分子生物学染色体与DNA下课件

1、第二章 染色体与DNA 生物基因在染色体上的排列一般是稳定的，它们的遗传方式也是遵从孟德尔方式的。但是在上个世纪40年代末，Barbara McClintock发现了遗传因子的转位现象，她是在对玉米籽粒颜色变化的研究中发现这种现象的，并在1951年发表了她的研究结果，对转位因子作了精确的描述。 可移位遗传因子的发现六、DNA的转座第1页，共93页。可移位遗传因子的发现 在美国，人们见到的玉米籽粒大多是黄色的，但是在玉米的发源地中、南美洲，野生型的玉米籽粒却可以是蓝色、棕色和红色的。玉米粒的颜色取决于籽粒胚乳表层的色素，而这种色素的合成是受基因调控的。人们可以见到在同一个玉米棒子上存在着几种颜色

2、的玉米粒，这种现象称为“斑驳”。第2页，共93页。可移位遗传因子的发现 20世纪30-40年代从事玉米遗传研究的McClintock遇到的斑驳现象，用传统的孟德尔定律解释不了。当按照孟德尔定律应是全部黑色籽粒玉米的时候，却出现了全黑:花斑:白色为12:3:1的分布。她在大量实验和分析的基础上提出了一个假说，认为这些斑驳变异是特殊基因成分活动的结果。原来，决定胚乳色素和其他特性的基因位于9号染色体。她发现，9号染色体上有一小段从一个位置移到另一个位置时，就会出现斑驳现象，她将具有改变邻近基因功能的遗传材料称作“控制因子”。 第3页，共93页。可移位遗传因子的发现 1950年她进一步发现玉米染色体

3、组中存在着一个激活解离系统。该系统由激活因子（Activator, Ac）和解离因子（Dissociation, Ds）构成。它们在染色体上的位置不定，可以从一条染色体跳到另一条染色体上。Ds的功能是抑制邻近基因的表达，同时由于它的跳跃（即转座）而引起原来染色体的断裂和缺失。而Ac可以激活Ds。这种能跳跃的遗传成分就是“转座基因”，现在称它们为“转座子”。 第4页，共93页。可移位遗传因子的发现 当时她的工作并未引起人们的重视，直到20世纪60年代后期在大肠杆菌中也发现了转座子，这才引起了对McClintock工作的重视，并开展了广泛深入的研究。McClintock因其开创性的工作而获得了19

4、83年的诺贝尔生理学或医学奖。 现在发现这类可移位的遗传因子普遍存在于各种生物中，它们可以较频繁地在染色体DNA上转移位置，所以也称它们为跳跃基因。它们位置的转移，会影响别的基因表达，造成表型上的改变。 第5页，共93页。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1983for her discovery of mobile genetic elementsCold Spring Harbor Laboratory Cold Spring Harbor, NY, USABarbara McClintockb. 1902 d. 1992第6页，共93页。

5、转座子 典型的转座子（transposon）是一段可移位的DNA片段，两端有反向重复序列，中间有1个或几个基因。玉米中的AcDs就是McClintock发现的转座子。转座子的移位过程称为转座（transposition）。 转座子的大小通常为几百到几千碱基对，大部分基因组含有几种转座子，每种转座子又有几个到几百个拷贝，所以转座子也是基因组中的一种散布重复序列。 第7页，共93页。典型转座子结构模式图第8页，共93页。转座的两种方式 转座子可以被一些未知的信号激活，在染色体上从一个位点跳到另一个位点。转座作用需经转座酶催化，有些转座子的编码区就编码有转座酶。当转座酶基因受某种信号激活表达后，产生

