第十章遗传重组

第十章遗传重组基因重组改变了染色体上基因得组成和排列次序,导致出现新得性状。基因重组发生得时期:减数分裂有丝分裂基因重组发生得部位:核基因线粒体基因叶绿体基因噬菌体得整合过程转座子得转座过程第一节同源重组同源重组(homologousrebination

):同源染色体间或同源序列间某区段得重组。真核生物同源区段得交换细菌同源区段得交换1、同源重组得基本条件1)具有同源区段2)有联会发生3)DNA单链间能相互交换4)需蛋白因子参与2、同源重组得分子机制1964年RobinHolliday提出Holliday模型:1、联会。同源染色体得非姐妹染色单体联会2、酶切。同源染色体得非姐妹染色单体DNA中,方向相同得两条单链,在酶得作用下在相同位置上同时被切开3、交换重接。切开得单链交换重接4、形成交联桥结构“亲本链”“重组体”6、5和6相同;7、绕交联桥旋转1800;8、形成Holliday异构体;9、拆分。通过两种方式之一切断DNA单链,若左右切,则形成非重组体,若上下切则形成重组体。由上可知:无论Holliday结构断裂就是否导致旁侧遗传标记得重组,她们都含有一个异源双链DNA区。Holliday得异构化产生重组体得拆分Holliday结构一经生成即可不断地处于异构化－－异源双链

heteroduplexDNA重组结果取决于拆分时配对链上得切口位置9大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流分枝迁移和Holliday结构得拆分◘分枝迁移(branchmigaration)－－双螺旋形成得交叉连接以拉链式效应扩散Holliday得模型得证据8形结构和chi结构3、同源重组得酶学机制同源重组得条件:两个同源双链DNA分子必须紧密接触两个DNA片段必须有一个发生断裂或有一段单链缺失推动重组反应得酶◘RecBC

解旋酶活性ATPase活性

核酸酶活性作用:与双链断口结合,解开DNA链,产生带有游离3’端得单链RecA蛋白与ssDNA结合寻找dsDNA上同源区域RecA识别dsDNA上与ssDNA互补区域,形成异源双链异源双链形成Holliday结构RecA蛋白得作用

RecA蛋白又叫重组酶、重组蛋白、X蛋白、依赖于ATP得酶

作用:促进同源DNA联会,使DNA分子间单链交换形成交联桥和chi结构RecA蛋白得作用

3)Ruv酶得作用

需要E、coli中三个基因ruvA,ruvB和ruvC得产物a、RuvA识别Holliday结构得连接点b、RuvB为分枝迁移提供动力(ATPase10～20bp/s)c、RuvC核酸内切酶---专一性识别Holliday结构得连接点体外切段连接点以拆分重组体干细胞研究获2007诺贝尔医学奖10月8日,英国人马丁·埃文斯、美国人马里奥·卡佩基和奥利弗·史密斯在改造活体内特定基因得“基因靶向”技术等方面做出了奠基性贡献。美国北卡罗来纳大学教授奥利弗·史密斯

美国犹她大学人类遗传学和生物学教授马里奥·卡佩基第二节位点特异性重组位点特异性重组(site-specificrebination)重组依赖于小范围同源序列得联会,发生精确得断裂、连接,DNA分子并不对等交换原核生物中最为典型特点:供体与受体得特定位点得短同源序列之间。

DNA精确切割连接

DNA不失去、不合成、不交换对等部分(有时就是一个DNA分子整合到另一个DNA分子中,又称整合式重组),需要位点专一性得蛋白质因子参与。1、λphageDNA得整合实现机制:均就是通过---细菌DNA和λDNA上特定位点之间得重组1)整合位点得结构-----附着位点(attachmentsiteatt)◘E、coliattB

含BOB’三序列23bp◘λphage

attP

含POP’三序列

240bp◘核心序列“O”完全一致(同源部分)

---位点特异性重组发生得地方◘B,B’,P,P’---臂2)整合◘整合后得附着位点为

attL(BOP’)

attR(POB’)◘整合位点---attB、attP

切除位点---attL、attR◘整合过程需要λ整合酶

(integraseInt)(λ编码)和寄主得整合宿主因子IHF

(integrationhostfactor)共同作用溶源性细菌(lysogen)溶菌周期(lysis)原噬菌体4、整合分子机制

2切离如果λ前病毒受到诱导(induction),则整合作用将被逆转。此过程称为切出(excision)。

位点特异性重组得特点①属于保守重组,这种交换就是可逆得,原先存在得DNA顺序全部被保存下来,并无丢失;②重组交换必须通过其中得一个特定得核苷酸。第三节转座1、转座子得特征转座子(transposon,Tn)就是存在于染色体

