第四章DNA重组 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)。DNA的重组广泛存 在于各类生物。真核生物基因间重组多 发生在减数分裂(meiosis)时同源染色体之 间的交换(crossover)。细菌及噬菌体的
第四章 DNA重组 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) 。DNA的重组广泛存 在于各类生物。真核生物基因间重组多 发生在减数分裂(meiosis)时同源染色体之 间的交换(crossover) 。细菌及噬菌体的
基因组为单倍体，来自不同亲代两组DNA 之间可通过多种方式进行遗传重组。 DNA重组对生物进化起着关键的作用 o 生物进化是生物随时间发生变化和多样 化的过程。生物进化以不断产生可遗传 的变异为基础。首先有突变和重组，由 此产生遗传的变异，然后才有遗传漂变 (genetic drift)和自然选择(natural selection),才有进化。可遗传变异的 根本原因是突变。然而，突变的机率很
基因组为单倍体，来自不同亲代两组DNA 之间可通过多种方式进行遗传重组。 DNA重组对生物进化起着关键的作用。 生物进化是生物随时间发生变化和多样 化的过程。生物进化以不断产生可遗传 的变异为基础。首先有突变和重组，由 此产生遗传的变异，然后才有遗传漂变 ( genetic drift)和自然选择( natural selection)，才有进化。可遗传变异的 根本原因是突变。然而，突变的机率很
低，而且多数突变是有害的。如果生物只 有突变没有重组，在积累具有选择优势 的突变同时不可避免积累许多难以摆脱 的不利突变，有利突变将随不利突变 起被淘汰，新的优良基因就不可能出现。 重组的意义在于，它能迅速增加群体的 遗传多样性(diversity);使有利突变与不 利突变分开(separat ion);通过优化组 合(opt imi zat ion).积累有意义的遗传信 息
低，而且多数突变是有害的。如果生物只 有突变没有重组，在积累具有选择优势 的突变同时不可避免积累许多难以摆脱 的不利突变，有利突变将随不利突变一 起被淘汰，新的优良基因就不可能出现。 重组的意义在于，它能迅速增加群体的 遗传多样性(diversity)；使有利突变与不 利突变分开(separation)；通过优化组 合(optimization)积累有意义的遗传信 息
此外，DNA重组还参与许多重要的生物学 过程。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受DNA重组的 调节。 DNA重组包括同源重组（homo l ogous recomb i nat ion)、位点专一性重组 (site-specific recombination)和转 座重组 (transposition recombination) 等类型，以下分别介绍
此外，DNA重组还参与许多重要的生物学 过程。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受DNA重组的 调节。 DNA 重组包括 同源重组 （ homologous recombination）、 位点专一性重组 （site-specific recombination）和转 座重组（transposition recombination） 等类型，以下分别介绍
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，真核生物非 姊妹染色单体的交换，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 。 Hol liday对遗传重组的可能机制成功提 出了一个模型予以说明。在分子水平上 了解重组过程是在细菌的研究中加以解 决的
一、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，真核生物非 姊妹染色单体的交换，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—类型。 Holliday对遗传重组的可能机制成功提 出了一个模型予以说明。在分子水平上 了解重组过程是在细菌的研究中加以解 决的
(一)Hol Iiday模型 Robin Hol I iday于1964年提出一 个模型，对于认识同源重组起了十分重 要作用（图4-1）。在这一模型中，关键步 骤有四个：①两个同源染色体DA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Hol Iiday中间 体(intermediate);③通过分支移动 (branch migration)产生异源双涟
(一) Holliday模型 Robin Holliday于1964年提出一 个模型，对于认识同源重组起了十分重 要作用(图4-1)。在这一模型中，关键步 骤有四个：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;④Hol liday中间体 切开并修复，形成两个双链重组体DNA。 切开的方式不同，所得到的重组产物 也不同。如果切开的链与原来断裂的是同 一条链（见Hol Iiday模型左边的产物） 重组体含有一段异源双链区，其两侧来 自同一亲本DNA,称为片段重组体(patch recombinant).。但如切开的链并非原来 断裂的链（模型右边产物），重组体异源 双链区的两侧来自不同亲本DNA,称
(heteroduplex)DNA;④ Holliday中间体 切开并修复，形成两个双链重组体DNA。 切开的方式不同，所得到的重组产物 也不同。如果切开的链与原来断裂的是同 一条链(见Holliday模型左边的产物)， 重组体含有一段异源双链区，其两侧来 自同一亲本DNA，称为片段重组体(patch recombinant)。但如切开的链并非原来 断裂的链(模型右边产物)，重组体异源 双链区的两侧来自不同亲本DNA，称
为拼接重组体(spl ice recombinant)。 Hol I iday模型能够较好解释同源重组现象， 但也存在问题。该模型认为进行重组的 两个DNA分子在开始时需要在对应链相同 位置上发生断裂。DNA分子单链断裂是经 常发生的事，但很难设想两个分子何以 能在同一位置发生断裂。Meselson M和 Radding C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
为拼接重组体(splice recombinant)。 Holliday模型能够较好解释同源重组现象， 但也存在问题。该模型认为进行重组的 两个DNA分子在开始时需要在对应链相同 位置上发生断裂。DNA分子单链断裂是经 常发生的事，但很难设想两个分子何以 能在同一位置发生断裂。Meselson M和 Radding C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，随后单链入侵另一DNA分子的同源区， 造成链的置换，被置换的链再切断并与 最初断链连接，即形成Holliday中间体。 但是更多的事实表明，重组是由双链断 裂所启动。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 。 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。因此，双链断裂启动重组， 也启动了减数分裂
断裂，随后单链入侵另一DNA分子的同源区， 造成链的置换，被置换的链再切断并与 最初断链连接，即形成Holliday中间体。 但是更多的事实表明，重组是由双链断 裂所启动。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。 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。因此，双链断裂启动重组， 也启动了减数分裂
DNA的重组 工 1.同源重组 工 断裂 I工 T工 Holliday?模型 交换 工 连接 图4-1同 工 ■ ■■■■■■■■ 源重组的 分支移动 工 Holliday模 T口工 型两同源 ↓弯曲 DNA分别 以粗线和细 旋转 线表示 切 切开 连接 连接 工 口
DNA的重组 1.同源重组 • Holliday模型 图4－1 同 源重组的 Holliday模 型两同源 DNA分别 以粗线和细 线表示