6、的转座酶能识别转座子两端的反向重复序列。转座方式有两种，一种是保守型转座（直接转座），它将转座子从原位点切下，再插入到一个新的位点，在插入位点处产生短的同向重复序列。另一种方式是复制型转座，转座子发生复制，复制的拷贝插入新的位点。 第9页，共93页。在转座子插入处产生短的同向重复序列第10页，共93页。直接转座和复制转座第11页，共93页。直接转座和复制转座第12页，共93页。原核生物中的转座子1. 插入序列（insertional sequence, IS） 插入序列是最简单的转座子，它的两端是反向重复序列，中间含有转座酶基因。2. TnA转座子家族（TnA family） TnA转座子家族

7、的转座子除了携带转座酶基因外，还带有抗药性（或其他）标记基因。这些转座子较大，包括Tn1, Tn3, Tn 501等。3. 复合转座子（composite transposon） 这类转座子两端是插入序列（IS），中间带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）。复合转座子中有些IS失去了功能，只能作为复合转座子的一部分一起转座。有些IS还保有功能，它们也能单独转座。第13页，共93页。某些细菌转座子（IS）的特征插入位点处产生的正向重复序列转座子两端的反向重复序列第14页，共93页。TnA转座子家族的结构第15页，共93页。含有同向IS的复合转座子第16页，共93页。含有反向IS的复合转座子第17页

8、，共93页。自主转座子与非自主转座子 编码有转座酶的转座子是自主的，它们能够启动自身的转座。还有一些转座子不含转座酶基因(或含有缺失部分序列的转座酶基因)，它们是不自主的，必须在有相应自主转座子存在下，依靠自主转座子表达出的转座酶而转座。 第18页，共93页。自主转座子与非自主转座子第19页，共93页。真核生物中的转座子1. 玉米中的控制因子（1）Ac-Ds系统（activator- dissociation system） 在玉米Ac-Ds家族中，Ac是自主转座子（活化因子），Ds是非自主转座子（解离因子）。Ac因子长4563bp，两端各有一个11bp长的反向重复序列，从约300bp处开始至

9、约4300bp处为转录区域，其中有5个外显子和4个内含子，形成一个长约3.5kb的mRNA，该mRNA翻译出一个807个氨基酸的转座酶。该家族的成员通过非复制型机制转座。第20页，共93页。玉米转座子 Ac 以及衍生的几种 Ds 结构第21页，共93页。Ds 因子的类型 按Ds内部序列的结构和功能不同，将它们分为型和型。当型Ds因子插入某个基因时，通常会引起染色体断裂，回复突变率低；而型Ds因子几乎不引起染色体断裂，回复突变率高。在结构上型Ds因子是Ac因子的简单缺失，型Ds因子却是两个相邻或是一个Ds反向插入另一个Ds中形成双Ds因子。第22页，共93页。Ac和Ds因子两端序列的作用 Ac和

10、Ds因子两端的序列是转座酶的识别位点，两端反向重复序列的存在可以使转座子形成茎环结构，若插入基因中的转座子的末端序列发生了变化，它就不能再割离了，使突变成为永久性的。 将Ac因子引入烟草、马铃薯、番茄、胡萝卜、拟南芥、矮牵牛中，Ac因子能正常转座。第23页，共93页。寻找转座子的方法 由于对转座子编码蛋白了解很少，并且这些蛋白的含量也很低，难以检测和纯化，所以一般不用分离其mRNA再做成cDNA克隆、制备cDNA探针的方法来寻找转座子，而是找出带有转座子的突变基因，再从中找出转座子的方法来寻找转座子。 第24页，共93页。1. 玉米中的控制因子（2）Spm-dSpm系统（Suppressor-

11、promoter- Mutator system） Spm家族由自主的Spm因子和大量的非自主的dSpm因子组成。Spm长8.3kb，两端为13bp的反向重复序列，中间编码一个5.8kb的前体mRNA，通过对前体mRNA的不同加工，产生2500bp（tnpA）和6000bp（tnpB）两种不同的mRNA，合成出两种不同的蛋白，即67kD的TNPA和132kD的TNPB，TNPA的表达量比TNPB高100倍。Spm的插入在插入位点产生3bp的正向重复序列。dSpm是Spm缺失所成，因Spm-w只缺失了内含子部分，所以它有弱的自主性。第25页，共93页。玉米转座子Spm以及几个非自主衍生物的结构第

