第九章遗传重组 教学内容要点 第一节 同源重组 第二节 位点专一性重组 第三节 转座重组 第四节 异常重组 染色体的遗传差异主要由两种机制产生，一种是突变，一种是遗传重组。损伤修复、适 应环境、加速进化。遗传重组：指遗传物质的重新组合，其共有的特征是D小A双螺旋之间 的遗传物质发生交换。遗传重组的存在确保了遗传物质代与代之间基因组的重排，从而形成 个物种内部个体之间的遗传差 只要有DNA, 就会发生重组。 重组不只是在减数分裂 和体细胞核基因中发生，也在线粒体基因间和叶绿体基因间发生。 重组可分为四类(DNA序列、蛋白质因子) 类型 需同源序列 需RecA蛋 需序列特异 白 性的 同源 + + 位点特异性 转座 异常 第一节同源重组 一、概念和特征 1、同源重组(homologous recombination): 指联会（配对）的DNA同源序列之间相互交换对等部分的过程。 2、特征： 涉及同源序列间的联会配对，且交换的片段较大 存在重组热点 需要重组酶，酶可以利用任何一对同源序列为底物 同源区越长越有利于同源重组的发生 真核生物减数分裂时的染色单体之间的交换。细菌的转化，转导，接合，噬菌体重组
第九章 遗传重组 教学内容要点 第一节 同源重组 第二节 位点专一性重组 第三节 转座重组 第四节 异常重组 染色体的遗传差异主要由两种 机制产生，一种是突变，一种是遗传重组。损伤修复、适 应环境、加速进化。遗传重组：指遗传物质的重新组合，其共有的特征是 DNA 双螺旋之间 的遗传物质发生交换。遗传重组的存在确保了遗传物质代与代之间基因组的重排，从而形成 一个物种内部个体之间的遗传差异。只要有 DNA，就会发生重组。重组不只是在减数分裂 和体细胞核基因中发生，也在线粒体基因间和叶绿体基因间发生。 重组可分为四类（DNA 序列、蛋白质因子） 第一节 同源重组 一、概念和特征 1、同源重组（homologous recombination）: 指联会（配对）的 DNA 同源序列之间相互交换对等部分的过程。 2、特征： 涉及同源序列间的联会配对，且交换的片段较大 存在重组热点 需要重组酶，酶可以利用任何一对同源序列为底物 同源区越长越有利于同源重组的发生 真核生物减数分裂时的染色单体之间的交换。细菌的转化，转导，接合，噬菌体重组
s through meio 田线博 。 nao 粗线期 次Re9 onofe o ge 终变期 双倍体染色体交换 二、进行同源重组的基本条件 (1)发生同源性重组的两个区域的核苷酸序列必须是相同或非常相似的 同源性重组常常只发生在两个D八NA分子中的相同部位 (2)双链DNA分子之间互补碱基进行配对 两个DNA分子的链之间互补的碱基配对确保重组只发生在同样的基因座之间。在该 部位两个双链DNA分子通过链之间互补的碱基配对被维系在一起称为联会。 (3)重组酶 参与重组反应的酶保证重组的顺利进行。重组过程中，每个分子的链首先断裂，然 后进行修复和连接，两个DNA分子之间发生交换：重组完成后，重组分子的解离和释放 等过程均是在酶催化下进行的。 (4)异源双链区的形成
双倍体染色体交换 二、进行同源重组的基本条件 （1）发生同源性重组的两个区域的核苷酸序列必须是相同或非常相似的。 同源性重组常常只发生在两个 DNA 分子中的相同部位。 （2）双链 DNA 分子之间互补碱基进行配对 两个 DNA 分子的链之间互补的碱基配对确保重组只发生在同样的基因座之间。在该 部位两个双链 DNA 分子通过链之间互补的碱基配对被维系在一起称为联会。 （3）重组酶 参与重组反应的酶保证重组的顺利进行。重组过程中，每个分子的链首先断裂，然 后进行修复和连接，两个 DNA 分子之间发生交换;重组完成后，重组分子的解离和释放 等过程均是在酶催化下进行的。 （4）异源双链区的形成
