第八章遺傳重組遺傳和重組專題知識專家講座第1頁概述第一節同源重組第二節位點專一性重組第三節細菌中轉座成份第四節真核生物中轉座成份遺傳和重組專題知識專家講座第2頁概述：?

只要有DNA，就會發生重組減數分裂高等生物體細胞核基因、葉綠體和線粒體噬菌體轉座?生存→變異→突變，重組損傷修復、適應環境、加速進化遺傳和重組專題知識專家講座第3頁?

重組可分為四類（DNA序列、蛋白質因子）?狹義遺傳重組：包括到DNA分子內斷裂-復合基因交流?遺傳重組與重組DNA技術異常?廣義遺傳重組：任何造成基因型改變基因交流過程遺傳和重組專題知識專家講座第4頁第一節同源重組遺傳和重組專題知識專家講座第5頁1、

同源重組（homologousrecombination）:發生在同源DNA序列之間。一、特征2、

特征：?包括同源序列間聯會配對，且交換片段較大?包括DNA分子在特定交換位點發生斷裂和錯接生化過程?需要重組酶?單鏈DNA分子或單鏈DNA末端是交換發生主要信號遺傳和重組專題知識專家講座第6頁雙倍體染色體交換遺傳和重組專題知識專家講座第7頁二、同源重組機制1、

斷裂復合及Holliday中間體形成?

Holliday結構同源重組中有4股DNA鏈，在連接處為了轉換配對，形成連接鏈交叉。?Holliday結構形成分子機制（斷裂復合起始機制）雙鏈侵入模型、單鏈侵入模型、雙鏈斷裂修復模型?同源重組都包括到DNA分子內－－斷裂—復合遺傳和重組專題知識專家講座第8頁3‘5‘5‘3‘Meselson-Radding模型單鏈入侵模型置換侵入Loop切除同化異構化分支遷移5’切割遺傳和重組專題知識專家講座第9頁5‘5‘（1）（2）其中－－全部模型和假說都包含切斷、鏈置換、連接等過程雙鏈侵入模型

遺傳和重組專題知識專家講座第10頁雙鏈斷裂修復模型遺傳和重組專題知識專家講座第11頁2、分枝遷移和Holliday結構拆分?分枝遷移（branchmigaration）－－雙螺旋形成交叉連接以拉鏈式效應擴散遺傳和重組專題知識專家講座第12頁Holliday異構化產生重組體拆分Holliday結構一經生成即可不停地處于異構化－－異源雙鏈heteroduplexDNA重組結果取決于拆分時配對鏈上切口位置遺傳和重組專題知識專家講座第13頁（1）（2）（1）（2）?Holliday結構拆分產生含異源雙鏈親本DNA分子產生重組體遺傳和重組專題知識專家講座第14頁三、原核同源重組（E.coli）?發生在雙方DNA同源區域

部分復制染色體DNA之間或染色體DNA與外源DNA之間

1、RecBCD（外切核酸酶Ⅴ）和Chi位點?含有解旋酶（再旋）活性、ATPase活性、核酸外切酶活性、

序列特異性單鏈內切酶活性?單鏈內切酶活性和解旋酶活性使DNA產生含有游離末端單鏈－－－RecA作用位點?RecBCD有固定切割位點遺傳和重組專題知識專家講座第15頁3‘?RecBCD識別和切割位點a、RecBCD結合在DNA平頭末端b、外切、解鏈、移動（ATP）c、兔耳狀loop結構產生（再旋酶活性低于解旋酶活性）d、RecBCD在loop單鏈區

chi位點處切斷單鏈（單鏈內切酶）?

chi位點：GCTGGTGG當前發覺重組熱點

遺傳和重組專題知識專家講座第16頁RecA入侵單鏈被置換連RecA引發鏈侵入模型遺傳和重組專題知識專家講座第17頁RecA引發鏈交換和Holliday結構生成

遺傳和重組專題知識專家講座第18頁?RecBCD和

RecA共同作用遺傳和重組專題知識專家講座第19頁

3、原核同源重組其它蛋白

需要E.coli中三個基因ruvA,ruvB和ruvC產物a、RuvA識別Holliday結構連接點b、RuvB為分枝遷移提供動力（ATPase10～20bp/s）c、RuvC核酸內切酶---專一性識別Holliday結構連接點體外切段連接點以拆分重組體遺傳和重組專題知識專家講座第20頁第二節位點專一性重組遺傳和重組專題知識專家講座第21頁一、位點專一性重組（site-specificrecombination）1、概念：發生在專一序列而次序極少相同DNA分子間重組如：噬菌體基因整合到細菌染色體基因中2、特征：?在特定結合序列部位，有專一酶催化斷裂重接----產生準確DNA重排?都含有整合作用兩個基本特征a、經典保守性重組b、發生在噬菌體和細菌DNA短同源序列專一性核苷酸上遺傳和重組專題知識專家講座第22頁二、λ整合與切除1、實現機制：均是經過---細菌DNA和λDNA上特定位點之間重組2、特定位點-----附著位點（attachmentsiteatt）?E.coliattB含BOB’三序列23bp?λphage

attP含POP’三序列240bp?關鍵序列“O”完全一致

（同源部分）---位點特異性重組發生地方遺傳和重組專題知識專家講座第23頁3、整合過程?整合后附著位點為attL（BOP’）attR（POB’）?整合位點---attB、attP切除位點---attL、attR?整合過程需要λ整合酶