12、26页，共93页。2. 果蝇中的转座子（1）Copia转座子 果蝇的Copia转座子是一种逆转录转座子。它们在转座时必须有逆转录发生，它们的转座过程称为逆转座作用（retroposition）。逆转录转座子又分为病毒类逆转录转座子（LTR逆转录转座子）和非病毒类逆转录转座子（无LTR逆转录转座子）两类，前者的两端有长的同向重复（Long terminal repeats, LTR）序列，后者常含有3末端poly（A）序列。第27页，共93页。果蝇Copia转座子和酵母Ty转座子的结构 Copia因子长约5kb，末端带有276bp的正向重复。正向重复序列本身的两端又存在反向重复。在插入位点产生一

13、个5bp的正向重复序列。第28页，共93页。果蝇的P因子 果蝇中有一种转座子叫P因子。P因子的原初转录产物中有三个内含子。在含有P因子的体细胞中，它的原初转录产物只能剪接除去第1和第2个内含子，翻译产物为66KD的转座阻遏物。这是因为在体细胞中，有一个蛋白结合到第3个内含子处阻碍了第3个内含子的剪接。在含有P因子的卵细胞或受精卵细胞中，缺少这个阻碍剪接的蛋白，所以第3个内含子能被剪接，翻译产物为87KD的转座酶。转座酶能使P因子高频率地转座，但转座阻遏物的存在能抑制转座酶的作用。第29页，共93页。第30页，共93页。P因子转座导致杂交后代不育 含有P因子的果蝇的细胞型为P型（paternal

14、 contribution，父本贡献型），不含P因子的果蝇的细胞型为M型（maternal contribution，母本贡献型）。 P型雄蝇与M型雌蝇杂交，产生的后代是不育的。而P型雄蝇P型雌蝇、M型雄蝇P型雌蝇、M型雄蝇M型雌蝇，后代都是可育的。 这是因为M型雌蝇不含P因子，卵细胞中也就没有P因子的转座阻遏物，当被带有P因子的精子授精后，P因子在受精卵细胞中产生转座酶，高频率转座的结果破坏了许多基因，导致后代不育。第31页，共93页。第32页，共93页。P因子转座导致杂交后代不育 在M型雄蝇M型雌蝇中，因父母本都无P因子，所以后代是可育的。 在P型雄蝇P型雌蝇、M型雄蝇P型雌蝇中，因卵细胞

15、质中含有转座阻遏物（在它们还没有成为卵细胞之前产生的），能阻止转座酶的转座作用，不管转座酶是来自父本的P因子还是来自母本的P因子。所以后代都是可育的。 这种因母本细胞质的因素而决定遗传性状的主要原因是：在受精卵中，细胞质是由卵细胞提供的。 第33页，共93页。书上P60倒1行P61第一行： 实验证明，果蝇中几乎所有的杂种不育都是由于P转座子插入基因组W位点而引起的。（这句话是错的，原文如下） The nature of the P-specific sequences was first identified by mapping the DNA of w mutants found amon

16、g the dysgenic hybrids. All the mutations result from the insertion of DNA into the w locus. (The insertion inactivates the gene, causing the white-eye phenotype for which the locus is named.) The inserted sequence is called the P element.第34页，共93页。LTR逆转录转座子 LTR逆转录转座子与逆转录病毒很相似。逆转录转座子和逆转录病毒都是可移动的遗传因子

