【正文】 在重組部位，每個(gè)雙鏈中均有一段 DNA鏈來(lái)自另一個(gè)雙鏈中的單鏈。⑶ 斷裂的 DNA交叉重接，解除張力。⑴ 發(fā)生在染色體復(fù)制完成后，每對(duì)聯(lián)會(huì)染色體有 4個(gè)染色單體。 斷裂 — 復(fù)合（ breakage and reunion) 復(fù)合機(jī)制的兩種假設(shè) DNA分子的斷裂和重接： 染色體復(fù)制完成后，每對(duì)聯(lián)會(huì)染色體有 4個(gè) 染色單體。 (branch migration)產(chǎn)生異源雙鏈產(chǎn)生異源雙鏈(heteroduplex) DNA。同源重組的同源重組的 Holliday模型模型 同源重組需要的條件同源重組需要的條件 DNA排列整齊排列整齊 DNA的一條鏈的一條鏈 斷裂斷裂，并與另一個(gè)鏈侵入，并與另一個(gè) DNA對(duì)應(yīng)的鏈連接，形成的對(duì)應(yīng)的鏈連接，形成的連接分子（連接分子（ joint molecule），稱為），稱為 Holliday中中間體（間體（ Holliday intermediate）。3. 用于損傷修復(fù) 。 4. 同一條染色體上的兩個(gè)基因間發(fā)生交換的 頻率取決于他們之間的物理距離 ,相距越遠(yuǎn) 越容易發(fā)生交換 5. DNA分子的斷裂和再結(jié)合是同源重組的主要 特點(diǎn) 同源重組的功能1. 維持生物種群的多樣性。2. 存在重組熱點(diǎn)。4. 重組修復(fù)中也發(fā)生同源重組。DNA拆分，通過(guò)單鏈切割釋放基因組。④ 雙線期： 染色體分離，但在交叉點(diǎn) ,鏈交換區(qū)延伸。② 合線期： 染色體開(kāi)始靠近，在幾個(gè)同源區(qū)配對(duì)，一 個(gè)基因組上 DNA斷裂，重組開(kāi)始。3. 減數(shù)分裂期染色體變化和發(fā)生交換的 DNA分子的相互作用。This rebination involves the physical exchange of DNA sequences between the chromosomes.1. 在真核中同源重組也稱 交換（ crossing over),指減數(shù)分裂過(guò)程中染色體間的 物質(zhì)交換， 即 DNA分子的斷裂和在重組酶作用下的 交換連接 。 在真核生物中，重組在 雄性和雌性 中都是發(fā)生在減數(shù)分裂時(shí)期，在雄性中發(fā)生在 精子 發(fā)生期，雌性發(fā)生在卵子 發(fā)生期。如真核生物姊妹染色單體的交換；細(xì)菌及某些低等真核生物的轉(zhuǎn)化；細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合等。v 只需短的同源序列、蛋白因子、整合酶。v 噬菌體溶原途徑中的整合。異常重組：不需序列同源性，不需重組酶參與。轉(zhuǎn)座重組：v 不要求轉(zhuǎn)座位點(diǎn)區(qū)段序列同源性，轉(zhuǎn)座 子的轉(zhuǎn)移和插入。v細(xì)菌及某些低等真核生物的轉(zhuǎn)化。c. 轉(zhuǎn)座引起基因調(diào)控： 如腫瘤發(fā)生機(jī)理 某些基因的啟動(dòng)等d. 進(jìn)行基因標(biāo)記，檢測(cè)突變基因位置和 分離突變基因。優(yōu)勝劣汰、適者生存，人工選擇。細(xì)菌的接合： 細(xì)菌染色體和噬菌體的整合高等生物和原核生物的轉(zhuǎn)座過(guò)程 : 生物體內(nèi) DNA重組的意義 1. 引起進(jìn)化變異突變 : 概率低、涉及基因少基因交換 : 廣泛存在，主要是減數(shù)分裂中。重組最明顯的表現(xiàn)在 減數(shù)分裂期 第一次核分裂前遺傳信息的 頻繁交換 ,使染色體混合和重排 .基因工程中的DNA體外 改造和連接所引起的基因表達(dá)改變，只是模仿大自然在進(jìn)化過(guò)程中進(jìn)行的重組和突變而已。? 是有利突變和不利突變分開(kāi) (separation)。2. DNA的復(fù)制和修復(fù)1. 緒論目錄3 DNA重組4. RNA的生物合成5. 蛋白質(zhì)合成6. 基因的分子結(jié)構(gòu)和組織7. 原核生物基因表達(dá)調(diào)控8. 真核生物的基因表達(dá)調(diào)控 Chapter 3 DNA重組 概述 同源重組 位點(diǎn)專一性重組 轉(zhuǎn)座重組生命學(xué)院 張林生DNA Rebination 概述 . DNA重組. 生物體內(nèi)的 DNA重組. 