《基因重组hollidaY》PPT课件

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1、G. L. ZHOU 1 同 义 突 变 （ same sense or synonymous mutation） ： 指 虽然 基 因 已 发 生 突 变 ， 但 仍 编 码 同 一 种 氨 基 酸 ， 这 是 因 为 密 码 子 有简 并 性 。 无 义 突 变 （ nonsense mutation） ： 是 指 由 于 突 变 而 使 其 某 一编 码 子 突 变 为 终 止 密 码 子 （ UG A,UAG ， UG G ） 。 错 义 突 变 （ mis-sense mutation） ： 又 称 歧 义 突 变 ， 是 指 由于 突 变 而 导 致 多 肽 链 上 氨 基 酸 的

2、 改 变 ， 大 多 数 的 突 变 属 于 此 类 。 延 长 突 变 （ elongation mutation） ： 这 是 一 类 刚 好 与 无 义 突变 相 反 的 突 变 ， 是 由 于 终 止 密 码 子 突 变 为 编 码 子 ， 使 肽 链 延 长 。 与 突 变 有 关 的 几 个 概 念 G. L. ZHOU 2 回 复 突 变 （ back or reverse mutation） ： 是 指 由 突 变型 四 复 为 野 生 型 的 突 变 。 抑 制 基 因 突 变 （ suppressor mutation） ： 是 指 一 个 基因 的 突 变 表 型 可 因

3、 另 一 基 因 的 突 变 而 发 生 改 变 ， 后 一 个 基 因就 称 为 抑 制 基 因 。 突 变 率 （ mutation rate） ： 指 在 一 个 世 代 中 或 其 他 规定 的 单 位 时 间 内 ， 在 特 定 的 条 件 下 ， 一 个 细 胞 发 生 某 一 突 变的 概 率 。 对 于 有 性 生 殖 的 生 物 ， 突 变 率 用 一 定 数 目 配 子 中 的突 变 配 子 的 比 例 来 表 示 ； 细 菌 的 突 变 率 则 用 一 定 数 目 的 细 胞在 分 裂 一 次 过 程 中 发 生 突 变 的 次 数 表 示 。 能 常 多 细 胞 生 物

4、 的突 变 率 高 于 单 细 胞 原 核 生 物 。 与 突 变 有 关 的 几 个 概 念 G. L. ZHOU 3 碱 基 类 似 物 指 与 DNA分 子 中 碱 基 结 构 十 分 相 似 的 化 学 物 质 。 当DNA复 制 时 ， 这 些 类 似 物 可 以 掺 入 到 DNA分 子 中 而 引 起 误 配 ， 例 如 溴 尿 嘧 啶 （ 5-BU） 以 酮 式 存 在 时 可 与 配 对 ， 以 烯 醇 式 存 在 时可 与 配 对 ， 从 而 导 致 转 换 的 发 生 。 同 时 ， 有 5-Bu引 起 的 突 变 也 可以 由 再 诱 发 回 复 突 变 。 2-氨 基

5、 嘌 呤 也 有 类 似 的 情 况 。 （ 1） 碱 基 类 似 物 G. L. ZHOU 4 （ 1） 碱 基 类 似 物 G. L. ZHOU 5 5-BU的 诱 变 机 制 ： A A G T T CA A G GT BU BU BU G G A C C TG G A AC BU BU BUBU掺 入 第 一 次 复 制 第 二 次 复 制（ 1） 碱 基 类 似 物 G. L. ZHOU 6A、 复 制 时 空 位 的 相 对 位 置 上 出 现 而 引 起 转 换 O AG O T TC C G C II： 烷 化 剂 ： 这 是 一 类 带 有 一 个 （ 单 功 能 烷 化 剂

6、 ） 或 几 个（ 多 功 能 烷 化 剂 ） 不 稳 定 的 烷 基 ， 可 与 核 酸 中 的 碱 基 起 化 学 反应 的 物 质 。 大 多 数 烷 化 剂 可 在 鸟 嘌 呤 的 第 七 位 上 产 生 烷 化 作 用 ，形 成 烷 基 鸟 嘌 呤 。 烷 基 鸟 嘌 呤 很 不 稳 定 ， 可 以 脱 去 烷基 而 恢 复 原 状 ， 也 可 以 使 核 糖 鸟 嘌 呤 间 的 共 价 键 断 裂 而 脱 去鸟 嘌 呤 。 脱 去 鸟 嘌 呤 的 位 置 上 便 形 成 一 个 空 位 ， 这 一 空 位 有 以下 几 个 可 能 的 效 应 ： （ 2） 碱 基 修 饰 剂 （

7、改 变 DNA结 构 的 诱 变 剂 ） G. L. ZHOU 7 B、 复 制 时 ， 在 空 位 的 相 对 位 置 上 出 现 或 ， 引起 颠 换 ：C、 导 致 断 裂 ， 引 起 染 色 体 畸 变 成 移 码 突 变 。 也 可 能 并 不 脱 去 烷 基 鸟 嘌 呤 ， 但 由 于 烷 基 嘌呤 的 存 在 使 碱 基 错 配 而 导 致 点 突 变 。G O O T A A C C O C G G（ 2） 碱 基 修 饰 剂 （ 改 变 DNA结 构 的 诱 变 剂 ） G. L. ZHOU 8 （ 2） 碱 基 修 饰 剂 （ 改 变 DNA结 构 的 诱 变 剂 ） G.