17、，两者都含有促进它们在细胞中进行复制的信息，都需要逆转录的过程；病毒不同于转座子主要是在生活周期的某些阶段由蛋白质包装成病毒颗粒。为了更好地了解逆转录转座子，有必要先了解一下逆转录病毒的结构和生活史。第35页，共93页。逆转录病毒 逆转录病毒具有单链正义RNA基因组，大多数植物病毒也是具有单链正义RNA基因组，但逆转录病毒繁殖时必须经过逆转录，而具有单链正义RNA基因组的植物病毒的生活史中没有逆转录过程。已知的逆转录病毒只侵染动物细胞。 第36页，共93页。逆转录病毒生活周期模式图 逆转录病毒由单链RNA、逆转录酶、衣壳蛋白、外膜蛋白组成。艾滋病毒就是一种逆转录病毒。 第37页，共93页。原病

18、毒 DNA 由逆转录酶转录出的双链DNA称为原病毒DNA（provirus）。原病毒DNA与单链正义RNA有所不同，前者两端有长末端重复（long terminal repeats，LTRs，U3-R-U5），而LTR本身两端有短的反向重复序列。原病毒DNA能插入到寄主细胞染色体的几乎所有位点上，在插入处造成短的正向重复序列，所以原病毒DNA与转座子很相似。 原病毒DNA插入染色体后，可随着寄主染色体的复制而复制，随着细胞的分裂而传给子代细胞。 第38页，共93页。tRNA引物DNA负链DNA正链RNA酶H降解R和U5正链RNA基因组第一次跳跃逆转录病毒的逆转录过程PB：引物结合位点第39页，

19、共93页。逆转录病毒的逆转录过程第二次跳跃双链原病毒DNA第40页，共93页。逆转录病毒的基因 在原病毒DNA中间的编码区有三个基因：gag基因编码衣壳蛋白，pol基因编码逆转录酶和整合酶，env基因编码外膜蛋白。自组装的病毒可以通过出芽方式分泌出去，再感染其它细胞，从原病毒DNA上转录下来的mRNA经过加工，有的用来翻译蛋白质，有的用作子代病毒的基因组RNA。 第41页，共93页。逆转录病毒原病毒DNA的结构及转录表达过程第42页，共93页。LTR逆转录转座子 LTR逆转录转座子的结构与逆转录病毒的原病毒DNA很相似，也以长末端重复为两端，一端带有被寄主细胞RNA聚合酶启动转录的信号。但逆转

20、录转座子只编码与逆转录病毒的逆转录酶和整合酶有相当同源性的逆转录酶和整合酶，没有编码衣壳蛋白和外膜蛋白的基因，所以LTR-逆转录转座子很可能是缺损的逆转录病毒。Copia序列含有一个长4227 bp的阅读框，阅读框的一部分与反转录病毒的gag和pol序列同源。值得注意的是阅读框中没有与反转录病毒的env序列同源的部分，表明Copia和Ty一样不能产生病毒样颗粒。 第43页，共93页。LTR逆转录转座子的结构模式NA：核酸结合蛋白 PR：蛋白酶 RT：逆转录酶RH：RNase H IN：整合酶transcriptiongagpol NA PR R T RH IN U3 R U5U3 R U5LT

21、RLTR第44页，共93页。逆转录转座子LTR的性质类型名称LTR末端5 3LTR长度/bp左 右靶位点侧向重复序列copia型Ta1Tnt1Tst1TG CATG CATG CA514 514610 610285 283ATCAA,CTTTC, TTTAT GAAGTTAGTCgypsy型Del1IfgTG CATG CA2406 2415331 333ATTTT, TATATAAGTA, ATATA /C未确定类型Cin1Bs1Wis-2Pdr1TG CATG CATG CATG CA691（单LTR）302 302？ ？156 156CTCG, ATAAT, GTTAGGCCACGGTA

22、CATACC第45页，共93页。无LTR逆转录转座子 无LTR逆转录转座子两端不具有同向或反向重复序列，一般含有poly(A)尾，在插入点可产生721bp的正向重复。中间往往含有ORF，但因其无启动子，一般不能表达。 无LTR逆转录转座子又可分为两类：LINES（lone interspersed sequence）和非病毒超家族。第46页，共93页。LINES家族 LINES家族具有逆转录酶基因，但缺少LTR，因此，它们可以被认为是逆转录病毒超家族的远源成员。它们衍生自RNA聚合酶的转录产物。基因组中这一家族的少数成员能自发转座，而其他成员由于存在突变，只有在自主元件的反式作用下才能转座。