生物體內(nèi) DNA重組的意義. DNA重組的類型DNA重組的定義DNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，稱為遺傳重組。DNA重組的意義重組的意義在于：? 它能迅速增加群體的遺傳多樣性 (diversity)。? 通過(guò)優(yōu)化組合積累有意義的遺傳信息? 為 DNA損傷或復(fù)制障礙提供修復(fù)機(jī)制? 某些生物的基因表達(dá)受 DNA重組的調(diào)節(jié) DNA重組酶切 重組a ba b a b a b不同源 DNA可發(fā)生在體內(nèi) 也可發(fā)生在體外 — 基因工程 所有的 DNA都是重組 DNA 。 生物體內(nèi)的 DNA重組減數(shù)分裂期 同源染色體之間的重組； 葉綠體基因與核基因之間的 DNA交換 ； 線粒體基因間。基因交換即 DNA重組，是生物進(jìn)化的主要機(jī)制。2. DNA重組調(diào)節(jié)基因表達(dá)3. 研究 DNA重組有重要的理論意義 研究 DNA重組有重要的理論意義a. 了解進(jìn)化機(jī)制 不同生物的同源關(guān)系及 進(jìn)化（基因序列的保守和差異）b. 研究轉(zhuǎn)座機(jī)理，為細(xì)胞分化和發(fā)育提供 理論依據(jù)。e. 為基因工程操作提供理論依據(jù)f. 重組技術(shù)為研究基因重組開(kāi)辟途徑 DNA重組的類型根據(jù)重組過(guò)程對(duì) DNA序列和所需蛋白因子的要求分為：同源重組：v真核生物姊妹染色單體和非姊妹染色單體的 交換。 v細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)，接合。v 造成轉(zhuǎn)入位點(diǎn) DNA混亂，如缺失、倒位、 重排。位點(diǎn)專一性重組： 直接在專一序列之間配對(duì)而發(fā)生 的重組。v 抗體基因的重排。 同源重組 何謂 同源重組 同源重組 特點(diǎn) 同源重組的 功能 同源重組 機(jī)制 (homologous rebination)同源重組廣泛存在于生物界。同源重組的概念 :同源重組 (又稱 基本重組 )（交換 crossing over)它是由兩條同源區(qū)的 DNA分子，通過(guò)配對(duì)、鏈的斷裂和再連接，而產(chǎn)生片段 交換 (crossing over)的過(guò)程。這時(shí)候是 減數(shù)分裂 的 “四鏈期 ”，四條鏈中只有兩條參與重組。2. 細(xì)菌沒(méi)有減數(shù)分裂，同源重組發(fā)生在 接合過(guò)程中，交配的染色體在兩個(gè)緊密連接的細(xì)胞中轉(zhuǎn)移。（圖 3 – 1）圖 31 真核生物的 同源 重組發(fā)生在減數(shù)分裂時(shí)，姐妹染色單體 間遺傳物質(zhì)間的 交換 ；同源重組發(fā)生在減數(shù)分裂前期，分 5個(gè)階段：① 細(xì)線期： 也是減數(shù)分裂標(biāo)志，染色體清晰可見(jiàn)。③ 粗線期： 聯(lián)會(huì) 【 染色體配對(duì)沿整個(gè)配對(duì)染色體展開(kāi)， 形成二價(jià)體（ bivalant) 】 ， DNA單鏈與另 一基因組發(fā)生交換。⑤ 終變期： 染色體凝聚，從被膜分離，保留交叉，四 條染色單體全部變清晰。 顯微鏡下的同源重組 :細(xì)菌的同源重組發(fā)生在 接合 過(guò)程中， 交配 的染色體在兩個(gè)緊密 接觸 的細(xì)胞中轉(zhuǎn)移。 （圖 32）圖 3 – 2 修復(fù)途徑中隨著適宜底物 DNA分子的產(chǎn)生，細(xì)菌能催化重組的所有階段 損傷 DNA產(chǎn)生缺口RecA使鏈交換第二次鏈交換DNA聚合酶通過(guò)DNA合成填滿缺口RuvA,B分支遷移RuvC切割 Holliday連接點(diǎn) 同源重組特點(diǎn)1. 要求較大的 DNA片段進(jìn)行交換。3. 整個(gè)基因組重組頻率不穩(wěn)定，受綜合效應(yīng) 和局部效應(yīng)影響。即遺傳多樣性 .2. 染色體瞬間的物理連接，對(duì)染色單體正確分離到子代細(xì)胞至關(guān)重要。 以未損傷的同源染色體修 復(fù)因損傷而丟失的染色體序列 .（圖 3 2） 4. 通過(guò)重組可調(diào)控基因表達(dá) . 同源重組機(jī)制 ? 由 Robin Holliday在 1964年首先提出，后由David Dressler和 Huntington Potter 在 1976年提出修改，他們證明了 Holliday中間物的存在。）。