8、 L. ZHOU 9 （ 2） 碱 基 修 饰 剂 （ 改 变 DNA结 构 的 诱 变 剂 ） G. L. ZHOU 10 吖 啶 类 化 合 物 （ 如 原 黄 素 等 ） ： 这 一 类 诱变 剂 的 特 点 是 诱 发 移 码 突 变 ， 使 分 子 增 加 或 缺 失 几 对 核 苷 酸 。 （ 3） DNA插 入 剂 （ 结 合 到 DNA上 的 化 合 物 ） G. L. ZHOU 11 光 复 活 作 用 （ photo reactivation） ： 经 UV照 射 后 的 细 菌 等 细 胞 如 果 暴 露 在 可 见 光 下 时 ， 存 活数 显 然 大 于 在 黑 暗

9、中 培 养 的 同 一 处 理 物 。 这 是 因 为细 胞 中 含 有 一 种 可 见 光 激 活 的 酶 ， 称 光 复 合 酶 。 这种 酶 可 与 经 UV照 射 过 的 的 黑 暗 中 结 合 ， 如 果经 可 见 光 激 活 便 可 将 二 聚 体 分 开 来 ， 同 时 酶 脱 离 。 光 复 活 过 程 已 在 细 菌 、 酵 母 、 原 生 动 物 、 哺 乳 动物 乃 至 人 类 细 胞 中 发 现 。二 、 损 伤 的 修 复 G. L. ZHOU 12 二 、 损 伤 的 修 复光 复 活 作 用 修 复 G. L. ZHOU 13 暗 复 活 （ dark react

10、ivation） ： 又 称 切 补 修复 （ excision repair） ， 所 谓 的 暗 复 活 是 指 修 复 的 损 伤 并 不 需 要 光 的 激 活 作 用 ， 而 不 是 指 修 复 过程 必 须 在 暗 中 进 行 。 这 一 过 程 大 约 有 四 个 酶 参 与 ，即 首 先 由 核 酸 内 切 酶 的 作 用 下 在 损 伤 部 位 造成 单 链 断 裂 ， 然 后 在 核 酸 外 切 酶 的 作 用 下 切 除 二 聚体 及 周 围 的 少 数 几 个 核 苷 酸 ， 而 后 在 DNA pol I或 的 作 用 下 修 补 缺 口 ， 最 后 由 连 接 酶

11、连 接 成 一 个 完 整的 双 链 。二 、 损 伤 的 修 复 G. L. ZHOU 14 暗 复 活 修 复二 、 损 伤 的 修 复 G. L. ZHOU 15 重 组 修 复 （ recombination repair） ： 重 组 修复 是 在 DNA复 制 的 情 况 下 进 行 的 ， 所 以 又 称 复 制 后 修 复 。 过程 大 致 是 ： （ ） 复 制 ： 带 有 二 聚 体 的 单 链 仍 可 做 为 模 板 进 行DNA复 制 ， 但 是 子 代 DNA链 中 在 与 二 聚 体 对 应 的 部 位 出 现空 隙 。 （ ） 重 组 ： 有 缺 口 的 子 代

12、DNA链 与 另 一 完 整 的 母 链 进 行重 组 ， 空 隙 由 母 链 来 的 片 段 弥 补 而 将 空 隙 转 移 给 母 链 。 （ ） 再 合 成 ： 重 组 后 ， 空 缺 已 不 再 对 着 二 聚 体 部 位 ， 而是 面 对 着 另 一 正 常 的 单 链 ， 此 时 在 多 聚 酶 和 连 接 酶 作用 下 便 可 完 成 修 复 过 程 。二 、 损 伤 的 修 复 G. L. ZHOU 16这 种 重 组 修 复 并没 有 从 亲 代 中 除 去 二 聚 体 ，在 以 后 的 复 制 中还 必 须 经 过 重 组修 复 的 过 程 。 但是 随 着 复 制 的 继

13、续 ， 损 伤 的 链 将 在 群 体 中逐 步 “ 稀 释 ” 。 二 、 损 伤 的 修 复重 组 修 复 G. L. ZHOU 17DNA损 伤 修 复 的 缺 陷 ： DNA损 伤 修 复 的 缺 陷 将带 来 严 重 的 后 果 。 可 导 致 细 胞 的 突 变 ， 甚 至 死 亡 。人 的 DNA损 伤 修 复 的 缺 陷 也 将 带 来 多 种 疾 病 。如 着 色 性 干 皮 病 （ xeroderma pigmentosum,XP）是 一 种 常 染 色 体 隐 性 遗 传 病 （ AR） 。 该 病 的 病 人是 因 为 与 DNA损 伤 修 复 相 关 的 基 因 突

