遗传重组遗传重组 •发生发生：减数分裂生殖细胞内，体细胞：减数分裂生殖细胞内，体细胞•地点地点：核基因间，叶绿体基因间，线粒体基因间；：核基因间，叶绿体基因间，线粒体基因间；•作用作用：保证了遗传多样性：保证了遗传多样性, ,为选择奠定了物质基础为选择奠定了物质基础, ,使生物得以进化发展，与突变一起是变异的来源使生物得以进化发展，与突变一起是变异的来源 主要内容主要内容Ø遗传重组的类型遗传重组的类型Ø同源重组的分子机制同源重组的分子机制Ø位点专一性重组位点专一性重组Ø转座（下一章）转座（下一章） 一、遗传重组的类型一、遗传重组的类型 同源重组同源重组 (homologous recombination )位点专一性重组位点专一性重组(site-specific recombination)异常重组异常重组（（illegitimate recombination ））遗传重组主要类型遗传重组主要类型：：(依据对依据对DNA序列和序列和所需蛋白质因子的要求所需蛋白质因子的要求) （一）同源重组（一）同源重组 (homologous recombination )依赖大范围的依赖大范围的DNA同源序列的联会同源序列的联会，重组过程中，，重组过程中，两个染色体或两个染色体或DNA分子分子交换对等的部分交换对等的部分。
例：真核生物同源染色体非姊妹染色单体交换；例：真核生物同源染色体非姊妹染色单体交换；细菌的转化、转导、接合；噬菌体的重组细菌的转化、转导、接合；噬菌体的重组… 条件条件：：2个个DNA分子序列同源分子序列同源，重组就可在此序列，重组就可在此序列中的任何一点发生中的任何一点发生 §需要需要重组的蛋白质参与重组的蛋白质参与；（例如；（例如.大肠杆菌：大肠杆菌：RecA蛋白）蛋白）§蛋白质因子蛋白质因子对对DNA碱基序列的特异性要求不高碱基序列的特异性要求不高；；（存在重组热点和序列长度的影响）（存在重组热点和序列长度的影响）§真核生物真核生物染色质的状态染色质的状态影响重组的频率影响重组的频率 （二）位点专一性重组（保守性重组）（二）位点专一性重组（保守性重组） (site-specific recombination)依赖于小范围同源序列的联会依赖于小范围同源序列的联会重组时发生精确的重组时发生精确的切割、连接反应，切割、连接反应，DNA不失去，不合成不失去，不合成两个DNA分子分子不交换对等部分不交换对等部分如如:λ噬菌体噬菌体DNA和大肠杆菌和大肠杆菌DNA的整合和切除的整合和切除 位点专一性重组位点专一性重组发生发生在在小范围同源序列小范围同源序列（绿色）（绿色）有时是一个有时是一个DNA分子整合分子整合到另一个到另一个DNA分子中，又分子中，又称称整合式重组整合式重组 位点专一性重组位点专一性重组使二使二聚体环状聚体环状DNA分子形分子形成两个单体环状成两个单体环状DNA （三）（三）异常重组异常重组（（illegitimate recombination ））完全不依赖于序列间的同源性完全不依赖于序列间的同源性而使一段而使一段DNA序列序列插入另一段中。
但在形成重组分子时往往依赖插入另一段中但在形成重组分子时往往依赖DNA复制而完成重组过程，因此又称复制而完成重组过程，因此又称复制性重组复制性重组如如转座子转座子：：既既不依赖序列间的同源性不依赖序列间的同源性，也，也不需要不需要RecA蛋白蛋白参与参与只依赖转座区域只依赖转座区域DNA复制和转座有关的酶复制和转座有关的酶 二、同源重组的分子机制二、同源重组的分子机制 •1937年年Darlington提出提出（一）基因重组的经典模型（一）基因重组的经典模型•1.断裂和重接模型断裂和重接模型不能解释不能解释基因转变基因转变现象现象 2.模板选择学说模板选择学说（（copy choice ））Belling J.首先提出的，首先提出的，1933年他又撤回了这一假设年他又撤回了这一假设1) 违背了半保留复制；违背了半保留复制；(2) 复制应在复制应在S期，重组应在偶线期，不应同时发生期，重组应在偶线期，不应同时发生3)不能解释不能解释3线和线和4线交换 （二）同源重组的（二）同源重组的Holliday模型模型 Robin Holliday于于1964年年提出了提出了重组的杂和重组的杂和DNA模型模型，又称，又称Holliday模型模型。
