生物与分子生物学复习 第35章DNA的重组15.pdfVIP

第35章 DNA的重组 Chapter 35 DNA Recombination 一、引 言 1.概念： 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), 或者基因重排(gene rearrangement)。重组产 物为重组体DNA (recombinant DNA)。 2.意义： ? DNA重组对生物进化起着关键的作用 ? 它为DNA损伤或复制障碍提供修复机制 ? 某些生物的基因表达、发育过程基因加工受 DNA重组的调节 3.类型： ? 同源重组（homologous recombination） ?位点专一性重组（site-specific recombination） ?转座重组（transposition recombination） 二、同源重组 同源重组又称一般性重组。同源重组发 生在DNA的同源序列之间，通过配对、链的 断裂和再连接，而产生片断交换的过程。 真核生物非姊妹染色单体的交换，细菌及 某些低等真核生物的转化，细菌的转导、接 合等都属于这一类型。 （一） Holliday模型 Robin Holliday于1964年提出 四个关键步骤有： ①两个同源染色体DNA排列整齐； ②一个DNA的一条链裂断并与另一个DNA对应的 链连接，形成的连接分子(joint molecule)，称 为Holliday中间体(intermediate); ③通过分支移动(branch migration)产生异源双 链(heteroduplex)DNA; ④ Holliday中间体切开并修复，形成两个双链 重组体DNA。 片段重组体(切开断裂链) patch recombinant 拼接重组体(切非断裂链) (splice recombinant) Holliday模型存在的问题：很难设想两个分 子何以能在同一位置发生断裂。 Meselson 和Radding对此提出了修正意见，他 们认为同源DNA分子中只有一个分子发生单链 断裂。 DNA分子双链断裂才能与同源分子发生链 的交换，藉以将同源染色体分配到子代细胞中 去。现在认为，同源重组是减数分裂的原因， 而不是减数分裂的结果。因此，双链断裂启动 重组，也启动了减数分裂。 3’ 3’ ≧75 bp 修复合成 再连接，形成两个交叉 (二) 细菌的基因转移与重组 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。 这种遗传信息的流动不仅发生在种内，也发生 在种间，甚至与高等动植物细胞之间也存在横 向遗传传递(horizontal genetic transmission)。 细菌的基因转移主要有四种机制： ? 接合(conjugation) ? 转化(transformation) ? 转导(transduction) ? 细胞融合(cell fusion) 1. 细菌的接合作用 细菌的细胞相互接触时遗传信息可以由一 个细胞转移到另一个细胞，称为接合作用。 供体细胞被定义为雄性，受体细胞为雌性。 通过接合而转移DNA的能力是由接合质 粒(conjugative plasmid)提供的，与接合功能 有关的蛋白质均由接合质粒所编码。能够促 使染色体基因转移的接合质粒称为致育因子 (fertility factor)，简称为性因子或F因子。 F质粒性质： ?双链闭环的大质粒，总长约100 kb，复制起点 为ori V。 ?可以在细胞内游离存在，也可以整合到宿主染 色体内，因此属于附加体(episome)。 ?与转移有关的基因(tra)占据质粒的三分之一 (～33 kb)，称为转移区，包括编码F性菌毛(F pilus)、稳定接合配对、转移的起始和调节 等，总共约40个基因。 F质粒基因图谱 细菌的结合作用 tra S和tra T基因编码表面排斥蛋白，阻止F+细胞之间的转移，F+细胞的性菌毛与F-细 胞结合后收缩，使二者靠近，Tra D蛋白构成转移的通道，Tra I在Tra Y的帮助下结合到 转移起点ori T上，切开一条链，使其5?端进入受体细胞，并合成其互补链，使F-细胞转 化为F+细胞，给体细胞中的单链也可以合成互补链。 Tra A基因编码的亚基蛋白聚合成中空管 （2-3/cell） 当整合在染色体 上的F质粒启动结合 时，可引导供体染色 体DNA转移，在细菌 基因转移的不同时间 将配对细胞分开，可 以确定基因在染色体 上的位置。 整合F因子的大肠 杆菌成为高频重组 （Hfr)菌株，若F质 粒的DNA未能完整地 进入受体菌，则受体 菌不能转化为F+, F 质粒的DNA可以被切 割出来，有时可携带 宿主菌的染色体 DNA，称作F?因子， F?因子携带的基因可 在受体菌表达。 2. 细菌的遗传转