和寄主整合宿主因子IHF共同作用遺傳和重組專題知識專家講座第24頁溶源性細菌(lysogen)溶菌周期（lysis）原噬菌體遺傳和重組專題知識專家講座第25頁4、整合分子機制?關鍵序列O全長15bp，富含A-T?發生在O內重組交換位點相距7bp?整合酶結合位點：attP240bp、attB23bp?attP位點負超螺旋為重組所必須---加強了Int和IHF親和力

?Int結合----關鍵序列反向位點（切割位置）----結合在att臂上（臂與關鍵區靠近）遺傳和重組專題知識專家講座第26頁intIHF遺傳和重組專題知識專家講座第27頁?整合體及其作用整合體（intasome）---Int和IHF結合到attP時復合物?整合體捕捉attB說明-----

a、attB和attP最初識別靠Int識別兩序列能力b、兩序列同源性在鏈交換時為主要原因遺傳和重組專題知識專家講座第28頁第三節細菌中轉座成份遺傳和重組專題知識專家講座第29頁一、轉座成份概述1、轉座子(元)或轉座元件:基因組無須借助于同源序列就能夠移動DNA片段，它們能夠直接從基因組一個位點移到另一個位點。轉座：轉座元轉移過程。2、發覺和發展?1914A.Emerson1936Marcus.M.Rhoabes玉米果皮、糊粉層花斑突變玉米籽粒糊粉層色素不穩定遺傳機理跳躍基因（jumpinggene）?1947冷泉港試驗室（美）BarbaraMcClintock遺傳和重組專題知識專家講座第30頁a)不依賴供體序列與靶位點間序列同源性b)轉座不是簡單轉移，包括轉座子復制d)一些轉座因子（Tn3）對同類轉座因子插入含有排他性

（免疫性）e)靶序列在轉座因子兩側會形成正向重復f)轉座因子切除與轉座將產生復雜遺傳學效應3、轉座重組特點c)轉座插入靶位點并非完全隨機（插入專一型）遺傳和重組專題知識專家講座第31頁二、轉座子種類?兩種類型：簡單轉座子（simpletransposon）復合轉座子（compositetransposon）?共同特征：a）兩端有20～40bp相同編碼區b）有編碼轉座酶基因1、插入序列（插入序列insertionsequenceIS）?最簡單，是細菌染色體、質粒和一些噬菌體正常組分?命名：IS＋編號（判定類型）長度700～bp遺傳和重組專題知識專家講座第32頁?特點：a）兩端為轉座酶識別位點b）插入靶位點后會出現靶位點正向重復（3～9bp）遺傳和重組專題知識專家講座第33頁?IS能夠正反方向插入到DNA（宿主、質粒或一些噬菌體），常對插入位點后面基因表示有所影響。遺傳和重組專題知識專家講座第34頁a)Tn/TnAfamily

l含有IR、轉座酶基因、調整基因（解離酶）l

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

2.5kb20kb

Tn3IRTnpAResTnpRAmpRIR38bp38bp轉座酶

regulatorβ-內酰胺酶

2、復合轉座子?兩種類型遺傳和重組專題知識專家講座第35頁b）兩端重復序列為IS復合轉座子

e.g.

IS插入到功效基因兩端，可能形成復合轉座因子ISISISISLISR臂中心區臂transposition遺傳和重組專題知識專家講座第36頁?當兩個IS組件相同時，其中任一個都可行使轉座功效?不一樣時，主要依靠一個遺傳和重組專題知識專家講座第37頁3轉座噬菌體Muphage

（巨型轉座子）

C

repressorforA,BB33kd與轉座相關A70kd轉座酶U,S毒性蛋白attL,attR與寄主同源，反向重復，轉座必需attLCABSUattR150bp1.5kb

G倒位區38kbPgin?以E.coli為寄主溫和型噬菌體（溶源、裂解）遺傳和重組專題知識專家講座第38頁?Mu插入路徑a）侵入Mu在溶源化過程中任意插入寄主DNA（兩側各5bp靶位點序列重復）b）進入裂解生長后，復制產生后代MuDNA幾乎全部插入寄主DNA中，并可繼續轉座（形成寄主DNA和Mu共合體），噬菌體成熟——切段共合體——包裝遺傳和重組專題知識專家講座第39頁三、轉座子轉作機制及模式?三種類型：復制型、非復