细菌重组产物的形成

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1、细菌重组产物的形成关键词：脉孢菌芽殖酵母真菌细胞菌种保藏中心ATCC中国微生物菌种网在子囊菌中，如粪壳菌属、粪盘菌属、脉孢菌属的一些种中，减数分裂的产物被限制在长形的子囊中沿子囊的长轴直线排列，基因和着丝粒之间是否发生交换可以在光学显微镜下清晰地观察到。对大量单基因重组产物分离的检测，显示大多数子囊是符合常规的(图5．6)，但也总有小部分并不表现出常规的两个等位基因4：4分离，而是表现为6：2(同一子囊中6个黑孢子，2个白孢子)或2：6的分离比(图5．7)，这些被称为异常分离，因为它们看上去偏离了孟德尔定律，该定律指减数分裂中等位基因分离在数量上相等。这种异常现象称为基因

2、转换(geneconversion)，因为如果子代染色体在减数分裂和减数分裂后期的有丝分裂之间一个等位基因转换为另一等位基因额外的一个拷贝，那么6：2分离比可能是由4：4分离比衍生而来，而不是由于随机突变引发的。那么我们在图5.7中显示的非交换重组(noncmssovers)，就是减数分裂早期一条特异的遗传序列从4条染色体上的一条转移到一条同源染色体上。转换片段替换原始序列，它可能是一个基因相当大的一部分，但通常短于整个基因，可能含有几百个DNA碱基而非上千。重组产物的区分得益于侧翼标记的应用。侧翼区(FLR；位于真核基因5，端或3’端两侧的序列)位于感兴趣基因的两侧或与

3、之相连，可以显示重组和基因转换的最终结果。在重组作用下，某些DSB能发生同源交换(CO)，又称互换(CR)。在交换过程中，原来两条染色体的侧翼区发生改变，这是由于重组中间体的解体是通过两条相互作用的染色单体均发生断裂，继而分别与其同源染色单体相连而实现同源交换重组(图5.7右下图)。除形成同源交换外，DSB还能形成同源非交换型(NCO)，又称非互换重组(NCR)。在该结构中，DSB与其同源染色单体同样发生相互作用，但这两条染色单体在未进行侧翼标记交换的情况下即发生解体(图5．7左下图)，而引起标记基因发生非孟德尔式分离，又称为“基因转换”，即减数分裂过程中某一特定遗传序列

4、从一条染色体转移至其同源染色体上。在八孢子囊菌的杂合型交换过程中，通过基因转换的方式，子囊内将形成两个野生型子囊孢子及6个突变型子囊孢子，即2：6(图5．7，左图)；与此相比，通过互换方式，子囊内将形成4个野生型孢子与4个突变型孢子，即4：4(图5．7，右图)。1934年Zickler首次在子囊菌新月形蚪孢壳中发现了基因转换现象，1953年Lindegren在芽殖酵母中也有发现。随后在研究相邻标记基因的分离情况时，也清晰观察到7该现象。在粗糙脉孢菌中，吡哆醇(pyridoxine)位点以2：6的比例发生分离，而与之相邻的标记基因以4：4的比例分离，表明在吡哆醇基因突变位点

5、附近发生了异常的性状分离，且这种分离不是染色体异常分离的结果，而是由基因转换所导致的，在DSB进行交换与非交换(CO／NCO)方面取得的研究成果，主要是通过对完全同步的芽殖酵母性母细胞的物理分析而获得的。通过这些研究方法，发现了细线期至粗线期的几个关键事件。DSB形成以后，相继形成两个稳定的链交换中间体(图5．7)，DSB产生的一条单链尾与其同源DNA的一条链进行稳定交换，形成一个单链入侵中间体(SEI)，该中间体进而转变成双Hollidayr结构(图5.7)。粗线期后期，DHJ继而转变为交换产物。在芽殖酵母中，DHJ是互换的特异性前体，从而否定了交换／非交换(CO／NC

6、O)的差异是由Hollidav结构选择性解体所致的假说。同样，重组过程是形成交换产物还是形成非交换产物，这是在SEI形成之前或者是SEI形成过程中决定的。Allers和Lichten与Bftw等由此提出，重组产物的类型(CO／NCO)可能在DSB与其同源染色单体的同源区发生相互作用的早期阶段即已被确定(图5．7)。此外，有关内切核酸酶MUS81的最近研究表明，有些交换除通过DHJ中间体的解体形成外，也可以通过由Mus81介导的对非DHJ中间体的加工而形成，后一种方式称MUS81途径。有趣的是，通过后一种方式形成的CO相互间不具有干扰效应。通过对减数分裂特异性MutS同源蛋

7、白的研究，人们发现在芽殖酵母、大孢粪壳及粗糙脉孢菌中，MUS81途径与CO的小型片段化有关。然而，在裂殖酵母及秀丽隐杆线虫中，MUS81途径是大多数CO的形成所需的。因此，在不同物种中，交换的形成途径似乎存在差异：经过对重组过程长达80多年的研究，人们对减数分裂重组的研究取得了很大进展。在这些研究中，丝状真菌发挥着关键作用；人们在对同源交换与同源非交换事件及这些事件调控机制的研究方面所取得的成果，为明确重组过程的关键步骤奠定了基础。