同源性重组时，在两个DNA分子之间互补碱基配对的区域称为异源双链区 (heteroduplex region). 三、同源性重组的分子模型 个被广泛接受的重组模型是1964年由Robin Holliday提出的Holliday模型。即 将发生重组的两个DNA分子同一个部位的两个单链的断裂，从而引发重组。两个断裂 单链的游离端彼此交换，形成两个异源双链，然后末端连接形成Holliday连接体(Holliday Junction) Holliday中间体 分支迁移 一且Holliday连接体形成后，它能进行重排从而改变链的彼此关系。这种重排称为 异构化，因为在此过程中没有键的割裂。 一日形成H0idv连接体后，或能被拆分 Holliday结构形成的分子机制 双链侵入模型（前面已介绍 单链侵入模型 双链断裂修复模型等 单链入侵模型，即Meselson-Radding模型
同源性重组时，在两个 DNA 分子之间互补碱基配对的区域称为异源双链区 （heteroduplex region）。 三、同源性重组的分子模型 第一个被广泛接受的重组模型是 1964 年由 Robin Holliday 提出的 Holliday 模型。即 将发生重组的两个 DNA 分子同一个部位的两个单链的断裂，从而引发重组。两个断裂 单链的游离端彼此交换，形成两个异源双链，然后末端连接形成Holliday连接体（Holliday Junction）。 一旦 Holliday 连接体形成后，它能进行重排从而改变链的彼此关系。这种重排称为 异构化，因为在此过程中没有键的割裂。一旦形成 Holliday 连接体后，就能被拆分。 Holliday 结构形成的分子机制 双链侵入模型(前面已介绍） 单链侵入模型 双链断裂修复模型等 单链入侵模型， 即 Meselson-Radding 模型
双链断裂修复模型 Doubte-strand break made in recinen Displaced strand migrates to other duplex 4444四 HHH升 Hs HHHSHI Break is enlarged to gap with 3'ends DNA synthesis occurs from other 3'end HHHHH 3end migrates to other duplex H Gap replaced by donor sequ Reciprocal migration gene rates double crossove HHHHA LH田 Svnthesis from 3'end displaces one strand in ga 出 Holliday的异构化 Holliday结构一经 生成即可不断地处 于异构化
双链断裂修复模型
Hol Iiday中间 体的拆分 Holliday模型 异源双链区的修复，发生基因转换 粪生粪壳菌的基因转变现象
异源双链区的修复，发生基因转换 粪生粪壳菌的基因转变现象
黑色 入 A 灰色 G :X 2-G 二生 A 杂种分引 环状DNA分子的重组过程 ◎◎ 结弃 生箭头1,2或3、 藏成相邻切点 S9"P 人m华 第二节位点专一性重组 位点特异性重组发生在特殊序列对之间，这一重组型式最早是在入噬菌体的遗传学研究 中发现的。入噬菌体有两种存在型式：裂解状态和溶源状态。两种类型间的转换是通过位点 特异性重组实现的
环状 DNA 分子的重组过程 第二节 位点专一性重组 位点特异性重组发生在特殊序列对之间，这一重组型式最早是在λ噬菌体的遗传学研究 中发现的。λ噬菌体有两种存在型式：裂解状态和溶源状态。两种类型间的转换是通过位点 特异性重组实现的
8 器品 ·H 图國 @因 人入人入 recombination) 发生在专一序列而顺序极少相同的DNA分子间的重组。 2、特征： 不丢失或合成DNA,只是发生DNA的整合。需要位点专一性的蛋白因子参与催化过程。 二、A噬菌体DNA的整合与切除 了进入溶源状态， 游离的DNA必须整合(n)到细菌DNM中去：而为了从溶 源状态向裂解状态转化，原噬菌体DNA则必须从细菌染色体DNA上切除（©xcise)。整合 和切除均通过细菌DNA和入DNA上特定位点一附着点(attachment site,att)之间的重组 而实现。细菌染色体上的附者点(t入)称为aB,含有B、O、和B'三个序列(BOB'), 长度约25bp.突变后可以阻止入DNA的整合。 。序列 国88xI人不II?x÷8÷分— Becterinl DNA 。其中0序 组发生的地方