14、变 引 起 的 ，90%的 病 人 在 20岁 之 前 就 已 经 发 生 了 皮 肤 癌 。 电 离 辐 射 引 起 的 DNA损 伤 和 它 的 修 复 ： 请 同 学 们 学 ！二 、 损 伤 的 修 复 G. L. ZHOU 18 DNA重 组 大 致 可 分 为 三 大 类 型 ：一 是 同 源 重 组 (homologous recombination)： 这 是指 依 赖 于 大 范 围 同 源 顺 序 之 间 的 联 会 ， 联 会和 重 组 部 分 不 受 限 制 ；二 是 非 同 源 重 组 ： 指 依 赖 于 小 范 围 同 源 顺 序的 联 会 ， 联 会 仅 限 于

15、某 些 特 定 的 核 苷 酸 序 列 ， 而 重组 也 仅 发 生 在 这 里 ， 故 又 称 位 点 专 一 重 组 (site-specific recombination)；三 是 异 常 重 组 (illegitimate recombination)： 指没 有 同 源 顺 序 的 联 会 而 发 生 的 重 组 。 第 四 节 重 组 G. L. ZHOU 19 AAaaIf normal rules of meiosis apply:-1. Should be 4 red : 4 yellow in ascus2. Pairs of spores should have sam

16、e color (as formed by mitosis)BUT we find rare exceptions(often associated with a cross-over in this region)Whats going on ? mitosis G. L. ZHOU 20 异 常 分 离 与 基 因 转 变 （ abnormal segregations and gene conversion )1940年 ， Mitchell注 意 到 上 述 现 象 ， 设 计 了 实 验 进 行 分 析 ：吡 哆 醇 依 赖 型 突 变 ： pdxp pdx 585个 子 囊 G.

17、L. ZHOU 21基 因 转 变 好 象 是 一 个 基因 转 变 成 为 另一 个 基 因 ， 其邻 近 的 基 因 仍然 是 2： 2分 离 G. L. ZHOU 22 介 绍 四 分 子 分 析 时 ， 可 以 看 到 一 个 子 囊 中 的 八 个 子 囊 孢子 成 直 线 排 列 ， 比 例 为 ： ， 而 且 是 两 两 成 对 的 。 但 是以 后 的 研 究 中 发 现 一 些 不 规 则 的 分 离 现 象 ， 即 5： 3； ： （ 或 ： ） ， 不 规 则 ： （ 不 是 两 两 成 对 ） 等 。 例如 在 粪 生 粪 壳 菌 中 ， 野 生 型 黑 色 子 囊 孢

18、 子 与 突 变 型 灰 色 子囊 孢 子 的 杂 交 （ g+ g-） ， 曾 发 现 ： 5： 3 占 0.06 6： 2 占 0.05 不 规 则 ： 占 0.008 （ 一 ） 、 基 因 转 变 （ gene conversion） G. L. ZHOU 235： 3 6： 2 不 规 则 4： 4 （ 一 ） 、 基 因 转 变 （ gene conversion） G. L. ZHOU 24 1930年 温 克 勒 把 不 规 则 分 离 的 现 象 解释 为 减 数 分 裂 过 程 中 同 源 染 色 体 联 会 时 一 个 基因 使 相 对 位 置 上 的 基 因 发 生 相

19、 应 的 改 变 所 致 ，因 而 他 提 出 了 基 因 转 变 （ 有 时 亦 称 为 基 因 转 换 ）的 概 念 。 基 因 转 换 ： 指 由 一 个 基 因 转 变 为 其 相 应 的等 位 基 因 的 现 象 。（ 一 ） 、 基 因 转 变 （ gene conversion） G. L. ZHOU 25 以 后 又 发 现 一 个 基 因 发 生 转 变 时 它 两 旁 的 基 因 （ 侧翼 标 记 ） 常 同 时 发 生 重 组 ， 所 以 认 为 基 因 转 变 是 某种 形 式 的 染 色 体 重 组 的 结 果 。 例 如 A g+ a g-的 杂 交（ 是 一 对

20、关 于 接 合 型 的 基 因 ） 。 g+和 g-可 以 发 生转 变 ， 而 且 凡 是 g+或 g-发 生 转 变 。 都 伴 随 着 和 之间 的 重 组 。 由 于 基 因 转 变 常 伴 随 着 重 组 的 发 生 ， 所 以 基 因 转变 机 制 的 研 究 ， 实 质 上 也 是 染 色 体 交 换 机 制 的 研 究 。（ 一 ） 、 基 因 转 变 （ gene conversion） G. L. ZHOU 26 A g+ a g-基 因 转 变 伴 随 基 因 重 组A g+ A g+ a g+ a g+ A g+ A g- a g- a g- A g+ A g+ a g