A Ba bA Ba bA、、同源的非姊妹染色单体联会；同源的非姊妹染色单体联会；B：：同源非姊妹染色单体同源非姊妹染色单体DNA中两个方中两个方向相同的单链，在向相同的单链，在DNA内切酶内切酶的作用的作用下，下，在相同位置同时切开在相同位置同时切开；；A Ba bA Ba bC：：切开的切开的单链交换重接单链交换重接;D：：形形成交联桥结构成交联桥结构；； A Ba bE：：交联桥沿配对交联桥沿配对DNA分子分子“移动移动”两个亲本两个亲本DNA分子间造成一大分子间造成一大段段异源双链异源双链DNA（（ Holliday结构结构））ABabF：：E和和F相同相同ABabG：：绕交联桥绕交联桥 旋转旋转1800；；ABabH.形成形成Holliday结构结构的异构体的异构体 ABab上下切上下切AbaB若若上下切上下切则形成则形成重组体重组体左右切左右切ABabI若若左右切左右切，则形成，则形成非重组体非重组体ABabK不管怎样断裂，都含有一个不管怎样断裂，都含有一个异源双链异源双链DNA区区 （三）基因转变及其分子机理（三）基因转变及其分子机理1.异常分离与基因转变异常分离与基因转变基因转变基因转变(gene conversion)：：在减数分裂过程在减数分裂过程中，一个基因转变为它的等位基因的遗传学现中，一个基因转变为它的等位基因的遗传学现象象。
源于基因重组源于基因重组）） Neurospora 的＋的＋ × －－ 杂交子囊类型杂交子囊类型⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹子囊类型分裂类型＋＋————＋＋＋—＋——＋—＋＋——＋—＋＋—MI MI MII MII MII MII非交换型交换型 Neurospora 中中＋＋ pdxp ×pdx ＋＋ 杂交，杂交，其中４个子囊的结果其中４个子囊的结果孢子对孢子对第一对第一对第二对第二对第三对第三对第四对第四对子囊子囊１ ２ ３ ４１ ２ ３ ４＋＋ pdxp pdx ＋＋ ＋＋ ＋＋ pdx ＋＋＋＋ ＋＋ pdx ＋＋ ＋＋ pdxp ＋＋ pdxp＋＋ pdxp ＋＋ ＋＋ pdx ＋＋ ＋＋ ＋＋pdx ＋＋ ＋＋ pdxp pdx ＋＋ pdx ＋＋ •pdxp：：酸度敏感的酸度敏感的VB6需要型需要型•pdx：： 酸度不敏感的酸度不敏感的VB6需要型需要型 pdx＋＋＋＋pdxp×pdx＋＋＋＋pdxppdx＋＋pdxpdxp＋＋＋＋＋＋pdxppdx＋＋pdx⊕ ⊕＋＋＋＋＋＋pdxp 2.基因转变的类型基因转变的类型 •染色单体转变染色单体转变（（chromatid conversion）） ：减数分裂的：减数分裂的4个产物中，个产物中，有一个发生了基因有一个发生了基因转变转变，出现，出现6：：2（或（或2：：6）的）的子囊子囊•半染色单体转变半染色单体转变（（Half-chromatid conversion）：减数）：减数分裂的分裂的4个产物中，个产物中，有一个产物有一个产物的一半的一半或或两个产物的各一半两个产物的各一半发发生了基因转变，出现生了基因转变，出现5：：3（或（或3：：5）或）或3：：1：：1：：3的子囊的子囊又称又称减数后分离减数后分离：等位基因的分：等位基因的分离发生在减数分裂后的有丝分裂离发生在减数分裂后的有丝分裂中中. 异常异常4：：4 •Holliday模型表明在模型表明在异源双链区存在着不配对碱基异源双链区存在着不配对碱基3.基因转变的分子机制基因转变的分子机制 4︰︰4正常分离正常分离 + + g g未重组，无未重组，无异源双链异源双链 + gg + + g两杂种分两杂种分子都校正子都校正（按亲型）（按亲型） + + g g 4︰︰4正常分离正常分离 都校正为都校正为+或或g时时 + g + + + gg + + g 6︰︰2异常分离异常分离染色单体转变染色单体转变 + gg + + g + gg + + g一个杂种一个杂种分子校正分子校正为为+或或g时时 + gg + +都未校正都未校正 + gg + + g 5︰︰3异常分离异常分离3 : 1 : 1 : 3异常分离异常分离半染色单体转变半染色单体转变 一个杂种分子一个杂种分子校正为校正为+或或g时时两个杂种分子两个杂种分子均未校正均未校正两个杂种分子两个杂种分子都校正为都校正为+或或g时时两个都校正两个都校正(按亲型按亲型)3 : 1 : 1 : 35︰︰33 ︰︰ 56︰︰22︰︰64︰︰4正常正常 基因转变基因转变实质上是实质上是异源双链异源双链DNA错配的核苷酸对错配的核苷酸对在修复校正过程中所发生的一个基因转变为它的在修复校正过程中所发生的一个基因转变为它的等位基因的现象。