DNA上得一段特异性核苷酸序列片段,能在染色体或质粒上移动,能从一个基因组转移到另一个基因组。转座(transposition):在转座酶得作用下,转座子或直接从原来得位置上切离下来,然后插入染色体上新得位置;或序列转录成RNA后,再反转录产生得cDNA插入染色体上得新位置得过程。2、原核生物中得转座子插入序列复合转座子转座噬菌体插入序列(insertionsequence,IS)1)插入序列TACGTATGCAIS987654321123456789987654321123456789ATGCATACGT宿主DNA987654321123456789987654321123456789TACGTATGCA反向重复序列正向重复序列插入含有Is得质粒经变性后形成柄环结构◘IS得遗传学特性:能编码转座酶,自主进行转座插入位点一般随机插入后使宿主染色体得插入位置上产生短得正向重复序列转座罕见,每代10-6～10-7插入片断精确切离后,可使IS诱发得突变回复为野生型不精确切离可使插入位置附近得宿主基因发生缺失Tn/TnAfamily

具有IR、转座酶基因、调节基因(解离酶)、抗抗生素基因

Tn1(AmpR)Tn2(AmpR)Tn3(AmpR)Tn4(AmpRStrR)Tn5(KanR)Tn6(kanR)Tn7(StrRTmpR)Tn9(CamR)Tn10(TetR)Tn3IRTnpAResTnpRAmpRIR38bp38bp转座酶

regulatorβ-内酰胺酶

2)复合转座子两端重复序列为IS得复合转座子IS插入到功能基因两端,可能形成复合转座因子ISISISISLISR臂中心区臂transposition靶位点得DR形成3)转座噬菌体Muphage

(巨型转座子)

CrepressorforA,BB33kd与转座有关A70kd转座酶U,S毒性蛋白attL,attR与寄主同源,反向重复,转座必需GinG区倒位酶attLCABSUattR150bp1.5kb

G倒位区38kbPgin◘以E、coli为寄主得温和型噬菌体(溶源、裂解)3、真核生物中得转座子1)酵母得Ty元件:一种酵母转座子组分,就是酵母基因组内长约6、3kb且两端各有一段约340bp同向重复序列得一组散在得DNA片段,约有35个拷贝。Copia因子P因子FB因子2)果蝇中得转座因子Copia因子Copia因子Copia因子得转录产物就是poly(A)+mRNA,她有两种形式,一种就是完整全长得转录本另一种就是部分长度即截短得转录本P因子P因子(paternalelement),

就是在果蝇中发现得导致果蝇杂种劣育得遗传因子,果蝇中P

因子有两类:全长P因子编码转座酶。含P因子得果蝇称P品系。

缺失型P因子

不能编码转座酶,依赖于全长P因子才能转座移动P因子转座得后果就是出现杂种发育障碍P品系(Paternalstrain)果蝇(带有全长和缺失得P因子)M品系(Maternalstrain)果蝇(不含P因子或只含缺失得P因子)P品系雄果蝇×M品系雌果蝇产生畸形后代

M品系雄果蝇×M品系雌果蝇

P品系雄果蝇×P品系雌果蝇

都产生正常后代

FB因子(foldback“折回”得缩写),果蝇中得FB因子能引起不稳定得突变,造成染色体得缺失和重排。FB因子玉米中得控制元件就是Ac—Ds系统(激活因子—解离系统,activator-dissociationsystem)

玉米中得控制元件分为两类:1、Ac就是可以自主移动得调节因子,能合成转座酶,并支配受体因子移动2、Ds非自主移动得受体因子,不产生蛋白质

Ac和Ds位于玉米第9号染色体短臂,在色素基因C附近

cshbzwxDs+DsRecessivephenotypesappearCShBzWxDs位置Ds+(缺少Ds因子)染色体发生断裂断裂发生后,另一同源染色体上得隐性基因表达,不能形成色素Ds因子不稳定,她受另一调控因子Ac得影响

Ac存在:能解除Ds对色素基因C得抑制作用,使C基因表达,颗粒出现色素斑点;

Ac激活因子丢失:Ds趋于稳定,抑制了C基因得表达,玉米颗粒呈无色

CShAcDsAcAc(a)(b)(c)(d)玉米调控因子得作用模式:(a)Ac激活因子得位置不稳定,在无Ds转位因子时,C基因不受抑制,颗粒呈深色。(b)当Ds因子插入C基因时,C得色素表型受到抑制。(c)每当Ds转位后,C基因又可表达,颗粒出现斑点。(d)无Ac激活因子时,Ds能稳定插入到C基因中,使颗粒为无