21、+ a g- A g+ A g- a g- a g- 非 重 组 孢 子 对非 重 组 孢 子 对重 组 孢 子 对 ，基 因 转 变 非 重 组 孢 子 对重 组 孢 子 对 ，基 因 转 变重 组 孢 子 对 ，基 因 转 变非 重 组 孢 子 对（ 一 ） 、 基 因 转 变 （ gene conversion） G. L. ZHOU 27 这 是 R.H olliday 1964年 提 出 的 一 个 关 于 基 因重 组 的 模 型 。(a)联 会 ； (b)两 个 染 色 单 体 双 链 分 子 中 各 一 条单 链 为 核 酸 内 切 酶 切 断 ； （ c） 单 链 游 离 端

22、 移 动 ； (d)游 离 端 交 换 位 置 ； （ e） 单 链 连 接 成 为 半 交 叉 ； (f)半交 叉 位 置 移 动 成 十 字 型 结 构 ； （ g） 两 臂 旋 转 ； (h) 上 下 两 个 单 链 由 限 制 性 内 切 酶 切 断 ； (i) DNA连 接 ，中 间 包 含 杂 合 双 链 的 两 条 染 色 单 体 ， 两 旁 基 因 （ 和 ， 和 之 间 ） 发 生 了 重 组 。 引 入 ： Holliday模 型 G. L. ZHOU 282.两 个 DNA分 子 单 链 的同 一 部 位 发 生 断 裂 。 1. H omologous DNA pair

23、s2. Nicks made near Chi (G CTG G TG G ) sites by a nuclease.(二 )同 源 重 组 的 Holliday模 型 G. L. ZHOU 293.两 个 断 裂 的 单 链的 游 离 末 端 彼 此 交换3. ssDNA carrying the 5 ends of the nicks is coated by RecA to form RecA-ssDNA dilaments. (二 )同 源 重 组 的 Holliday模 型 G. L. ZHOU 304.末 端 彼 此 连 接 形成 H olliday连 接 体4. RecA-ss

24、DNA filaments search the opposite DNA duplex for corresponding sequence (invasion).重 组 接 点 Recombination joint (二 )同 源 重 组 的 Holliday模 型 G. L. ZHOU 315. Branch migration(分 支 迁 移 )异 源 双 链 heteroduplex 4. form a four branched H olliday structure 接 合 分 子 joint molecule(二 )同 源 重 组 的 Holliday模 型 G. L. ZH

25、OU 32 (二 )同 源 重 组 的 Holliday模 型 G. L. ZHOU 33 (二 )同 源 重 组 的 Holliday模 型 G. L. ZHOU 346.H olliday连接 体 异 构 化 、拆 分 (二 )同 源 重 组 的 Holliday模 型 G. L. ZHOU 35 6. Resolving H olliday junction G. L. ZHOU 36 Holliday模 型 G. L. ZHOU 37 Holliday模 型 G. L. ZHOU 38 Holliday模 型 G. L. ZHOU 39 1 染 色 单 体 转 变 （ chromati

26、d conversion)： 减 数 分裂 的 4个 产 物 中 ， 有 一 个 产 物 发 生 了 基 因 转 变 所 以 称染 色 单 体 转 变 ， 出 现 6： 2(或 2： 6)的 子 囊 。 2 半 染 色 单 体 转 变 (halfchromatid conversion)：5:3(或 3： 5)或 3:1:1:3的 子 囊 则 表 明 在 减 数 分 裂 的 4个产 物 中 ， 有 一 个 产 物 的 一 半 或 两 个 产 物 的 各 一 半 出 现基 因 转 变 ， 称 半 染 色 单 体 转 变 。 因 为 5:3或 3:1:1:3的 分离 中 ， 基 因 转 变 只 影

27、 响 半 个 染 色 单 体 ， 分 离 一 定 发 生在 减 数 分 裂 后 的 有 丝 分 裂 中 ， 所 以 又 称 减 数 后 分 离 。（ 二 ） 、 基 因 转 变 的 类 型 G. L. ZHOU 40 （ 二 ） 、 基 因 转 变 的 类 型 G. L. ZHOU 41 4n 4:4 parentalratioNo recombina-tionHeteroduplex Postmeiotic segregation3:5 parentalratio Gene conversionHeteroduplexconverted to “red” 2:6 parentalratio

28、1n MitosisMeiosis（ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 42 （ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 43 H olliday模 型 中 的 杂 合 双 链 部 分 必 须 得 到校 正 ：（ 1） 如 果 在 减 数 分 裂 后 的 有 丝 分 裂 DNA合 成 前 得到 校 正 ， 那 么 将 产 生 正 常 的 ： 分 离 或 ： 分离 ；（ 2） 如 果 没 有 及 时 得 到 校 正 而 留 到 下 一 轮 DNA复制 而 产 生 两 个 非 杂 合 的 双 链 ， 那 么 将 产 生 ： 或不 正

