分子生物学第03.5节DNA重组.ppt

3.5 DNA重组 一、DNA重组的定义和意义 遗传重组的意义 遗传重组的意义 DNA重组的类型 二、同源重组 减数分裂中的同源重组 细菌中同源重组的意义 细菌中同源重组的意义 Holliday模型 Holliday模型 Holliday模型的缺点 DNA双链断裂启动同源重组 DNA双链断裂启动同源重组 DNA双链断裂启动同源重组 同源重组时的分支移动 Holliday中间体的电镜照片 重组需要多种酶及其它蛋白质的作用 RecBCD酶的作用 RecBCD酶的作用 Chi位点与重组频率的关系 RecA蛋白的作用 RecA蛋白与单链DNA组成核蛋白纤丝 RecA介导的DNA链交换模型 体外RecA促进的链交换反应 体外RecA促进的链交换反应 同源重组中其它酶的作用 同源重组对同源序列的要求 三、位点特异重组 位点特异重组的机制 位点特异重组的机制 另一种位点特异重组机制 位点特异重组的结果 λ噬菌体整合到大肠杆菌染色体上 λ噬菌体整合到大肠杆菌染色体的特异位点处 位点特异重组在DNA复制中的作用 位点特异重组在DNA复制中的作用 细菌位点特异重组对基因表达的调控 细菌位点特异重组对基因表达的调控 在某些系统中，每一个重组位点的两条链被同时切开，然后重新连接到新的伴侣上，而不形成Holliday中间体。 交换总是相互和精确的，反应完成后重新产生重组位点。重组酶既是位点特异的内切核酸酶又是连接酶。 体外研究的第一个位点特异重组系统是λ噬菌体编码的。当λ噬菌体DNA进入大肠杆菌细胞，一系列复杂的调节事件使得λDNA进入两条途径之一。λDNA要么复制，产生更多的噬菌体（进入裂解途径）；要么整合到宿主染色体上，随着染色体复制而传给子细胞（进入溶源化途径）。整合由噬菌体编码的重组酶（λ整合酶）催化，它作用于噬菌体和细菌DNA的重组位点，这些位点叫附着位点，分别是attP和attB。 环状的细菌染色体的重组DNA修复，有时产生有害的副产物。由核酸酶如RuvC在复制叉处裂解Holliday中间体，从而完成复制，可以产生两种产物：两个单体染色体，或连接的双体染色体。在共价连接染色体的情况下，细胞不能分裂成两个子细胞，正在分裂的细胞成为“棒状”。大肠杆菌中一种特殊的位点特异重组系统，XerCD系统，可以将双体染色体转变成单体染色体，细胞分裂得以进行。反应是位点特异的删除反应。 * 一、DNA重组的定义和意义 二、同源重组 三、位点特异重组 四、转座重组 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（genetic recombination），也叫DNA重组。DNA重组广泛存在于各类生物。真核生物基因组的遗传重组多发生在减数分裂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，来自不同亲代的两组DNA之间可通过多种形式进行遗传重组。 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的可遗传变异为基础。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，在积累优势突变的同时，不可避免地积累许多难以摆脱的不利突变，有利突变将和不利突变一起被淘汰，新的优良基因就可不能出现。重组的意义在于，它能够迅速增加群体的遗传多样性（diversity），通过优化组合积累有利的突变。 遗传重组系统的功能随它们的机制而变化，包括在特异DNA修复系统中的作用，在DNA复制中的特异活性，某些基因表达的调节，在真核细胞分裂期间促进染色体分离，维持遗传多样性，和在胚胎发育期间实现程序性遗传重排。 DNA重组主要包括三种类型： 同源重组（homologous recombination） 位点特异重组（site-specific recombination） 转座重组（transpositional recombination） 同源重组也叫一般性重组（general recombination ），它包括任何两个DNA分子（或同一个分子的两个片段）之间的遗传交换。发生交换的两个分子或同一分子的两个片段之间有一段近乎相同的序列（同源区），不论这个序列的具体碱基序列是什么，只要这两段DNA序列相似就可以发生。这两个同源区通过配对、链断裂和再连接，产生片段交换。 在减数分裂前期，参与联会的同源染色体实际上已复制成两条染色单体，从而出现由4条染色单体构成的四联体。在四联体的某些位置，非姊妹染色单体之间可以发生交换。 在细菌中，同源重组主要发生在DNA修复过程，本书中称为重组DNA修复。它通常是指对DNA损伤位点进行复制叉重建。在接合（交配）期间，当染色体DNA从供体细胞转移到受体细胞时，也能够