第九章遗传重组的机制课件.ppt
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1、第九章遗传重组的机制第1页,此课件共48页哦一、遗传重组的概念和类型一、遗传重组的概念和类型 1、遗传重组的概念、遗传重组的概念 细胞之间或细胞之间或DNA分子之间核苷酸片段的交换或者转分子之间核苷酸片段的交换或者转移。移。广义指广义指:任何造成基因型变化的基因交流过程,:任何造成基因型变化的基因交流过程,包括减数分包括减数分 裂中染色体的随机组合、连锁互换、雌雄裂中染色体的随机组合、连锁互换、雌雄配子结合形成的新的基因型、配子结合形成的新的基因型、细菌杂交、转导、转化、细菌杂交、转导、转化、转座、整合等转座、整合等 狭义指狭义指:仅涉及到:仅涉及到DNA分子断裂愈合的基因交流过分子断裂愈合的
2、基因交流过程,包括连锁互换、细菌杂交、转导、转化、转座、整合等程,包括连锁互换、细菌杂交、转导、转化、转座、整合等 第2页,此课件共48页哦2、遗传重组的类型、遗传重组的类型 1)同源重组)同源重组 同源染色体间或同源序列之间某区段的交换。包同源染色体间或同源序列之间某区段的交换。包括真核生生物同源区段的交换,细菌同源区段的括真核生生物同源区段的交换,细菌同源区段的交换交换 2)位点专一性重组)位点专一性重组 供体供体DNA仅整合在受体仅整合在受体DNA的某一位点的重组。的某一位点的重组。如如 噬菌体仅能重组在噬菌体仅能重组在E.coli的生物素操纵子与半乳糖的生物素操纵子与半乳糖操纵子之间操
3、纵子之间 3)转座重组)转座重组 一些一些DNA片段或噬菌体片段或噬菌体DNA能在大肠杆菌的质粒能在大肠杆菌的质粒间、间、DNA间来回转移的重组间来回转移的重组第3页,此课件共48页哦4)异常重组)异常重组 指一些非法交换、不对等交换现象指一些非法交换、不对等交换现象.如末端连接和链如末端连接和链的滑动的滑动二、同源重组二、同源重组 1、同源重组的分子机制、同源重组的分子机制 1)杂合)杂合DNA模型模型 1964年年Holliday提出,又叫提出,又叫Holliday模型模型第一步第一步 联会联会 同源的非姊妹染色单体间联会形成联会同源的非姊妹染色单体间联会形成联会复合体复合体第二步第二步
4、酶切酶切 内切酶分别在内切酶分别在DNA分子上各切开一条单链分子上各切开一条单链第三步第三步 交换重接交换重接 第4页,此课件共48页哦第四步第四步 形成交联桥结构形成交联桥结构第五步第五步 分子迁移,形成分子迁移,形成Holliday结构结构第六步第六步 分子构型变化分子构型变化第七步第七步 分子绕交联桥旋转分子绕交联桥旋转1800 第八步第八步 Hlliday中间体拆分中间体拆分 2)链转移模型)链转移模型 MeslsonRadding模型模型 1977年年第一步第一步 切断切断 内切酶切断一条链内切酶切断一条链 第二步第二步 链置换链置换 DNA聚合酶聚合酶合成新链,老链被置换合成新链,
5、老链被置换第5页,此课件共48页哦第6页,此课件共48页哦第三步第三步 单链侵入单链侵入第四步第四步 泡的切除泡的切除第五步第五步 链的同化链的同化第六步第六步 异构化异构化第七步第七步 分子迁移分子迁移 第7页,此课件共48页哦第8页,此课件共48页哦 2、遗传重组的酶学机制、遗传重组的酶学机制 在遗传重组过程中,尤其在同源重组中需要在遗传重组过程中,尤其在同源重组中需要recA蛋白蛋白和和recBC蛋白蛋白.recA蛋白又叫重组酶、重组蛋白、蛋白又叫重组酶、重组蛋白、X蛋白、依赖于蛋白、依赖于ATP的酶。的酶。recA蛋白蛋白由由E.coli自身编码,该基因位于自身编码,该基因位于58分钟
6、处,分钟处,1058bp,此蛋白有,此蛋白有353个氨基酸组成其主要作用是促进同源个氨基酸组成其主要作用是促进同源DNA联会,促进联会,促进DNA分子间单链交换形成交联桥和分子间单链交换形成交联桥和Chi结构,此结构,此 酶有多种特性。酶有多种特性。第9页,此课件共48页哦 1)单链)单链DNA结合活性,保护单链并促进结合活性,保护单链并促进recA与单链与单链结合结合 2)依赖于单链)依赖于单链DNA的的ATP酶活性酶活性3)DNA解旋活性,解开双螺旋解旋活性,解开双螺旋4)NTP酶活性,能水解酶活性,能水解ATP、GTP、UTP、CTP促促进联会发生进联会发生5)促进互补单链复性)促进互补