23、哺乳动物基因组中最常见的LINES称为L1，其典型成员长6500bp，以富含A的序列终止。它全长包含两个读框，分别称为ORF1和ORF2，ORF1编码一个核酸结合蛋白，ORF2编码一个具有逆转录酶和核酸内切酶双重活性的蛋白质。第47页，共93页。非病毒超家族 非病毒超家族是由细胞中的RNA分子经逆转录产生的。这类转座子并不编码有转座功能的蛋白质，它们是部分或完全的细胞RNA分子的DNA拷贝。除了rRNA不能产生无LTR逆转录转座子外，mRNA和tRNA都可以产生无LTR逆转录转座子。由mRNA产生的这种转座子成为假基因，假基因不含内含子，含有poly(A)尾。这一家族最著名的成员是SINES，

24、它们衍生自RNA聚合酶的转录物。第48页，共93页。人基因组中各种转座子的比例第49页，共93页。无LTR逆转录转座子的转座机理第50页，共93页。转座子转座与基因表达 转座子的转座可以起到一种开关作用而影响基因的表达，引起暂时性的突变。也有一些转座子由于丧失了从染色体上割离下来的能力，而使突变成为永久性的。因转座是经常发生的，所以由转座子转座引起的突变最显著的特点是其不稳定性。 第51页，共93页。Ac-Ds 转座使玉米籽粒颜色产生变异第52页，共93页。转座子转座与基因表达 当转座子插入到一个基因的启动区或调节区，会抑制或促进该基因的表达。当转座子插入到一个基因的编码区，往往会使该基因编码

25、的蛋白质失去功能。比如说一个转座子跳到一个参与花色素苷生物合成的基因中，就可能产生一个突变体，使本来开紫花的植物变成开白花。在一般情况下，由转座子转座产生的突变体不太稳定，因此，一旦该转座子从该基因中转移走，又可以恢复开紫花的表型。转座子的转座若发生在性细胞中，可以产生较稳定的突变体后代，由开紫花的亲本变成开白花的子代。若转座发生在体细胞中，则可以开出不同颜色的花，甚至在一朵花上出现不同颜色的花瓣。 第53页，共93页。转座频率 转座子的转座有一定的频率，细菌中的转座频率为每世代细胞105107，切除频率为每世代细胞1061010。果蝇Copia的转座频率为每世代细胞103104。第54页，共

26、93页。七、DNA重组1. DNA重组的定义和意义 DNA分子内或分子间发生遗传信息的重新组合，称为遗传重组（genetic recombination），也叫DNA重组。DNA重组广泛存在于各类生物。真核生物基因组的遗传重组多发生在减数分裂时同源染色体之间的交换（Crossover）。细菌及噬菌体的基因组为单倍体，来自不同亲代的两组DNA之间可通过多种形式进行遗传重组。第55页，共93页。 DNA重组对生物进化起着关键的作用。生物进化是生物随时间发生变化和多样化的过程。生物进化以不断产生的可遗传变异为基础。然而，突变的机率很低，而且多数突变是有害的。如果生物只有突变没有重组，在积累优势突变的

27、同时，不可避免地积累许多难以摆脱的不利突变，有利突变将和不利突变一起被淘汰，新的优良基因就可不能出现。重组的意义在于，它能够迅速增加群体的遗传多样性（diversity），通过优化组合积累有利的突变。遗传重组的意义第56页，共93页。遗传重组的意义 遗传重组系统的功能随它们的机制而变化，包括在特异DNA修复系统中的作用，在DNA复制中的特异活性，某些基因表达的调节，在真核细胞分裂期间促进染色体分离，维持遗传多样性，和在胚胎发育期间实现程序性遗传重排。 第57页，共93页。DNA重组的类型DNA重组主要包括三种类型：同源重组（homologous recombination）位点特异重组（sit

