遗传学-遗传重组

遗传重组•发生：减数分裂生殖细胞内，体细胞•地点：核基因间，叶绿体基因间，线粒体基因间；•作用：保证了遗传多样性,为选择奠定了物质基础,使生物得以进化发展，与突变一起是变异的来源主要内容遗传重组的类型同源重组的分子机制位点专一性重组转座（下一章）一、遗传重组的类型同源重组(homologousrecombination)位点专一性重组(site-specificrecombination)异常重组（illegitimaterecombination）遗传重组主要类型：(依据对DNA序列和所需蛋白质因子的要求)（一）同源重组(homologousrecombination)依赖大范围的DNA同源序列的联会，重组过程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。例：真核生物同源染色体非姊妹染色单体交换；细菌的转化、转导、接合；噬菌体的重组…条件：2个DNA分子序列同源，重组就可在此序列中的任何一点发生。需要重组的蛋白质参与；（例如.大肠杆菌：RecA蛋白）蛋白质因子对DNA碱基序列的特异性要求不高；（存在重组热点和序列长度的影响）真核生物染色质的状态影响重组的频率。（二）位点专一性重组（保守性重组）(site-specificrecombination)依赖于小范围同源序列的联会。重组时发生精确的切割、连接反应，DNA不失去，不合成。两个DNA分子不交换对等部分如:λ噬菌体DNA和大肠杆菌DNA的整合和切除位点专一性重组发生在小范围同源序列（绿色）有时是一个DNA分子整合到另一个DNA分子中，又称整合式重组位点专一性重组使二聚体环状DNA分子形成两个单体环状DNA（三）异常重组（illegitimaterecombination）完全不依赖于序列间的同源性而使一段DNA序列插入另一段中。但在形成重组分子时往往依赖DNA复制而完成重组过程，因此又称复制性重组。如转座子：既不依赖序列间的同源性，也不需要RecA蛋白参与只依赖转座区域DNA复制和转座有关的酶。二、同源重组的分子机制•1937年Darlington提出（一）基因重组的经典模型•1.断裂和重接模型12.断裂重接模型3.4.1．2.模板选择复制模型3.4.图23-3断裂重接模型和模板选择复制模型的比较不能解释基因转变现象2.模板选择学说（copychoice）BellingJ.首先提出的，1933年他又撤回了这一假设。12.断裂重接模型3.4.1．2.模板选择复制模型3.4.图23-3断裂重接模型和模板选择复制模型的比较(1)违背了半保留复制；(2)复制应在S期，重组应在偶线期，不应同时发生。(3)不能解释3线和4线交换。（二）同源重组的Holliday模型RobinHolliday于1964年提出了重组的杂和DNA模型，又称Holliday模型。ABabABabA、同源的非姊妹染色单体联会；B：同源非姊妹染色单体DNA中两个方向相同的单链，在DNA内切酶的作用下，在相同位置同时切开；ABabABabC：切开的单链交换重接;D：形成交联桥结构；ABabE：交联桥沿配对DNA分子“移动”。两个亲本DNA分子间造成一大段异源双链DNA（Holliday结构）ABabF：E和F相同ABabG：绕交联桥旋转1800；ABabH.形成Holliday结构的异构体ABab上下切AbaB若上下切则形成重组体左右切ABabI若左右切，则形成非重组体ABabK不管怎样断裂，都含有一个异源双链DNA区（三）基因转变及其分子机理1.异常分离与基因转变基因转变(geneconversion)：在减数分裂过程中，一个基因转变为它的等位基因的遗传学现象。