7、单链复性6)蛋白酶活性和外切酶活性)蛋白酶活性和外切酶活性 lrecBC蛋白蛋白:在同源重组中具有核酸酶的作用、切:在同源重组中具有核酸酶的作用、切断断Holliday中中间体完成重组。此酶又叫外切核中中间体完成重组。此酶又叫外切核酸酶酸酶。在同源重组过程中例如在细菌的接合、转化、。在同源重组过程中例如在细菌的接合、转化、转导过程中都有此酶起作用转导过程中都有此酶起作用第10页,此课件共48页哦3、真核生物的遗传重组、真核生物的遗传重组 真核生物遗传重组的机制和过程了解的不清楚,目前知真核生物遗传重组的机制和过程了解的不清楚,目前知道的联会复合体结构是遗传重组的结果,两个道的联会复合体结构是遗
8、传重组的结果,两个DNA分子在分子在形成联会复合体前是如何接触的,还没有更多的了解。但形成联会复合体前是如何接触的,还没有更多的了解。但是,在一些真菌如红色面包霉的非正常的子囊饱子的排列是,在一些真菌如红色面包霉的非正常的子囊饱子的排列(5:3 6:2)等情况的出现与异源双链的形成与)等情况的出现与异源双链的形成与Holliday模型中的异源双链的形成和修复有关系,发生重组模型中的异源双链的形成和修复有关系,发生重组修复完全孢子排列正常,不正常修复则出现基因转换,它包修复完全孢子排列正常,不正常修复则出现基因转换,它包括染色单体转换和半染色单体转换。括染色单体转换和半染色单体转换。第11页,此
9、课件共48页哦第12页,此课件共48页哦5:3 6:2 不规则4:4第13页,此课件共48页哦5:3 6:2 不规则4:4第14页,此课件共48页哦A g+A g+a g+a g+A g+A g-a g-a g-A g+A g+a g+a g-A g-A g+a g-a g-非重组孢子对重组孢子对,基因转变非重组孢子对非重组孢子对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基因转变伴随基因重组第15页,此课件共48页哦GC GTA CA T+/+/+-/-/-+/+/+/+-/-+/+/-+/-/-+/+/+/-/-有丝分裂+-+-+-+-+-正常4:46:2不正常4:4
10、3:1:1:35:3第16页,此课件共48页哦 基因转换基因转换:gene conversion 子囊菌的四分体中出现的基因不子囊菌的四分体中出现的基因不 规则分离的现象规则分离的现象 无重组时规则分离,无重组时规则分离,4:4 有重组无修复时不规则分离,有重组无修复时不规则分离,3:2:1:2 半染色单体转换半染色单体转换 有重组修复不完全时不规则分离,有重组修复不完全时不规则分离,3:5 半染色单体转换半染色单体转换 有重组修复完全时不规则分离,有重组修复完全时不规则分离,2:6 染色单体转换染色单体转换4、细菌的同源重组、细菌的同源重组 1)细菌接合过程中的重组)细菌接合过程中的重组 F
11、或或Hfr 细菌环状细菌环状DNA的两条链中的一条解开从的两条链中的一条解开从5开始,单开始,单 链进入链进入F细胞,进入的单链在细胞中进行复制,然后以双链形细胞,进入的单链在细胞中进行复制,然后以双链形 式与式与 F的基因组联会,以链置换的形式单链插入的基因组联会,以链置换的形式单链插入F的基因组的基因组第17页,此课件共48页哦第18页,此课件共48页哦 2)细菌转化过程中的遗传重组)细菌转化过程中的遗传重组 供体供体DNA以双链形式感染受提细胞以双链形式感染受提细胞 供体供体DNA以双链形式进入受体细胞与受体以双链形式进入受体细胞与受体DNA联会联会 供体供体DNA的一条单链侵入受体的的