，形成兩個(gè)雙鏈重組中間體切開(kāi)并修復(fù)，形成兩個(gè)雙鏈重組體體 DNA。染色單體收縮產(chǎn)生張力引起 DNA整體斷裂，斷裂的 DNA交叉重接解除張力，形成交換產(chǎn)物。⑵ 在染色單體水平發(fā)生 DNA整體斷裂。 配對(duì)的染色體在復(fù)制中途，交換了各自的 模板。這個(gè)部分稱為 異源 雙鏈（雜種 DNA）。 分支遷移： 異源雙鏈交叉連接中，交叉點(diǎn)沿著兩條雙鏈移 動(dòng)，稱為 分支遷移（ branch migration）。這種結(jié)構(gòu) 稱為 Holliday結(jié) 構(gòu)（交叉結(jié)構(gòu)） 。 構(gòu)（ Robin Holliday， 1964）。最后由 核酸酶 將交叉處切斷（解離 resolution）而完成重組作用。重組體重組體 雙鏈斷裂啟動(dòng)重組（ 雙鏈斷裂模型雙鏈斷裂模型 ）① 在受體 DNA鏈上形成雙鏈斷裂；② 通過(guò) 核酸內(nèi)切酶 擴(kuò)大受體切口，產(chǎn)生 3‘端單鏈； ③ 受體 3‘端遷移至供體同源區(qū)；④ 受體 3‘端修復(fù)延伸合成；⑤ 供體置換、鏈遷移至受體鏈；⑥ 在受體上的另一個(gè) 3‘端DNA合成；⑦ 相互遷移產(chǎn)生雙鏈交換。Figure Resolution of a Holliday junction can generate parental or rebinant duplexes, depending on which strands are nicked. Both types of product have a region of heteroduplex DNA. 圖 3 8圖 3 9? Holliday模型能夠較好解釋同源重組現(xiàn)象，但也存在問(wèn)題。DNA分子單鏈斷裂是經(jīng)常發(fā)生的事，但很難設(shè)想兩個(gè)分子何以能在同一位置發(fā)生斷裂。? 但是也有事實(shí)表明，重組是由雙鏈斷裂所啟動(dòng)。細(xì)菌的接合作用（ conjugation）? 細(xì)菌的細(xì)胞相互接觸時(shí)遺傳信息可以由一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞，稱為接合作用。? 通過(guò)接合而轉(zhuǎn)移 DNA的能力是由 接合質(zhì)粒 （conjugative plasmid）提供的，與接合功能有關(guān)的蛋白質(zhì)均由接合質(zhì)粒所編碼。細(xì)菌的同源重組發(fā)生在 接合過(guò)程 中，交配的染色體在兩個(gè)緊密 接觸 的細(xì)胞中轉(zhuǎn)移。多聚體由單體在單鏈 DNA上從 5′→3′ 方向組裝而成。 ?具有 5種酶的活性 —— 外切核酸酶 V、解鏈酶、核酸內(nèi)切酶、 ATP酶和單鏈 DNA外切酶。RecBCD蛋白的作用模型 RuvA和 RuvB* DNA解鏈酶催化分支遷移* RuvA四聚體與 Holliday連接結(jié)合（兩個(gè)亞基之間結(jié)合一個(gè) DNA螺旋）* RuvB 是六聚體環(huán)，具有解鏈酶和 ATP酶活性 * 2個(gè)拷貝的 RuvB與 Holliday連接結(jié)合（結(jié)合到RuvA和 2 個(gè) DNA螺旋）* 分支遷移沿著 RecA介導(dǎo)的鏈交換方向進(jìn)行RuvA的三 維結(jié) 構(gòu)RuvA和 RuvB的作用模型RuvC的作用模型RuvC蛋白243。243。 243。 The RuvABC Proteins amp。 stabilizes Holliday Junction7. RuvB then binds to RuvA/DNA plex9. Isomerization probably does not require proteins or energy.Fig. RuvC的作用模型大腸桿菌幾種重要的同源重組途徑大腸桿菌幾種重要的同源重組途徑（ 1） RecBCD途徑 這是大腸桿菌最主要的重組途徑。此外，還需要chi序列。（ 3） RecE途徑Fig. aeRecBCD同源重 組 途徑 位點(diǎn)專一性重組(sitespecific rebination) 概念 位點(diǎn)專一性重組機(jī)制 概念1. 定義：在專一酶的作用下，在 DNA特定位點(diǎn)上發(fā)生斷裂和重接，從而產(chǎn)生精確的 DNA重排的 DNA重組方式。2. 特點(diǎn)：① 需 DNA專一識(shí)別位點(diǎn)，而非 DNA同源序列引導(dǎo)， 即只涉及短的同源序列。③ 參與位