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时间:2018-07-06
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1、第七章DNA的重组与转座7.1同源重组7.2位点特异性重组7.3转座作用7.4逆转录转座子广义上,任何造成基因型变化的基因交流过程都叫遗传重组(geneticrecombination).狭义上,指涉及到DNA分子内断裂-复合的基因交流,有时又称交换(crossingover).通过不同个体间的基因交换,可以保证遗传的多样性,从而为选择奠定物质基础。遗传重组包括同源重组,位点专一性重组,转座重组和异常重组。7.1同源重组(homologousrecombination)一、定义:同源重组也称交换,指减数分裂
2、过程中染色体间遗传物质的交换,即在两个双螺旋DNA分子中任何一对同源序列作底物进行交换。同源重组发生在DNA的同源序列之间。在生物细胞中很普遍,如真核生物非姊妹染色体之间的交换,姊妹染色体的交换,细菌及其某些低等真核生物的转化、转导、接合等都属于同源重组。同源重组的机制(一)、断裂复合:减数分裂中,染色体减数分裂和配对时,在染色单体水平上发生物理断裂,断裂可通过交叉重接而解除张力,从而产生两个相互重组的染色单体。(二)重组过程:由Holliday提出,后经Messelson,Radding修改,可以分为以
3、下几个步骤.1、切断(nicking):同源联会的两个DNA分子中任意一个出现单链切口(由某些DNA内切酶产生)。2、链转换(stranddisplacement):切口处形成5`端局部解链,由细胞内类似于大肠杆菌DNAPolI的酶系利用切口处的3`-OH合成新链,而把原有链转换出来,使原有链成为游离的5`-单链区段。3、单链侵入(single-strandinvasion)由链置换产生的单链区段侵入到参与联会的另一条DNA分子因局部解链而产生的单链泡中。4、Loop切除:侵入的单链DNA与参与联会的另一条
4、DNA分子中的互补链形成碱基配对,同时把与侵入单链的同源链置换出来,由此产生D-Loop,其单链区随后被切除降解。5、链同化(strandassimilation)Loop切除中产生的3`-OH断头和侵入的单链的5`-P由DNALigase联接,同时侵入的单链沿5`-3`方向继续置换,Loop切除中产生的5`-P断头。6、异构化:链同化过程中,DNA经过一定的扭曲旋转形成的异构体。7、分支迁移(branchmigration):两条DNA分子之间形成的交叉点可以沿DNA移动,这一过程称为分支迁移。图、分枝迁
5、移Holliday结构的拆分重组体连接两个DNA双链的交换中间物含有4股DNA链,在其连接处为转换配对所形成交叉链的连接点称为Holliday结构。该结构中由二对连锁在一起的DNA分子组成。Holiday中间体的形成只完成了重组的一半,由于连锁在一起的两条DNA分子必须经过拆分(resolution)回复到彼此分开的双螺旋状态。拆分的方式有两种,需要内切酶在交叉点处形成一对切口,然后由连接酶连接。细菌DNA的重组1、细菌重组酶:1)RecA蛋白:为E。coliRecA基因的产物,RecA蛋白是催化重组基本反
6、应的酶,能通过碱基配对使两个DNA连接成杂交分子。2)RecBCD酶:亦称核酸外切酶V,它通过Chi序列识别靶位点。该酶具有多种活性,可以在单链结合蛋白的存在下松开DNA双链,同时还具有ATP酶活性,它在重组中的作用是提供具有3`-末端的单链区域。3)ruvABC:其中ruvA和B基因产物可促进异源双链结构的形成。1、单链摄入和链交换RecA蛋白作用于DNA分子,用单链去置换双链分子的同源区段,这个反应称单链摄入。RecA蛋白的这种作用是通过与游离的单链3`-端结合,并引导单链DNA侵入双链DNA中,这种作
7、用还需要RecBCD的协助。E.coli中有一种Chi[Kai]结构:5`-GCTGGTGG-3`3`-CGACCACC-5`RecBCD沿双链滑行至Chi结构附近时,将其附近的兔耳结构的一端切开形成具有3`-端的单链区,RecA再与此单链DNA的3`-端结合并引入另一双链结构中导致重组,RecBCD则沿双链继续寻找下一个Chi结构。兔耳结构:RecBCD结合DNA,使解链速度大于恢复双螺旋的速度,所以形成二个单链环,称兔耳结构。同源重组的作用1、维持种群的遗传多样性2、在真核生物中同源重组使同源染色体的
8、染色单体间发生物理连接,这样使第一次减数分裂时同源染色体能平均分配至子代细胞中。3、有助于DNA损伤的修复,发生重组的位置常含有错配的碱基。7.2位点专一性重组特指噬菌体DNA整合到细菌染色体DNA的过程。最早在λphage的遗传学研究中发现的,λDNA通过重组整合到大肠杆菌染色体的专一性位点上,转变为原噬菌体DNA的非活性状态(溶源状态)。在溶菌状态时,λDNA以环状分子独立存在,两种状态的转换都与位点专一性重
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