12、一条单链侵入受体的DNA中与其中的一条连汇合中与其中的一条连汇合 位置被取代的部分的受体单链被降解位置被取代的部分的受体单链被降解 DNA聚合酶、联接酶作用产生部分杂合双链聚合酶、联接酶作用产生部分杂合双链 通过复制产生稳定的转化子通过复制产生稳定的转化子 3)转导过程中的遗传重组)转导过程中的遗传重组 由噬菌体携带的双链由噬菌体携带的双链DNA进入受体细胞进入受体细胞 DNA以双链形式与受体以双链形式与受体DNA联会联会 局部单链侵入,取代受体的局部单链侵入,取代受体的DNA片段片段 全部侵入两次双链交换,产生重组全部侵入两次双链交换,产生重组 第19页,此课件共48页哦第20页,此课件共4
13、8页哦 5、噬菌体之间的交换重组、噬菌体之间的交换重组 噬菌体之间的重组属于同源重组,两个不同基因型的噬菌体的噬菌体之间的重组属于同源重组,两个不同基因型的噬菌体的 DNA首先联会,受体首先联会,受体DNA的一条链出现切口,供体的一条链出现切口,供体DNA的一的一 条部分降解,供体的一条链侵入受体中形成分支条部分降解,供体的一条链侵入受体中形成分支 DNA,分支,分支 移位,最后形成插入式重组体和交换式重组体移位,最后形成插入式重组体和交换式重组体 三、位点专一性重组三、位点专一性重组 1、噬菌体、噬菌体attP位点的结构位点的结构 (POP)235bp P O P GCTTTTTTATACT
14、AA 152bp 核心序列15bp 82bp第21页,此课件共48页哦 2、E.coli的的attB位点结构位点结构 (BOB)att 位点位点 gal B O B bio 4bp GCTTTTTTATACTAA 4bp 3、噬菌体整合的分子机制、噬菌体整合的分子机制 1)联会)联会 噬菌体进入噬菌体进入E.coli中自动成为环状结构,以此环状中自动成为环状结构,以此环状 结构参自身的结构参自身的attP区与区与E.coli的的attB区互补联会区互补联会 2)酶的结合酶的结合 整合酶:整合酶:(Int)噬菌体的噬菌体的int基因编码一种基因编码一种DNA结合蛋结合蛋白,此酶对白,此酶对POP
15、有强的亲和力,对有强的亲和力,对BOB也有合力,具有拓扑异构酶也有合力,具有拓扑异构酶的活的活性,即可以性,即可以DNA切断再连起来。切断再连起来。整合寄主因子:整合寄主因子:(I H F)由由E.coli编码的一种结合蛋编码的一种结合蛋第22页,此课件共48页哦 蛋白,对蛋白,对attP位点有强的亲和力。位点有强的亲和力。Int.IHF二者结二者结 合在供体和受体合在供体和受体DNA的互补处的互补处 3)酶切)酶切 整合酶在一条链的整合酶在一条链的+4位,另一条链的位,另一条链的-2位切开位切开attB和和 attP,形成参差不齐的,形成参差不齐的5单链末端,单链末端,5-OH 3-P 4)
16、重接重接 切开后瞬间切开后瞬间DNA分子发生旋转,又在整合酶作用下分子发生旋转,又在整合酶作用下 使断口处连起来。重新连接时断头与断头之间发生使断口处连起来。重新连接时断头与断头之间发生 错接导致噬菌体整合到错接导致噬菌体整合到E.coli的基因组中的基因组中 噬菌体噬菌体 细菌细菌 Int.IHF 原噬菌体原噬菌体 POP(attP)+BOB(attB)BOP(attL)+POB(aatR)Int.IHF.Xis 在在Int.IHF作用下完成整合作用,但在切离时除作用下完成整合作用,但在切离时除Int.IHF参与,还需噬菌体编参与,还需噬菌体编码的切除酶(码的切除酶(Xis),在整合过程中没
17、有,在整合过程中没有DNA的分解也没有的分解也没有DNA的合成。的合成。第23页,此课件共48页哦第24页,此课件共48页哦第25页,此课件共48页哦 四、异常重组四、异常重组 不需要不需要DNA同源序列或彼此同源性很小,重组蛋白、转座酶同源序列或彼此同源性很小,重组蛋白、转座酶 的重组,是最原始的重组途径,也是基因组进化的重要途径。的重组,是最原始的重组途径,也是基因组进化的重要途径。这种途径可能和癌症发生、遗传性疾病、基因组进化有关,这种途径可能和癌症发生、遗传性疾病、基因组进化有关,重组的结果导致移码、缺失、倒位、融合、重组的结果导致移码、缺失、倒位、融合、DNA的扩增的扩增 1、末端连
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