遗传重组课件

关于遗传重组第1页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三遗传重组的类型：同源重组

位点特异性重组

转座异常重组第2页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三基因重组改变了染色体上基因的组成和排列次序，导致出现新的性状。基因重组发生的时期：减数分裂有丝分裂基因重组发生的部位：核基因线粒体基因叶绿体基因噬菌体的整合过程转座子的转座过程第3页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节同源重组同源重组（homologousrecombination

）：同源染色体间或同源序列间某区段的重组。真核生物同源区段的交换细菌同源区段的交换第4页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三1.同源重组的基本条件1）具有同源区段2）有联会发生3）DNA单链间能相互交换4）需蛋白因子参与第5页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三2.同源重组的分子机制1964年RobinHolliday提出Holliday模型：第6页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三1、联会。同源染色体的非姐妹染色单体联会2、酶切。同源染色体的非姐妹染色单体DNA中，方向相同的两条单链，在酶的作用下在相同位置上同时被切开3、交换重接。切开的单链交换重接4、形成交联桥结构第7页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三“亲本链”“重组体”6、5和6相同；7、绕交联桥旋转1800；8、形成Holliday异构体；9、拆分。通过两种方式之一切断DNA单链，若左右切，则形成非重组体，若上下切则形成重组体。由上可知：无论Holliday结构断裂是否导致旁侧遗传标记的重组，他们都含有一个异源双链DNA区。第8页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三Holliday的异构化产生重组体的拆分Holliday结构一经生成即可不断地处于异构化－－异源双链

heteroduplexDNA重组结果取决于拆分时配对链上的切口位置第9页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三分枝迁移和Holliday结构的拆分◘分枝迁移（branchmigaration）－－双螺旋形成的交叉连接以拉链式效应扩散第10页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三Holliday的模型的证据8形结构和chi结构第11页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三3.同源重组的酶学机制同源重组的条件：两个同源双链DNA分子必须紧密接触两个DNA片段必须有一个发生断裂或有一段单链缺失推动重组反应的酶第12页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三◘RecBC

解旋酶活性ATPase活性

核酸酶活性作用：与双链断口结合，解开DNA链，产生带有游离3’端的单链第13页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三RecA蛋白与ssDNA结合寻找dsDNA上同源区域RecA识别dsDNA上与ssDNA互补区域，形成异源双链异源双链形成Holliday结构RecA蛋白的作用第14页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三

RecA蛋白又叫重组酶、重组蛋白、X蛋白、依赖于ATP的酶

作用：促进同源DNA联会，使DNA分子间单链交换形成交联桥和chi结构RecA蛋白的作用第15页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第16页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三

3）Ruv酶的作用

需要E.coli中三个基因ruvA,ruvB和ruvC的产物a、RuvA识别Holliday结构的连接点b、RuvB为分枝迁移提供动力（ATPase10～20bp/s）c、RuvC核酸内切酶---专一性识别Holliday结构的连接点体外切段连接点以拆分重组体第17页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三干细胞研究获2007诺贝尔医学奖10月8日，英国人马丁·埃文斯、美国人马里奥·卡佩基和奥利弗·史密斯在改造活体内特定基因的“基因靶向”技术等方面做出了奠基性贡献。第18页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三美国北卡罗来纳大学教授奥利弗·史密斯

美国犹他大学人类遗传学和生物学教授马里奥·卡佩基第19页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节位点特异性重组位点特异性重组（site-specificrecombination）重组依赖于小范围同源序列的联会，发生精确的断裂、连接，DNA分子并不对等交换原核生物中最为典型特点：供体与受体的特定位点的短同源序列之间。

DNA精确切割连接

DNA不失去、不合成、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），需要位点专一性的蛋白质因子参与。第20页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三1.λphageDNA的整合实现机制：均是通过---细菌DNA和λDNA上特定位点之间的重组1）整合位点的结构-----附着位点（attachmentsiteatt）◘E.coliattB

含BOB’三序列23bp◘λphage

attP

含POP’三序列

240bp◘核心序列“O”完全一致（同源部分）

---位点特异性重组发生的地方◘B,B’,P,P’---臂第21页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三2）整合◘整合后的附着位点为

attL（BOP’）

attR（POB’）◘整合位点---attB、attP

切除位点---attL、attR◘整合过程需要λ整合酶

（integraseInt）（λ编码）和寄主的整合宿主因子IHF

（integrationhostfactor）共同作用第22页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三溶源性细菌(lysogen)溶菌周期（lysis）原噬菌体第23页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第24页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三4、整合分子机制

第25页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三2切离如果λ前病毒受到诱导（induction），则整合作用将被逆转。此过程称为切出（excision）。

第26页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三位点特异性重组的特点①属于保守重组，这种交换是可逆的，原先存在的DNA顺序全部被保存下来，并无丢失；②重组交换必须通过其中的一个特定的核苷酸。第27页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第三节转座1.转座子的特征转座子（transposon，Tn）是存在于染色体