28、e-specific recombination）转座重组（transpositional recombination）第58页，共93页。2. 同源重组 同源重组也叫一般性重组（general recombination ），它包括任何两个DNA分子（或同一个分子的两个片段）之间的遗传交换。发生交换的两个分子或同一分子的两个片段之间有一段近乎相同的序列（同源区），不论这个序列的具体碱基序列是什么，只要这两段DNA序列相似就可以发生。这两个同源区通过配对、链断裂和再连接，产生片段交换。第59页，共93页。同源重组对同源序列的要求 DNA同源重组是一个十分精确的过程，哪怕只有一个核苷酸的差错都会

29、导致基因失活。同源重组的分子基础是链间的碱基配对，通过碱基配对才能找到正确的位置，进行链的交换。实验表明，两DNA分子必须具有75bp以上的同源区才能发生同源重组，同源区小于此长度将显著降低重组率。同源区并不要求完全相同，少量的序列差异也可以进行同源重组。第60页，共93页。减数分裂中的同源重组 在减数分裂前期，参与联会的同源染色体实际上已复制成两条染色单体，从而出现由4条染色单体构成的四联体。在四联体的某些位置，非姊妹染色单体之间可以发生交换。第61页，共93页。细菌中同源重组的意义 在细菌中，同源重组主要发生在DNA修复过程，称为重组DNA修复。它通常是指对DNA损伤位点进行复制叉重建。在

30、接合（交配）期间，当染色体DNA从供体细胞转移到受体细胞时，也能够发生同源重组。接合期间的重组虽然很少在野生型细菌中发生，但却产生了遗传多样性。 第62页，共93页。细菌中同源重组的意义 细菌可以通过多种途径进行细胞间基因转移，并通过基因重组以适应随时改变的环境。细菌的基因转移主要有四种机制：接合、转化、转导和细胞融合。 F+ 细胞的 F 因子通过接合可将供体大肠杆菌的染色体转移到受体细胞中（转移的也可能是部分染色体），供体染色体DNA进入受体细胞后，可与受体染色体发生同源重组，增加受体细胞的遗传多样性。第63页，共93页。Holliday模型 Robin Holliday于1964年提出一个

31、解释同源重组的模型，在这个模型中，两个同源染色体DNA排列整齐；一个DNA的一条链断裂并与另一个DNA对应的链连接，形成连接分子，称为Holliday中间体；通过分支移动产生异源双链DNA；holliday中间体切开并修复，形成两个双链重组体。第64页，共93页。Holliday模型 第65页，共93页。Holliday模型的缺点 Holliday模型能够较好地解释同源重组现象。但该模型认为进行重组的两个DNA分子在开始时需要的对应链的相同位置上发生断裂，这是很难设想的。现在认为，同源分子中的一个分子需要双链断裂才能启动与另一个分子之间发生重组。同源重组是减数分裂时同源染色体联会的原因，而不是

32、结果。第66页，共93页。DNA双链断裂启动同源重组 这个模型有四个关键特征。同源染色体对齐。一个DNA分子的双链断裂被核酸外切酶扩大，在断裂端产生3突出的单链（图中步骤1）。暴露的3末端侵入完整的双链DNA，然后分支移动（branch migration）和复制产生一对交换结构，称为Holliday连结体（Holliday junctions）（图中步骤2到4）。两个交换断裂产生两个完整的重组产物（图中步骤5）。 第67页，共93页。DNA双链断裂启动同源重组第68页，共93页。DNA双链断裂启动同源重组第69页，共93页。同源重组时的分支移动第70页，共93页。Holliday中间体的电镜

33、照片 A Holliday intermediate formed between two bacterial plasmids in vivo, as seen with the electron microscope. The intermediates are named for Robin Holliday, who first proposed their existence in 1964.第71页，共93页。重组需要多种酶及其它蛋白质的作用 从原核生物和真核生物中已经分离出了促进同源重组各步骤的酶。在大肠杆菌中，recB、recC和recD基因编码RecBCD酶，它具有解旋酶和核