29、 常 的 ： 分 离 ， 我 们 将 这 种 没 有 及 时 校 正 而下 一 轮 复 制 时 才 被 校 正 的 现 象 称 为 减 数 后 分离 。（ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 44 +/+/+-/- -/- GCGTACAT +/+/+/+-/-+/+/-+/- -/-+/+/+/- -/- 有 丝分 裂 +-+-+-+-+- 正 常4： 46： 2不 正 常 4： 4 3： 1： 1： 35： 3 （ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 45Heteroduplex Mismatch repair mecha

30、nisms may fix the unmatched base pairMismatch repair may correct to the wild type or mutant strand gene conversion（ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 46异 源 双 链 是 不 稳定 的 ， 会 被 体 内的 核 酸 内 切 酶 切开 ， 进 行 修 复 。 （ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 47正 常 分 离 4： 4校 正 ， 切 A、C （ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L.

31、 ZHOU 48校 正 ， 切 A、T染 色 单 体 转 变 （ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 49校 正 ， 切 A或 T半 染 色 单 体 转 变 （ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制T g5:3 或 3:5 G. L. ZHOU 504： 4或 3： 1： 1： 3未 校 正 半染色单体转变 （ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 51 （ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 52 （ 1） 两 个 杂 种 分 子 均 未 校 正 复 制 后 出 现 异 常 的 4：

32、4(或 3： 1： 1： 3)的 分 离 。 （ 1） 由 于 不 配 对 的 碱 基 没 有 得 到 修 复 校 正 ， 杂 种 DNA留 到 下一 次 复 制 。 在 下 一 次 复 制 即 减 数 分 裂 以 后 的 复 制 中 ， 异 源 双链 DNA复 制 形 成 两 个 不 同 的 等 位 基 因 通 过 有 丝 分 裂 发 生 分离 。 减 数 分 裂 的 4个 产 物 中 的 两 个 染 色 单 体 的 各 1 2出 现 基 因转 变 ， 即 仅 仅 影 响 DNA双 链 中 的 一 条 镀 ， 实 际 只 影 响 两 个 单体 中 的 半 个 染 色 单 体 ， 即 DNA双

33、 链 中 的 各 一 条 链 。 显 然 转 变的 链 与 未 转 变 的 链 的 分 离 一 定 是 在 减 数 分 裂 后 的 有 丝 分 裂 中发 生 。 因 而 这 类 基 因 转 变 属 于 半 染 色 单 体 转 变 或 减 数 后 分离 ， 子 囊 袍 子 的 异 常 分 离 比 为 3： 1： 1： 3。 （ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 53 （ 2） 5： 3(或 3： 5)的 分 离 。 （ 2） 一 个 杂 种 分 子 校 正 为 +， 或 校 正 为 g时 ， 则 发 生 另一 种 类 型 的 半 染 色 单 体 转 变 ， 前

34、 者 修 复 后 出 现 5： 3的分 离 ， 后 者 子 囊 孢 子 的 异 常 分 离 比 为 3： 5， 由 图 8-8B可 见 ， 减 效 分 裂 4个 产 物 中 的 一 个 产 物 (第 3条 染 色单 体 成 第 2条 染 色 教 体 )的 tA出 现 转 变 。 由 于 只 影 响 半个 染 色 单 体 ， 所 以 转 变 的 链 与 末 转 变 的 链 将 在 减 数 分裂 后 的 有 丝 分 裂 中 发 生 分 离 。 综 合 上 述 两 种 修 复 情 况 可 见 ， 半 染 色 单 体 转 变 是 当两 个 杂 种 分 于 都 未 进 行 修 复 校 正 或 一 个 。

35、（ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 54 (3) 6： 2的 分 离 ; (4)正 常 4:4的 分 离 （ 3） 两 个 杂 种 分 子 都 被 校 正 到 +(或 g)时 ,修 复后 出 现 6： 2(或 2： 6)的 异 常 分 离 。 这 便 是 出 现 染色 单 体 转 变 的 起 因 。 （ 4） 当 两 个 杂 种 分 子 都 按 原 来 两 个 亲 本 的 遗传 结 构 进 行 修 复 时 ， 则 减 数 分 裂 4个 产 物 恢 复 成GC、 GC 、 AT、 AT的 正 常 配 对 状 态 ，子 囊 抱 子 分 离 正 常 ， 呈 现

36、4： 4的 结 果 。（ 三 ） 、 基 因 转 变 的 分 子 机 制 G. L. ZHOU 55 细 菌 的 转 化 或 接 合 过 程 ， 供 体 都是 以 单 链 后 双 链 状 态 进 入 细 胞 ， 但 单 链 参 与重 组 的 ， 所 以 它 的 重 组 显 然 不 同 于 真 核 生 物的 同 源 重 组 。 细 菌 的 转 导 不 同 于 转 化 或 接 合 过 程 ， 它是 双 链 DNA进 入 受 体 细 胞 ， 并 且 是 双 链 参 与重 组 的 。二 、 细 菌 的 同 源 重 组 （ 自 学 ） G. L. ZHOU 56 二 、 细 菌 的 同 源 重 组 （