等位基因的现象 三、位点专一性重组三、位点专一性重组依赖于小范围同源序列的联会依赖于小范围同源序列的联会重组时发生精确的重组时发生精确的切割、连接反应，切割、连接反应，DNA不失去，不合成不失去，不合成两个DNA分子分子不交换对等部分不交换对等部分（有时是一个（有时是一个DNA分子整合到分子整合到另一个另一个DNA分子中，又称分子中，又称整合式重组整合式重组）） （一）（一）λ噬菌体的整合和切除噬菌体的整合和切除•裂解状态裂解状态: :λ噬菌体以独噬菌体以独立的环状分子存在立的环状分子存在•溶源状态溶源状态: :噬菌体噬菌体DNA是是细菌染色体的整合部分细菌染色体的整合部分(称为称为原噬菌体原噬菌体)•进入溶源状态进入溶源状态: λDNA整整合合到到宿主宿主基因组中基因组中.•由溶源状态转为裂解状由溶源状态转为裂解状态态:需要需要λDNA从宿主从宿主DNA上上切除切除下来下来. 整合和切除是通过细菌和噬菌体整合和切除是通过细菌和噬菌体DNA上的上的特定附着位特定附着位点点(Attachment sites)之间的重组实现的之间的重组实现的•λ噬菌体的噬菌体的att位点位点: 记为记为attP,由由P 、、 O和和P’组成组成•大肠杆菌大肠杆菌att位点位点: 记为记为attB/attλ ,由由B 、、 O和和B’组成组成1.整合：整合： BOB’+ POP’ BOP’— POB’IntIHF细菌细菌 噬菌体噬菌体 原噬菌体原噬菌体2.切除：切除： BOP’—POB’ BOB’+ POP’IntIHF, Xis原噬菌体原噬菌体 细菌细菌 噬菌体噬菌体 •整合反应整合反应需要噬菌体基因需要噬菌体基因int 产物产物“整合酶整合酶”(Int)和和整合宿主因子整合宿主因子(Integration host factor，，IHF) 。
•切除反应切除反应除了需要除了需要Int和和IHF以外，还需要噬菌体基因以外，还需要噬菌体基因xis产物（切除酶）产物（切除酶） （二（二））位点专一性重组涉及断裂和重连位点专一性重组涉及断裂和重连 P’O PB’O BP’ O PB’ O BP’ O PB O B’绕交联桥绕交联桥旋转旋转1800上下切上下切分支沿着同源区移分支沿着同源区移动动7bp长的距离长的距离B O P’ P O B’ •1. POP’: O (核心序列核心序列),15bp,富含富含A-T的非对称序列；的非对称序列； P为为-160 ~ 0的的160bp序列序列 P’为为0 ~ 80的的80bp序列序列 共共240bp•2. BOB’:• B为为-11 ~0序列序列 B’为为0 ~11序列序列 共共23bp（三（三））位点专一性重组的核苷酸序列位点专一性重组的核苷酸序列 attP上上Int和和IHF的结合点的结合点切割位点切割位点 众多的众多的Int 蛋白在蛋白在attP 位点形成位点形成整合体整合体，整合体通过识，整合体通过识别游离别游离DNA的的attB 位点起始位点特异性重组。
位点起始位点特异性重组 本章小结本章小结 •*一、遗传重组的类型一、遗传重组的类型：同源重组：同源重组 、位点专一性重组、、位点专一性重组、异常重组异常重组•二、同源重组的分子机制二、同源重组的分子机制•（一）基因重组的经典模型：（一）基因重组的经典模型： 1.断裂和重接模型断裂和重接模型2.模模板选择学说板选择学说•* （二）同源重组的（二）同源重组的Holliday模型模型•* （三）基因转变及其分子机理（三）基因转变及其分子机理•1.异常分离与基因转变异常分离与基因转变•2.基因转变的类型：染色单体转变、半染色单体转变基因转变的类型：染色单体转变、半染色单体转变（又称减数后分离）（又称减数后分离）•3.基因转变的分子机制基因转变的分子机制基因转变基因转变实质上是实质上是异源双链异源双链DNA错配的核苷酸对错配的核苷酸对在修复校在修复校正过程中所发生的一个基因转变为它的等位基因的现象正过程中所发生的一个基因转变为它的等位基因的现象。