DNA的重组与转座.pptx

第六章 DNA重组;基因组的可变性和稳定性之间必须维持一个恰到好处的平衡，这样才能使生物体得以生存并能世代相传，繁衍不息。 染色体的遗传差异主要由两种机制产生，一种是突变，一种是遗传重组。; 突变和重组是提供进化起始物质的两个过程。 突变引起的遗传改变能引起蛋白质中氨基酸序列的变化，该变化引起表型的改变，通过自然选择发生作用。 重组提供一个基因组结构的变化，也会引起表型的变化，也通过自然选择发挥作用。; DNA重组（recombination）是指发生在DNA分子内或DNA分子之间核苷酸序列的交换、重排和转移现象，是已有遗传物质的重新组合过程。; 遗传重组的存在确保了遗传物质代与代之间基因组的重排，从而形成一个物种内部个体之间的遗传差异。 遗传重组不仅仅发生于代与代之间，一个个体的基因组也可以发生重排。重组不只是在减数分裂和体细胞核基因???发生，也在线粒体基因间和叶绿体基因间发生。;DNA重组的意义是能迅速增加群体的遗传多样性，通过优化组合积累有利突变，推动生物进化。此外，DNA重组还参与DNA损伤修复，某些基因表达的调控等重要的生物学过程。;根据不同的机制，可将重组分成4类： 同源性重组（homologous recombination） 位点特异性重组（site-specific recombination） 异常重组（illegitimate recombination) 转座重组（transposition recombination）;许多重组反应利用不止一种机制进行，例如免疫球蛋白VDJ连接涉及到位点特异性识别和类似异常重组的过程；酵母接合型的转换既有同源性重组和位点特异性重组的特征，也具有复制转座过程的特征。 通过同源性重组将DNA序列引入真核基因组已经为研究高等生物开辟了一条新途径。;用人工操作构建DNA重组体，将其导入受体细胞扩增或表达，称为DNA克隆或分子克隆（molecular cloning）。;第一节 同源重组;真核生物减数分裂时的染色体之间的交换，某些低等真核生物及细菌的转化、转导、接合，噬菌体的整合等都属于同源性重组这一类型。 在整个基因组中，同源重组的频率并不恒定，并且跟染色体的结构有关。例如在异染色体附近遗传物质的交换要受到抑制。;1. 进行同源重组的基本条件;（2）双链DNA分子之间互补碱基进行配对 两个DNA分子的链之间互补的碱基配对确保重组只发生在同样的基因座之间。 在该部位两个双链DNA分子通过链之间互补的碱基配对被维系在一起称为联会。;（3）重组酶 参与重组反应的酶，保证重组的顺利进行。 重组过程中，每个分子的链首先断裂，然后进行修复和连接，两个DNA分子之间发生交换。重组完成后，重组分子的解离和释放等过程均是在酶催化下进行的。;（4）异源双链区的形成 同源性重组时，在两个DNA分子之间互补碱基配对的区域称为异源双链区（heteroduplex region）。 两个DNA分子通过一段异源DNA双螺旋共价相互连接。;16;2. 同源性重组的分子模型;20;一旦Holliday连接体形成后，它能进行重排从而改变链的彼此关系。这种重排称为异构化，因为在此过程中没有键的割裂。 一旦形成Holliday连接体后，就能被拆分。是否发生重组依赖于拆分时Holliday连接体的构象。;22;23;24;25;Holliday模型被称为双链侵入模型，因为由于每一个DNA分子的一条链侵入到另一个DNA分子，它解释了在重组时两个DNA分子的异源双链是如何形成的。 Holliday连接体也能通过碱基之间氢键的断裂和再连接而发生左右移动。这个过程称为支链迁移（branch migration)。;27;Holliday认为在DNA分子上存在某些位点，特殊的引发重组的酶能够识别这些位点，确保两条链在相同的部位被切断。 目前还没有足够的证据证明这些位点的存在。;（2）单链侵入模型 单链侵入模型是对Holliday模型的修改。 在该模型中，两个DNA分子中的一个单链在随机部位被切断，然后暴露的末端侵入到另一个双链DNA分子，发现它的互补序列以后将替代与它相同的链。然后DNA聚合酶将用留下的那条链作为模板，填充上侵入链所留下的缺口。被替代的链被降解，它的残留末端与另一分子中新合成的DNA链相连接形成Holliday连接体。;30;Holliday连接体形成以后，就会产生异构化然后拆分。 单链侵入模型中，异源双链首先只在两个DNA分子中的一个形成。Holliday中间体形成以后通过支链迁移能够在另一个DNA分子上产生异源双链，这样就解释了异源双链是如何形成的。;⑦;（3）双链断裂修复模型 目前证明通过两个DNA分子之中的一个双链断裂引发重组是个常见的机制。 该模型认为参与重组的两个DNA