现代分子生物学-06DNA重组

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1、6DNA重组视频：DNA重组自然界的DNA分子均是重组体(recombinant)变异是生物进化的重要因素之一生物对环境的适应机制自然选择的重要基础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(geneticrecombination),或基因重排(generearrangement)。重组产物为重组体DNA(recombinantDNA)。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

2、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。首先产生遗传的变异，然后才有遗传漂变(geneticdrift)和自然选择(naturalselec有突变和重组，由此tion)，才有进化。可遗传变异根本原因是突变。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一起被淘汰，新的优良基因就不可能出现。重

3、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。可遗传的变异；突变（点突变，染色体变异）频率低，突变修复突变压改变群体的基因频率Pn=(1-P0)n遗传重组交换染色体的自由组合染色单体间的交换分子克隆和转基因技术(invitro)普遍发生自然界DNA分子均是重组体6.1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

4、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)Holliday模型RobinHolliday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(jointmolecule)，称为Holliday中间体(intermediate);③通过分

5、支移动(branchmigration)产生异源双链(heteroduplex)DNA;④Holliday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(patchrecombinant)。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(splicerecombinant)。Hollida

6、y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。MeselsonM和RaddingC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。DN

7、A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图4－2　双链断裂启动重组DNA同源重组是一个十分精确的过程，哪怕只有一个核苷酸的差错都会造成基因失活。同源重组的分子基础是链间的配对，通过碱基配对才能找到正确位置，进行链的交换。当两同源DNA分子之一发生双链断裂，经核酸酶和解螺旋酶作用，产生具有3′末端的单链，它在另一DNA分子的同源

8、区寻找互补链并与之配对。相对应的链则被置换出来，与原来断裂的链配对经修复合成和链的再连接，形成两个交叉，而不是单链交换时形成的一个交叉。值得注意的是，在两交叉之间，由交换和分支移动产生的是异源双链，而由修复合成产生的是同源双链(图4-2)。实验表明，两DNA分子必需具有75bp以上的同源区才能发生同源重组，同源区小于此数值将显著降