37、自 学 ） G. L. ZHOU 57 二 、 细 菌 的 同 源 重 组 （ 自 学 ） G. L. ZHOU 58 噬 菌 体 的 非 同 源 重 组 以 噬 菌 体 研 究 得 最 多 ， 也 了 解 得 最深 入 。 噬 菌 体 与 宿 主 的 重 组 （ 整 合 ） 有 赖 于 DNA上 的 一 小 段 称 为 attP的 核 苷 酸 顺 序 和 宿 主 DNA称 为 attB的核 苷 酸 顺 序 ， 以 及 编 码 的 整 合 酶 （ int基 因 产 物 ） 和 某些 与 宿 主 重 组 有 关 的 ， 由 宿 主 编 码 的 酶 。 attB和 attP的 长 度 都 比 较

38、短 ， attB约 25bp， 由 核 心 顺 序O及 旁 侧 顺 序 B及 B组 成 。 attP稍 长 些 ， 约 200bp， 由 核 心顺 序 O及 旁 侧 P及 P组 成 。 核 心 顺 序 长 15bp， 这 一 顺 序 是 重 组 的 位 点 （ 前 头 所 指 处 ） 。 核 心 顺 序 ： G CTTTTTTATACTAA三 、 噬 菌 体 的 非 同 源 重 组 （ 位 点 转 一 重 组 ） G. L. ZHOU 59 三 、 噬 菌 体 的 非 同 源 重 组 （ 位 点 转 一 重 组 ） G. L. ZHOU 60 三 、 噬 菌 体 的 非 同 源 重 组 （ 位

39、 点 转 一 重 组 ） G. L. ZHOU 61 异 常 重 组 主 要 发 生 在 转 座 因 子 及 反 转 录 病 毒 的 重 组 。 转 座 因 子 的 转 座 有 两 中 途 径 复 制 转 座 和 非复 制 转 座 。 复 制 转 座 （ replicative transposition） 是 指 转座 时 复 制 一 份 拷 贝 而 后 插 入 新 的 位 置 。 有 转 座 酶（ transposase） 和 解 离 酶 （ resolvase） 参 与 。 原 核生 物 的 转 座 因 子 一 般 以 这 种 方 式 进 行 转 座 。四 、 异 常 重 组 G. L.

40、 ZHOU 62 非 复 制 转 座 （ non- replicative transposition） 是 指 转座 因 子 从 原 来 位 置 上 转 座 到 新 的 位 置 。 是 切 离 与 转 座 同 时进 行 的 ， 该 种 转 座 只 需 转 座 酶 的 参 与 ， 真 核 生 物 的 转 座 因子 一 般 以 这 种 方 式 进 行 转 座 。 非 复 制 转 座 还 有 一 种 特 殊 的 类 型 ， 称 为 保 留 转 座（ conservation transposition） ， 这 种 转 座 也 是 切 离 与转 座 同 时 进 行 ， 但 它 类 似 与 噬 菌

41、体 的 整 合 过 程 ， 出 现 这 种转 座 方 式 的 转 座 因 子 一 般 都 比 较 大 ， 而 且 转 座 往 往 连 同 宿主 的 一 部 分 DNA一 起 转 座 。四 、 异 常 重 组 G. L. ZHOU 63 第 六 节 转 座 遗 传 因 子转 座 因 子 （ transposable elements） ： 能 从同 一 染 色 体 的 位 置 上 转 到 另 一 位 置 ， 也 能 转 到 不 同的 染 色 体 上 的 DNA序 列 。 转 位 时 会 使 那 个 位 置 附 近的 基 因 活 性 和 结 构 发 生 变 化 。病 毒 、 细 菌 、 和 真 核

42、 细 胞 的 质 粒 或 基 因 组 中 含 有 转 座 子 。多 数 转 座 子 在 插 入 新 位 点 的 过 程 中 依 赖 其 特 异 的 插 入 序 列去 完 成 。 转 座 子 插 入 后 可 影 响 所 在 位 置 的 基 因 的 表 达 G. L. ZHOU 64 一 、 原 核 生 物 的 转 座 因 子二 、 真 核 生 物 的 转 位 因 子三 、 转 座 机 理四 、 转 座 的 遗 传 学 效 应第 六 节 转 座 遗 传 因 子 G. L. ZHOU 65 转 座 子 （ Transposon， Tn） ： 指 能 将 自 身 插入 基 因 组 中 一 个 在 序

