重组的类型、机制与转座(self)

第十二章第十二章 重组与转座重组与转座 引言引言 可遗传的变异是生物适应和进化的根底可遗传的变异是生物适应和进化的根底 ; ; 遗传物质发生变异的来源包括两个方面：遗传物质发生变异的来源包括两个方面： 突变：基因结构或染色体的数目、结构改突变：基因结构或染色体的数目、结构改 变；变； 重组：染色体或基因序列发生重排及新的组重组：染色体或基因序列发生重排及新的组 合；合； 基因重组是遗传的根本现象；基因重组是遗传的根本现象； 无论高等真核生物，还是细菌、病毒都存在；无论高等真核生物，还是细菌、病毒都存在； 不仅在减数分裂，而且在高等生物体细胞中；不仅在减数分裂，而且在高等生物体细胞中； 不只在核基因，而且在细胞质基因之间；不只在核基因，而且在细胞质基因之间； 重组是遗传学的灵魂；重组是遗传学的灵魂； 没有重组就没有生物的进化；没有重组就没有生物的进化； 没有重组就没有现代的分子克隆技术 没有重组就没有现代的分子克隆技术 一、重组的概念及类型一、重组的概念及类型 1.1. 重组概念重组概念 广义广义 / / 细胞学水平上：由于独立分配或交换而在后细胞学水平上：由于独立分配或交换而在后 代中出现的新基因的组合过程；代中出现的新基因的组合过程； 狭义狭义 / / 分子水平上：基因的交换或重排而导致的新分子水平上：基因的交换或重排而导致的新 基因的组合过程，即基因的组合过程，即 2 2 个个 DNADNA 分子间或一个分子间或一个 DNADNA 分分 子的不同部位间子的不同部位间 , , 通过断裂和重接通过断裂和重接 , , 交换交换 DNADNA 片段片段 从而改变基因的组合和序列从而改变基因的组合和序列 . . 2. 2. 重组类型：重组类型： 〔〔 1 1 〕同源重组〕同源重组 (Homologous recombination) (Homologous recombination) 〔〔 2 2 〕位点特异性重组〕位点特异性重组 〔〔 3 3 〕异常重组〕异常重组 〔一〕同源重组〔一〕同源重组 (Homologous recombination)(Homologous recombination) 1. 同源重组的概念：指同源重组的概念：指 DNA 同源序列间的同源序列间的 重组重组 . 常涉及大片段同源常涉及大片段同源 DNA 序列之间的序列之间的 交换。是重组中的普遍形式，又称普遍性重交换。是重组中的普遍形式，又称普遍性重 组〔组〔 generalized recombination 〕〕 〔〔 1 〕交互重组：多数真核生物减数分裂过〕交互重组：多数真核生物减数分裂过 程中，同源染色体的非姐妹染色体单体或程中，同源染色体的非姐妹染色体单体或 DNA 分子间相互交换对等的局部；分子间相互交换对等的局部； 〔〔 2 〕单向重组：在细菌转化、接合和普遍〕单向重组：在细菌转化、接合和普遍 性转导中，仅受体发生重组，供体并未发生性转导中，仅受体发生重组，供体并未发生 重组。〔依赖重组。〔依赖 RecA 重组〕重组〕 2. 同源重组的特点同源重组的特点 负责同源重组的蛋白质因子无碱基序列的负责同源重组的蛋白质因子无碱基序列的 特异性要求，只要两个特异性要求，只要两个 DNADNA 分子的序列的分子的序列的 同源区足够长，就可以在序列的任何一点同源区足够长，就可以在序列的任何一点 发生重组。 如：发生重组。 如： 大肠杆菌活体重组要求有大肠杆菌活体重组要求有 20-40bp20-40bp 相同；相同； 枯草芽孢杆菌基因与质粒重组，要≥枯草芽孢杆菌基因与质粒重组，要≥ 70bp70bp 哺乳动物的同源区应到达哺乳动物的同源区应到达 150bp150bp 以上； 以上； 可通过同源重组将外源基因定位整合到细可通过同源重组将外源基因定位整合到细 胞基因组。胞基因组。 〔二〕位点特异性重组〔二〕位点特异性重组 〔〔 site-specific recombination 〕〕 重组发生在特殊的位点上：只涉及特定位重组发生在特殊的位点上：只涉及特定位 置的短同源区或特定的碱基序列之间；置的短同源区或特定的碱基序列之间； 由特定重组蛋白因子识别专一性由特定重组蛋白因子识别专一性 DNADNA 序序 列：重组时发生精确的切割和连接反响；列：重组时发生精确的切割和连接反响； 属于非同源特定片段间的重组。最典型的属于非同源特定片段间的重组。最典型的 如：如： λλ 噬菌体的噬菌体的 attatt 位点整合到大肠杆位点整合到大肠杆 菌的基因组中；菌的基因组中； 〔三〕异常重组〔三〕异常重组 〔 〔 Illegitimate Illegitimate recombinationrecombination 〕〕 完全不依赖于序列间的同源性而使一段完全不依赖于序列间的同源性而使一段 DNADNA 序列插入到另一段中。序列插入到另一段中。 形成重组分子时往往依赖于形成重组分子时往往依赖于 DNADNA 复制而复制而 完成重组过程，因此又称复制性重组完成重组过程，因此又称复制性重组 转座因子〔转座因子〔 transposable transposable elementelement 〕：细胞中能改变自身位置的〕：细胞中能改变自身位置的 一段一段 DNA DNA 序列序列 二二 . . 同源重组的分子机同源重组的分子机 制制 交叉学说与断裂重接模型交叉学说与断裂重接模型 Holliday模型模型 〔〔 1 〕交叉学说与断裂重接模〕交叉学说与断裂重接模 型型 19091909 年 年 janssens janssens 提出交叉型假说：提出交叉型假说： 每次交叉说明父母本的一条染色单体接每次交叉说明父母本的一条染色单体接 触、断裂和重接，形成一个新的组合，触、断裂和重接，形成一个新的组合， 其他两条染色单体仍保持完整状态；其他两条染色单体仍保持完整状态； 19371937 年年 DarlingtonDarlington 提出重组的断裂和提出重组的断裂和 重接模型：减数分裂中同源染色体相互重接模型：减数分裂中同源染色体相互 别离就像将绳子的两股分开一样会产生别离就像将绳子的两股分开一样会产生 扭曲，为消除张力，两姐妹染色体单体扭曲，为消除张力，两姐妹染色体单体 在对应位点发生断链，然后非姐妹染色在对应位点发生断链，然后非姐妹染色 体单体的“断头〞相互重接，产生重体单体的“断头〞相互重接，产生重 组。组。 根据该模型重组始终是交互的，如在一根据该模型重组始终是交互的，如在一 个杂合体，如果一条染色体把基因个杂合体，如果一条染色体把基因 A A 交交 给同源染色体，那么同源染色体必然把给同源染色体，那么同源染色体必然把 基因基因 a a 反过来交给他；反过来交给他； 要求两染色单体在相应的位点上断裂，要求两染色单体在相应的位点上断裂， 然后以新的组合连接起来，或者从分子然后以新的组合连接起来，或者从分子 水平上要求两水平上要求两 DNADNA 分子在同一碱基对间分子在同一碱基对间 断裂，然后互相以新的组合连接起来，断裂，然后互相以新的组合连接起来， 否那么重组产物的长度就会改变；否那么重组产物的长度就会改变； 基因转变现象基因转变现