（源于基因重组）Neurospora的＋×－杂交子囊类型⑴⑵⑶⑷⑸⑹子囊类型分裂类型＋＋————＋＋＋—＋——＋—＋＋——＋—＋＋—MIMIMIIMIIMIIMII非交换型交换型Neurospora中＋pdxp×pdx＋杂交，其中４个子囊的结果孢子对第一对第二对第三对第四对子囊１２３４＋pdxppdx＋＋＋pdx＋＋＋pdx＋＋pdxp＋pdxp＋pdxp＋＋pdx＋＋＋pdx＋＋pdxppdx＋pdx＋•pdxp：酸度敏感的VB6需要型•pdx：酸度不敏感的VB6需要型pdx＋＋pdxp×pdx＋＋pdxppdx＋pdxpdxp＋＋＋pdxppdx＋pdx⊕＋＋＋pdxp2.基因转变的类型•染色单体转变（chromatidconversion）：减数分裂的4个产物中，有一个发生了基因转变，出现6：2（或2：6）的子囊•半染色单体转变（Half-chromatidconversion）：减数分裂的4个产物中，有一个产物的一半或两个产物的各一半发生了基因转变，出现5：3（或3：5）或3：1：1：3的子囊又称减数后分离：等位基因的分离发生在减数分裂后的有丝分裂中.异常4：4•Holliday模型表明在异源双链区存在着不配对碱基3.基因转变的分子机制4︰4正常分离++gg未重组，无异源双链+gg++g两杂种分子都校正（按亲型）++gg4︰4正常分离都校正为+或g时+g+++gg++g6︰2异常分离染色单体转变+gg++g+gg++g一个杂种分子校正为+或g时+gg++都未校正+gg++g5︰3异常分离3:1:1:3异常分离半染色单体转变一个杂种分子校正为+或g时两个杂种分子均未校正两个杂种分子都校正为+或g时两个都校正(按亲型)3:1:1:35︰33︰56︰22︰64︰4正常基因转变实质上是异源双链DNA错配的核苷酸对在修复校正过程中所发生的一个基因转变为它的等位基因的现象。三、位点专一性重组依赖于小范围同源序列的联会。重组时发生精确的切割、连接反应，DNA不失去，不合成。两个DNA分子不交换对等部分（有时是一个DNA分子整合到另一个DNA分子中，又称整合式重组）（一）λ噬菌体的整合和切除•裂解状态:λ噬菌体以独立的环状分子存在•溶源状态:噬菌体DNA是细菌染色体的整合部分(称为原噬菌体)•进入溶源状态:λDNA整合到宿主基因组中.•由溶源状态转为裂解状态:需要λDNA从宿主DNA上切除下来.整合和切除是通过细菌和噬菌体DNA上的特定附着位点(Attachmentsites)之间的重组实现的。•λ噬菌体的att位点:记为attP,由P、O和P’组成•大肠杆菌att位点:记为attB/attλ,由B、O和B’组成1.整合：BOB’+POP’BOP’—POB’IntIHF细菌噬菌体原噬菌体2.切除：BOP’—POB’BOB’+POP’IntIHF,Xis原噬菌体细菌噬菌体•整合反应需要噬菌体基因int产物“整合酶”(Int)和整合宿主因子(Integrationhostfactor，IHF)。•切除反应除了需要Int和IHF以外，还需要噬菌体基因xis产物（切除酶）。λ噬菌体POP’包装感染宿主POP’×BOB’IntIntIHFIHFXisBOP’POB’图23-21λ噬菌体的整合和切离（二）位点专一性重组涉及断裂和重连P’OPB’OBP’OPB’OBP’OPBOB’绕交联桥旋转1800上下切分支沿着同源区移动7bp长的距离BOP’POB’•1.POP’:O(核心序列),15bp,富含A-T的非对称序列；P为-160~0的160bp序列P’为0~80的80bp序列共240bp•2.BOB’:•B为-11~0序列B’为0~11序列共23bp（三）位点专一性重组的核苷酸序列attP上Int和IHF的结合点切割位点众多的Int蛋白在attP位点形成整合体，整合体通过识别游离DNA的attB位点起始位点特异性重组。本章小结•*一、遗传重组的类型：同源重组、位点专一性重组、异常重组•二、同源重组的分子机制•（一）基因重组的经典模型：1.断裂和重接模型2.模板选择学说•*（二）同源重组的Holliday模型•*（三）基因转变及其分子机理•1.异常分离与基因转变•2.基因转变的类型：染色单体转变、半染色单体转变（又称减数后分离）•3.基因转变的分子机制基因转变实质上是异源双链DNA错配的核苷酸对在修复校正过程中所发生的一个基因转变为它的等位基因的现象。