DNA上的一段特异性核苷酸序列片段，能在染色体或质粒上移动，能从一个基因组转移到另一个基因组。转座（transposition）：在转座酶的作用下，转座子或直接从原来的位置上切离下来，然后插入染色体上新的位置；或序列转录成RNA后，再反转录产生的cDNA插入染色体上的新位置的过程。第28页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三2.原核生物中的转座子插入序列复合转座子转座噬菌体第29页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三插入序列（insertionsequence,IS）1）插入序列第30页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三TACGT

ATGCA

IS987654321123456789987654321123456789ATGCA

TACGT宿主DNA987654321123456789987654321123456789TACGT

ATGCA

反向重复序列正向重复序列插入第31页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三含有Is的质粒经变性后形成柄环结构第32页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第33页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三◘IS的遗传学特性：

能编码转座酶，自主进行转座插入位点一般随机插入后使宿主染色体的插入位置上产生短的正向重复序列转座罕见，每代10-6～10-7插入片断精确切离后，可使IS诱发的突变回复为野生型不精确切离可使插入位置附近的宿主基因发生缺失第34页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三Tn/TnAfamily

具有IR、转座酶基因、调节基因（解离酶）、抗抗生素基因

Tn1(AmpR)Tn2(AmpR)Tn3(AmpR)Tn4(AmpRStrR)Tn5(KanR)Tn6(kanR)Tn7(StrRTmpR)Tn9(CamR)Tn10(TetR)Tn3IRTnpAResTnpRAmpRIR38bp38bp转座酶

regulatorβ-内酰胺酶

2）复合转座子第35页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三两端重复序列为IS的复合转座子IS插入到功能基因两端，可能形成复合转座因子ISISISISLISR臂中心区臂transposition第36页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三靶位点的DR形成第37页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三3）转座噬菌体Muphage

（巨型转座子）

C

repressorforA,BB33kd与转座有关A70kd转座酶U,S

毒性蛋白attL,attR

与寄主同源，反向重复，转座必需GinG区倒位酶attLCABSUattR150bp1.5kb

G倒位区38kbPgin◘以E.coli为寄主的温和型噬菌体（溶源、裂解）第38页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三3.真核生物中的转座子1）酵母的Ty元件：一种酵母转座子组分，是酵母基因组内长约6.3kb且两端各有一段约340bp同向重复序列的一组散在的DNA片段，约有35个拷贝。第39页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第40页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三Copia因子P因子FB因子2）果蝇中的转座因子第41页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三Copia因子Copia因子Copia因子的转录产物是poly(A)+mRNA，它有两种形式，一种是完整全长的转录本另一种是部分长度即截短的转录本第42页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三P因子P因子(paternalelement),

是在果蝇中发现的导致果蝇杂种劣育的遗传因子，果蝇中P

因子有两类：全长P因子编码转座酶。含P因子的果蝇称P品系。

缺失型P因子

不能编码转座酶，依赖于全长P因子才能转座移动第43页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三P因子转座的后果是出现杂种发育障碍P品系(Paternalstrain)果蝇(带有全长和缺失的P因子)M品系(Maternalstrain)果蝇(不含P因子或只含缺失的P因子)P品系雄果蝇×

M品系雌果蝇产生畸形后代第44页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三M品系雄果蝇

×M品系雌果蝇

P品系雄果蝇

×

P品系雌果蝇

都产生

正常后代

第45页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三FB因子(foldback“折回”的缩写)，果蝇中的FB因子

能引起不稳定的突变，造成染色体的缺失和重排。FB因子第46页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三玉米中的控制元件是Ac—Ds系统（激活因子—解离系统，activator-dissociationsystem）

玉米中的控制元件分为两类：1.Ac

是可以自主移动的调节因子，能合成转座酶，并支配受体因子移动2.Ds

非自主移动的受体因子，不产生蛋白质

Ac和Ds位于玉米第9号染色体短臂，在色素基因C附近第47页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三

c

shbzwxDs+DsRecessivephenotypesappearCShBzWxDs位置Ds+(缺少Ds因子）染色体发生断裂断裂发生后，另一同源染色体上的隐性基因表达，不能形成色素第48页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三Ds因子不稳定，它受另一调控因子Ac的影响

Ac存在：能解除Ds对色素基因C的抑制作用,使C基因表达，颗粒出现色素斑点;

Ac激活因子丢失：Ds趋于稳定，抑制了C基因的表达，玉米颗粒呈无色第49页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三

CShAcDsAcAc(a)(b)(c)(d)玉米调控因子的作用模式：(a)Ac激活因子的位置不稳定，在无Ds转位因子时，C基因不受抑制，颗粒呈深色。(b)当Ds因子插入C基因时，C的色素表型受到抑制。(c)每当Ds转位后，C基因又可表达，颗粒出现斑点。(d)无Ac激活因子时，Ds能稳定插入到C基因中，使颗粒为无色。由于Ds和Ac两因子频繁转位，使玉米颗粒上出现散在斑点。第50页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三CornkernelshowingspotofcoloredaleuroneproducedbygenetictraspositioninvolvingtheAc-Dssystem第51页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三基因C附近有Ac没有Ds时，C处于活化状态，有色素生成籽粒有色Ds插入基因C，Ac并存时，虽然Ds抑制基因C活性，但有些细胞里的Ds因Ac存在而切离转座，这些细胞能合成色素，籽粒出现斑点Ac