一、位点专一性重组（ site-specific recombination） 1、概念 发生在专一序列而顺序极少相同的 DNA 分子间的重组。 2、特征： 不丢失或合成 DNA，只是发生 DNA 的整合。需要位点专一性的蛋白因子参与催化过程。 二、λ噬菌体 DNA 的整合与切除 为了进入溶源状态，游离的 DNA 必须整合（intergrate）到细菌 DNA 中去；而为了从溶 源状态向裂解状态转化，原噬菌体 DNA 则必须从细菌染色体 DNA 上切除（excise）。整合 和切除均通过细菌 DNA 和λDNA 上特定位点—附着点（attachment site，att）之间的重组 而实现。细菌染色体上的附着点（attλ）称为 attB ，含有 B、O、和 B’三个序列（BOB’）, 长度约 25bp。突变后可以阻止λDNA 的整合。 λ噬菌体的附着位点称 attP，由 P、O 和 P ’三个序列组成，长度约为 240bp。其中 O 序 列是 attB 和 attP 所共有的，序列完全一致，称核心序列（core sequence）。是位点特异性重 组发生的地方
。序列 0 160-10-12010-0-0-0-20200600 噬菌体aP 上Int和HF 的结合点 新 噬菌体的整合和切除 1.-DNA对E,coi的整合： Int POP BOB' BOP-POB (噬菌体) (细菌) IHF (原噬菌体) 2.X-DNA从E.coli的切离： Int,Xis BOP-POB' POP'+ BOB' IHF (原噬菌体) (噬菌体) (细菌)
噬菌体的整合和切除
3、整合过程 整合后的附着位点为 erial DNA attL (BOP') attR (POB') 整合位点-attB、attP 切除位点-atL、attR 整合过程需要Int 和亚共同作用 Prophage 4、入噬菌体DNA的整合机制 XDNA的整合涉及到aB和aIP的核心序列DNA链的割裂和重接，重组交换位点相 距7bp。首先在aB和atP位点上产生同样的交错切口，形成了5-OH和3'P的末端。两 个核心区的断裂完全相同，连接过程不需要任何新DNA的合成。在整合反应中，互补的单 链末端交互杂和、连接并完成整合过程。 198398思只80R5思 Int binding site Int binding site
4、λ噬菌体 DNA 的整合机制 λDNA 的整合涉及到 attB 和 attP 的核心序列 DNA 链的割裂和重接，重组交换位点相 距 7bp。首先在 attB 和 attP 位点上产生同样的交错切口，形成了 5’-OH 和 3’-P 的末端。两 个核心区的断裂完全相同，连接过程不需要任何新 DNA 的合成。在整合反应中，互补的单 链末端交互杂和、连接并完成整合过程
整合体及其作用 整合体(intasome) W Int和IHF结合到attP时的复合物 整合体捕获attB 说明. a、atB和attP的最初识别靠Int 识别两序列的能力 b、两序列的同源性在链交换时为 重要因素 d Int蛋白能切断DNA,并使它重新连接，进而使holliday结构拆分 重组时atP和atB部位交叉断裂，互补单链末端进行交又杂交 00 C88A8+ 8 -围88X81A台 国888 888国- 第三节转座重组 一、转座子概述 1、概念 可以直接从基因组的一个位点移到另一个位点，进而影响到与之相关基因功能的遗传因 2、发现和发展 1914A.Emerson1936 Marcus.M.Rhoabes玉米果皮、糊粉层花斑突变
Int 蛋白能切断 DNA，并使它重新连接，进而使 holliday 结构拆分 重组时 attP 和 attB 部位交叉断裂，互补单链末端进行交叉杂交 第三节 转座重组 一、转座子概述 1、概念 可以直接从基因组的一个位点移到另一个位点，进而影响到与之相关基因功能的遗传因 子。 2、发现和发展 1914 A. Emerson 1936 Marcus . M. Rhoabes 玉米果皮、糊粉层花斑突变