34、酸酶两种活性。RecA蛋白促进同源重组所有的重要步骤：两个DNA配对，形成Holliday中间体，分支移动。RuvA和RuvB蛋白（修复UV损伤）形成一个复合物结合到Holliday中间体上，取代RecA蛋白，促进以比RecA更高的速度分支移动。特异裂解Holliday中间体的核酸酶（常称为解离酶）已经从细菌和酵母中分离出来了。RuvC蛋白是大肠杆菌中至少两种这样的核酸酶中的一种。第72页，共93页。RecBCD酶的作用 RecBCD酶结合到线性DNA的断裂端，沿着双螺旋移动，解开并降解DNA，这是与ATP水解相偶联的反应。当它和一个称为chi的序列（GCTGGTGG）相互作用时，酶活性被改变

35、。从这个点，具有3末端的链的降解逐渐减缓，但具有5末端的链的降解加速。这个过程产生了一段具有3末端的单链突出。 第73页，共93页。RecBCD酶的作用第74页，共93页。Chi位点与重组频率的关系 在大肠杆菌基因组中散布的1009个chi序列，使得chi位点1000bp范围内重组的频率增加了约5-10倍。随着离chi位点距离的增加，重组频率下降。在其它几种生物中也鉴别出了增加重组频率的序列。 第75页，共93页。RecA蛋白的作用 RecA结合到缺口处的DNA单链部分上，然后装配成的纤丝迅速覆盖到邻近的双链部分。RecF、RecO和RecR蛋白调节RecA纤丝的装配和拆卸。 表示RecA纤丝

36、重组活性的一个有用模型是体外DNA链交换反应。首先RecA结合到DNA的一条单链上，装配成核蛋白纤丝。RecA纤丝与同源双链DNA结合并对齐，然后在两个DNA分子之间发生链交换，产生杂合DNA。交换以6bp/s的速率进行，相对于RecA纤丝中的单链DNA以53的方向前进。这个反应能够涉及三或四条链。在涉及四条链时，就会形成Holliday中间体。第76页，共93页。RecA蛋白与单链DNA组成核蛋白纤丝右手螺旋每一圈含6个RecA蛋白，红色表示其中一个RecA蛋白单体。第77页，共93页。RecA介导的DNA链交换模型第78页，共93页。体外RecA促进的链交换反应第79页，共93页。体外Re

37、cA促进的链交换反应第80页，共93页。同源重组中其它酶的作用 一旦Holliday中间体形成，还需要一批宿主的酶（拓扑异构酶、RuvAB分支转移蛋白、解离酶、其它核酸酶、DNA聚合酶和及DNA连接酶）来完成重组。大肠杆菌的RuvC蛋白（Mr20,000）裂解Holliday中间体，产生全长的、不分支的染色体产物。第81页，共93页。转座子间同源重组导致染色体畸变第82页，共93页。3. 位点特异重组 位点特异重组事实上发生在每一个细胞里，在不同的物种中作用差别非常大。作用包括调节某些基因表达和在胚胎发育中或在某些病毒和质粒的复制循环中促进程序性DNA重排。每一个位点特异重组系统由重组酶和一段短的、特异的DNA序列组成，这个特异序列是重组酶的作用位点（重组位点）。第83页，共93页。位点特异重组的机制 重组酶识别和结合到两个不同DNA分子或同一个DNA分子的两个重组位点上。在每一个位点处一条DNA链在位点内的特异点断裂，重组酶在断裂位点通过磷酸酪氨酸（或磷酸丝氨酸）共价连接到DNA上。暂时的蛋白质DNA连接保护了DNA断裂的磷酸二酯键，使得在后续的步骤中不需要消耗高能辅因子如ATP。断裂的DNA链被重新连接到新的伴侣上，形成Holliday中间体，蛋白质DNA连接转