43、列 上 无 关 的 新 位 点 的DNA序 列 。病 毒 、 细 菌 、 和 真 核 细 胞 的 质 粒 或 基 因 组 中含 有 转 座 子 。 多 数 转 座 子 在 插 入 新 位 点 的 过程 中 依 赖 其 特 异 的 插 入 序 列 去 完 成 。 转 座 子插 入 后 可 影 响 所 在 位 置 的 基 因 的 表 达 。第 六 节 转 座 遗 传 因 子 G. L. ZHOU 66 一 、 原 核 生 物 的 转 座 因 子 IS因 子 是 自 主 的 单 元 ， 每 种 IS因 子 在 序 列 上 是 不 同 的 ， 但 是都 有 共 同 的 组 构 形 式 。 每 种 IS

44、因 子 都 具 有 短 的 反 向 末 端 重 复序 列 ； 当 IS因 子 转 座 时 ， 插 入 部 位 外 的 一 段 宿 主 DNA序 列 倍增 ， 通 过 比 较 插 入 前 后 靶 部 位 序 列 ， 发 现 了 其 倍 增 的 本 质 ，在 插 入 的 位 点 上 ， ISDNA的 两 侧 总 有 一 很 微 不 足 道 的 同 向 重复 序 列 (在 这 里 同 向 只 表 示 同 一 序 列 的 2个 拷 贝 以 相 同 的 方 向重 复 ， 并 不 是 具 有 2个 邻 接 的 重 复 )。 但 在 未 被 插 入 的 基 因 中(启 先 插 入 )靶 部 位 只 有 重

45、复 序 列 的 单 一 拷 贝 。 一 些 特 定 IS因 子的 同 向 重 复 序 列 长 度 是 不 变 的 (转 座 机 子 里 的 一 种 反 映 )。 同 向复 复 序 列 的 一 般 长 度 为 9bp。 G. L. ZHOU 67 G. L. ZHOU 68 五 十 年 代 在 日 本 的 医 院 中 发 现 了 细 菌 性 痢 疾的 病 原 菌 对 许 多 抗 生 素 具 有 抗 性 ， 还 能 转 移到 其 他 敏 感 痢 疾 菌 中 。 对 医 学 是 可 怕 的 ， 对 遗传 学 研 究 是 有 意 义 的 ， 是 由 抗 性 质 粒 引 起 的 。 转 座 子 是 一

46、类 具 有 抗 性 的 可 移 动 的 遗 传 因 子 ，它 的 抗 性 基 因 两 侧 具 有 IS因 子 便 于 识 别 和 转 移 。 转座 子 应 包 括 转 座 子 基 因 和 两 侧 的 IS因 子 。2.转 座 子 （ Transposon) G. L. ZHOU 69 复 合 转 座 子 转 座 子 除 了 与 转 座 有 关 的 功 能 外 ， 还 携带 药 物 抗 性 (或 其 他 )标 记 。 这 些 转 座 子 以 Tn和 数 码来 命 名 。 其 中 一 类 是 由 携 带 药 物 标 记 的 中 央 区 域 和两 侧 的 臂 (arms)组 成 的 复 合 因 子

47、(composite elements)。 两 个 臂 进 由 相 同 或 (更 经 常 的 )相 反 方 向的 相 同 的 或 高 度 同 源 的 IS序 列 组 成 。 一 旦 形 成 复 合转 座 子 ， IS序 列 就 不 能 再 单 独 移 动 ， 因 为 它 们 的 功能 被 修 饰 了 ， 只 能 作 为 复 合 体 移 动 。 大 部 分 情 况 下 ，这 些 转 座 子 的 转 座 能 力 是 由 IS序 列 决 定 和 调 节 的 。2.转 座 子 （ Transposon) G. L. ZHOU 70 2.转 座 子 （ Transposon) G. L. ZHOU 71

48、 五 十 年 代 ， Mc Clintock在 研 究 玉 米 时 发 现 了 转 位 因 子。 二 、 真 核 生 物 的 转 位 因 子转 座 子 是 美 国 女 遗 传 学 家 McClintock研 究 了 玉 米的 Ac-Ds系 统 后 提 出 的 概 念 。现 象 ： 玉 米 籽 粒 有 色 （ 红 、 紫 ） ， 但 有 一 些 籽 粒出 现 花 斑 及 条 纹 ， 花 斑 有 大 有 小 。 早 期 有 颜 色 者 ，花 斑 大 ， 后 期 有 色 者 ， 花 斑 很 小 。 G. L. ZHOU 72 1 Ds因 子 ： 解 离 因 子 ， 能 在 玉 米 基 因 组 内 移

