分子生物学20033ppt课件.ppt

分子生物学
杨孝朴
第五章 DNA重组
1. 同源重组
2. 位点专一性重组
3. 转座重组
简单转座
复制性转座
转座重组的遗传学效应
4. 异常重组
第五章 分子生物学
杨孝朴
第五章 DNA重组
1. 同源重组
2. 位点专一性重组
3. 转座重组
简单转座
复制性转座
转座重组的遗传学效应
4. 异常重组
第五章 DNA重组
重组简单的讲就是不同染色体上基因的重新组合，产生新的基因组的过程。
DNA的重组不仅在减数分裂中发生，而且也可在生物的体细胞以及线粒体、叶绿体的基因间发生。因为生物要生存就得适应，要适应就得有变异，而变异的来源就是突变和重组。
但就每个个体而言，发生突变的概率是很低的，涉及到的基因数目也非常有限。所以，如果只有突变而没有不同个体间的基因交流，则生物体难以迅速地组装以产生最能适应环境的基因组合。而且通过不同个体间的基因交流，可保证遗传的多样性，从而为选择奠定基础。
根据对DNA序列和所需蛋白因子的要求可以把重组分为四种类型，即同源重组、转座重组、位点专一性重组和异常重组。
1. 同源重组
同源重组发生有DNA的同源序列之间，主要表现为染色单体的交换。
同源重组要求较大的DN***段进行交换，只要它们的序列相同或接近相同就可以在序列的任何一点上发生重组，当然也存在重组热点，即某些序列发生重组的概率高于其它序列。
大肠杆菌的同源重组需要RecA蛋白，类似的蛋白质也存在于其它细菌中，因此细菌中的同源重组又称为依赖于RecA的重组。
染色单体间的交换有两种假说。
第一种假说认为，交换是完整的的DNA分子的断裂—重接的过程。
2. 位点专一性重组
位点专一性重组是在专一性酶催化下，使DNA分子从专一位点上断裂，然后插入另一基因或基因组，再重新连接起来的过程。
例如，λ噬菌体的DNA整合到大肠杆菌染色体上的过程就是位点专一性重组。
在整合反应中，切割、插入（交换）、再连接一气完成，没有任何稳定的中间产物，对专一性位点的切割是交错切割，形成类型于某些限制性内切酶作用产生的粘性末端。所以在专一性位点上两个DNA分子是同源序列。
在一般情况下，整合到大肠杆菌DNA中的λ噬菌体DNA是非活性状态的，即不转录和翻译，但可随大肠杆菌DNA的传代而传代，将其称为λ原噬菌体。当诱发λ噬菌体生长时，整合作用就发生逆转，恢复大肠杆菌DNA和λ噬菌体DNA原来的结构。但这个过程由另一蛋白质——切割酶来完成。
3. 转座重组
转座子(Tn)是指可移动的DN***段（移动基因）。转座子从染色体的一个区段转达移到另一个区段的过程叫做转座重组。
现在看来“转座”这一命名并不十分准确，因为在转座过程中常常将可移位序列留在原来的位置上，而在新位点上出现的仅仅是它的拷贝。转座重组是在转座酶催化下进行的。转座机制分为两种，一种是简单转座，另一种是复制性转座。
简单转座
转座酶首先在靶DNA的位点上进行交叉切割，同时也在转座子每一股链的一端切割。转座子的两条链的自由末端分别与靶DNA的两个插入位点连接起来；然后转座酶再对转座子的另一端进行第二次切割，使转座子完全转移到靶DNA中，并在宿主DNA上留下一个致死性缺口；最后再由DNA聚合酶来完成靶位点的复制。
复制性转座
复制性转座中，转座子被复制为两个拷贝，一个拷贝转移，另一个拷贝则留在宿主DNA中，所以宿主DNA不被摧毁。
与简单转座不同的是：转座子与靶DNA的插入位点交叉连接后，不再进行第二次切割，而是在DNA聚合酶催化下从第一个切口的末端开始复制，产生“共合体”，再由解离酶催化两个转座子拷贝之间进行位点专一性重组，从而产生两个分离的DNA分子，每个分子都带有一个转座子拷贝。
转座重组的遗传学效应
转座子可引发许多遗传变异，如基因重排、质粒—染色体DNA的整合等。转座重组的遗传学效应主要有以下几个方面：
①转座重组引起插入突变 各种IS、Tn转座子都可引起插入突变。如果插入位于某操纵子的前半部分，就可能造成极性突变，导致该操纵子后半部分结构基因表达失活。
②转座重组产生新的基因 如果转座子上带有抗药性基因，它一方面造成靶DNA序列的插入突变，同时也使这个位点产生抗药性。
③转座重组产生染色体畸形 当复制性转座发生在宿主DNA原有位点附近时，往往导致转座子两个拷贝之间的同源重组，引起DNA缺失或倒位（图3-14）。若同源重组发生在两个正向重复转座区之间，就导致宿主染色体DNA缺失；若