecA和Holliday连接体的形成促进了RecA在单链DNA和其他双链DNA分子中互补的DNA链碱基的匹配。 的双曲馀弦值。 RecA的DNA操作酶活性与RecBCD在Chi部位附近切断释放的单链3末端双螺旋.用回旋中的同源序列置换，该反应称为单链摄取(single-stranduptake )或单链同化(single-strandassimilation )。 三、Ruv蛋白和Holliday连体分裂，大肠杆菌有三个基因编码及其后重组相关蛋白。 ruvA和ruvB基因的产物促进异源双链的形成。 RuvA蛋白可以识别Holliday连接体的结构，RuvB是腺苷三磷酸酶，可以提供支链转移的动力。 RuvA在十字路口与DNA的全部4条链结合，在十字路口的上游2个RuvB六聚体的环状结构分别与双螺旋结合。 RuvAB蛋白复合体可以使支链以1020bp的速度移动。 第三个基因ruvC编码能特异识别Holliday连体的内核酸酶，该酶可在体外切断该交叉分裂重组中间体。 含有4个碱基的序列提供了RuvC分割Holliday连接体的热点。 该数组确定哪些DNA链在分割过程中断开，并确定将发生片类型重新配置还是片类型重新配置。 第四节部位特异性重组、部位特异性重组发生在特殊序列对之间，这种重组模式最初在噬菌体的遗传学研究中发现。 噬菌体有开裂状态和溶源状态两种类型。 两种类型之间的转换是通过部位特异性重组实现的。 另一方面，噬菌体DNA的整合和切除进入溶源状态，游离DNA必须整合到细菌DNA中，而原噬菌体DNA必须从细菌染色体DNA中切除，以从溶解状态向开裂状态转变。 整合和切除是通过细菌DNA和DNA上特定部位附着点(attachmentsite，att )之间的重组来实现的。 细菌染色体上的附着点(att)被称为attB，包括b、o、b三个序列(bob )。 突变后可以阻止DNA的整合。 噬菌体附着部位被称为attP，由p、o和p三个序列组成。 其中，o序列由attB和attP共享，该序列完全匹配并且被称为核心序列。 是发生部位特异性重组的地方。 整合反应是由噬菌体int基因的产物整合酶(integrase，int )催化的。 Int是DNA结合蛋白，对pop序列有很强的亲和力。 整合反应需要具有大肠杆菌编码的细菌蛋白质，被称为整合宿主因子IHF(integrationhostfactor，IHF )。 Int和IHF在体外可进行部位特异性重组。 切除反应发生在原噬菌体两端的attL和attR之间，生成噬菌体环状DNA和细菌染色体DNA。催化剂切除反应除Int和IHF外，还需要噬菌体的Xis基因编码的被称为切除酶(exicisionase，Xis )的蛋白质。 Xis在控制反应方向上起着重要作用，是切除反应所必需的，但抑制综合反应。 整合和切除反应所需的识别序列不同。 整合需要识别attB和attP之间，但切除需要识别attL和attR。 因此，部位特异性重组的方向性特征受重组部位特征的控制。 整合和切除反应需要Int和IHF蛋白。 噬菌体DNA的整合机制DNA的整合涉及attB和attP的核心序列DNA链的断裂和重组。 首先，在attB和attP的部位产生类