49、 动 ， 它 的 存 在会 使 染 色 体 上 该 位 置 发 生 断 裂 的 机 会 增 加 ， 并 由 此 改 变 邻近 基 因 的 表 达 。 当 Ds因 子 插 入 到 玉 米 颗 粒 色 素 基 因 C的 近 旁或 中 间 时 ， 就 不 能 形 成 色 素 ， 当 Ds转 位 离 开 后 ， C基 因 所 受的 抑 制 作 用 会 解 除 ， 玉 米 又 出 现 色 素 。 c sh bz wx Ds+DsRecessive phenotypes appearCShBzWx二 、 真 核 生 物 的 转 位 因 子 G. L. ZHOU 73 2 Ds因 子 不 稳 定 ， 它 受

50、 另 一 调 控 因 子 Ac的 影 响 Ac的 存 在 能 解 除 Ds对 色 素 基 因 C的 抑 制 作 用 ,使 C基 因 表达 ， 颗 粒 出 现 色 素 斑 点 ; Ac激 活 因 子 丢 失 ， Ds趋 于 稳 定 ， 抑 制 了 C基 因 的 表 达 ，玉 米 颗 粒 呈 无 色 。二 、 真 核 生 物 的 转 位 因 子 G. L. ZHOU 74玉 米 调 控 因 子 的 作 用 模 式 ：(a) Ac激 活 因 子 的 位 置 不 稳 定 ， 在 无 Ds转 位 因 子 时 ， C基 因 不 受 抑 制 ， 颗 粒 呈 深 色。 (b) 当 Ds因 子 插 入 C基 因

51、 时 ， C的 色 素 表 型 受 到 抑 制 。 (c) 每 当 Ds转 位 后 ， C基 因又 可 表 达 颗 粒 出 现 斑 点 。 (d) 无 Ac激 活 因 子 时 ， Ds能 稳 定 插 入 到 C基 因 中 ， 使 颗 粒为 无 色 。 由 于 Ds和 Ac两 因 子 频 繁 转 位 ， 使 玉 米 颗 粒 上 出 现 散 在 斑 点 。 C Sh AcDs AcAc(a)(b) (c) (d)二 、 真 核 生 物 的 转 位 因 子 G. L. ZHOU 75 以 细 菌 的 转 座 子 为 例 (1) 切 开 : 转 座 酶 有 两 种 功 能 :A.识 别 受 体 靶 点

52、 。 从5端 切 开 ， 产 生 两 个 粘 性 末 端 。 B.识 别 自 身 两 边 的 IR。3切 开 。 (2) 接 合 : 成 为 共 合 体 共 价 链 齐 头 相 连 ， 形 成 两 个缺 口 。 (3) 复 制 : DNA多 聚 酶 补 上 缺 口 ， 连 接 酶 连 接 ， 形 成顺 向 重 复 序 列 。 (4) 重 组 :在 特 定 位 点 重 组 。 共 合 体 分 离 成 两 部 分 。 转 座 子 是 以 它 的 一 个 复 制 品 转 移 到 另 一 位 置 ， 而在 原 来 位 置 上 仍 然 保 留 原 有 的 转 座 子 。三 、 转 座 机 理 G. L.

53、 ZHOU 76 四 、 转 座 的 一 些 特 性q转 座 发 生 时 ， 在 受 体 分 子 中 有 一 段 很 短 的 靶 序 列 的 DNA会 被 复制 ， 使 插 入 序 列 位 于 两 个 重 复 的 靶 序 列 之 间 。q不 同 的 转 座 子 的 靶 序 列 长 度 不 同 ， 但 对 于 一 个 特 定 的 转 座 子 来说 ， 它 们 的 靶 序 列 长 度 是 一 样 的 。q靶 序 列 的 复 制 可 能 起 源 于 特 定 内 切 酶 所 造 成 的 黏 性 DNA末 端 。q转 座 分 为 ： 复 制 性 转 座 和 非 复 制 性 转 座 两 大 类 。q转 座

54、 酶 和 解 离 酶 分 别 作 用 于 原 始 转 座 子 和 复 制 转 座 子 。 G. L. ZHOU 77 四 、 转 座 的 一 些 特 性 G. L. ZHOU 78Replicative transposition creates a copy of the transposon, which inserts at a recipient site. The donor site remains unchanged, so both donor and recipient have a copy of the transposon. 四 、 转 座 的 一 些 特 性 G. L

55、. ZHOU 79Nonreplicative transposition allows a transposon to move as a physical entity from a donor to a recipient site. This leaves a break at the donor site, which is lethal unless it can be repaired. 四 、 转 座 的 一 些 特 性 G. L. ZHOU 80 四 、 转 座 的 一 些 特 性 G. L. ZHOU 81 五 、 转 座 的 遗 传 学 效 应1、 转 座 引 起 插 入 突 变2、 转 座 产 生 新 的 基 因（ 如 右 图 ）3、 转 座 产 生 染 色 体 的畸 变 -缺 失 和 倒 位（ 如 下 图 ）4、 转 座 引 起 生 物 的 进化 G. L. ZHOU 82 五 、 转 座 的 遗 传 学 效 应 G. L. ZHOU 83 五 、 转 座 的 遗 传 学 效 应 G. L. ZHOU 84