1、第七章第七章 遺傳變異的機理遺傳變異的機理II II 重組重組第一節第一節 一般同源重組一般同源重組同源DNA序列之間的重組稱為一般重組。重組的過程要經歷一個DNA斷裂和重接的過程。一、重組的Holliday模型11-18二、重組過程中的酶 一般性重組中涉及到三個重組基因的作用：recA，recB，recC。另外還要單鏈結合蛋白SSB的作用。 由recB，C基因編碼的蛋白質復合體使DNA雙鏈的一條鏈打開缺口，并使螺旋部分松開。SSB結合到單鏈區使之穩定，recA的蛋白也能結合到單鏈上，引導雙鏈形成，使原雙鏈中相應的單鏈被置換。交叉的移動由ATP水解來推動。切口由連接酶封口。Homologous

2、 DNAStrand nickingexchangeLigate nicked strandsgo onCross strand exchange structure重組過程的步驟和酶：(a) 一對同源雙鏈；(b)由recB，C核酸酶在第一對DNA雙鏈的一條鏈打開缺口，并使螺旋部分松開。SSB結合到單鏈區使之穩定，recA的蛋白也能結合到單鏈上，引導雙鏈形成，使原雙鏈中相應的單鏈被置換；(c)另一對DNA雙鏈的一條鏈打開缺口并與第一對DNA雙鏈的一條鏈配對；(d) 切口由連接酶封口；(e) 開始180o旋轉的結構(a)(b)(c)(d)(e)第二節第二節 專一性重組專一性重組 專一性重組指只發

3、生在特定位置上的重組。一、噬菌體的整合作用 噬菌體的整合和切割酶能專一性地識別噬菌體的整合和切割酶能專一性地識別DNA和和E.coli染色體上的特定位點，使染色體上的特定位點，使與宿主與宿主染色體之間發生重組染色體之間發生重組 整合切割酶特異切割整合切割酶特異切割POP和和BOB后，能后，能在在O區產生一個粘性末端，在區產生一個粘性末端，在整合酶的作用和整合酶的作用和宿主整合因子的參與下，宿主整合因子的參與下，DNA整合進整合進E.coli的的染色體中，染色體中， 為專一性重組。為專一性重組。BOP,POB,gal整合和切割酶整合酶，宿主整合因子BOB,galbioPOP,POP,Packag

4、ingInjectionE.coli DNAattBattP E.coli 重組位點 重組位點 DNA整合和切割酶 噬菌體的整合作用G C T T T T T T A T A C T A AC G A AA AA A T A T GA T TPBP,B, Att的核心區O整合切割酶特異切割POP和BOB后，能在O區產生一個粘性末端，在整合酶的作用和宿主整合因子的參與下DNA整合進E.coli的染色體中整合切割酶整合切割酶整合切割酶整合切割酶二、對基因表達具調控作用的重組 利用位置特異性重組控制基因表達：沙門氏菌的相轉變：表面鞭毛有H1和H2型。 由于反向重復區的重組會導致插入序列的翻轉。翻轉重

5、組的過程大約1次/1000次分裂。由此造成H2和H1基因交替表達，使H1和H2兩種表面鞭毛相轉變的頻率很高。PIR(L)IR(R)hinH2rH1H2 鞭毛鞭毛H1阻遏物PH1HINH2rH1PPPhinH2rH1HIN 蛋白H1 H1 鞭毛鞭毛P反向重復區的反向重復區的重組會導致插重組會導致插入序列的翻轉入序列的翻轉由此造成由此造成H2和和H1基因交基因交替表達。替表達。三、一般重組與專一性重組的區別 插入式重組：噬菌體整合到宿主染色體上和沙門氏菌控制鞭毛形態的正反方向插入重組涉及遺傳因子的加入。 替換式重組：一般性重組中兩個染色體交換了一部分。區別： 1DNA同源部位的大小：DNA和E.c

6、oli DNA只有附著點alt的核心區O是同源的，而在一般重組中，兩個染色體是同源的 2重組部位的大小：一般重組中，雖然整個染色體同源，但實際重組部位可大可小，而特異重組中，同源部位雖很小，但重組一律包括整個DNA。第十八章第十八章 遺傳變異機理遺傳變異機理III 轉位因子轉位因子 上世紀三十年代，上世紀三十年代，玉米遺傳學家玉米遺傳學家 Barbara McClintock在研究在研究中發現了中發現了玉米籽粒玉米籽粒色斑色斑不穩定遺傳的不穩定遺傳的現象，可能是一種現象，可能是一種可轉移的遺傳因子可轉移的遺傳因子。1948年年McClintock首先確認首先確認和提出了和提出了轉座子的轉座子的

7、概念，這一重大發現并未引起人們的重視，概念，這一重大發現并未引起人們的重視，70年代后在原核和真核生物中不斷發現有轉位因年代后在原核和真核生物中不斷發現有轉位因子子. McClintock（1902-1992）：）： 1944：美國國：美國國家科學院院士家科學院院士 1945：美國：美國遺傳學會主席遺傳學會主席 1983：Nobel Prize ，35年后年后將將轉位因子的重轉位因子的重大發現歸功于她大發現歸功于她 轉位因子的概念：轉位因子的概念：轉位因子：調控因子，跳躍基因，徘徊基因，轉位因子：調控因子，跳躍基因，徘徊基因，運動基因，轉座子等。（運動基因，轉座子等。（transposable

8、 elements）能從同一染色體的一個位置上轉到另一能從同一染色體的一個位置上轉到另一位置上，也能轉到不同的染色體上。轉位位置上，也能轉到不同的染色體上。轉位后會使那個位置附近的基因活性和結構發后會使那個位置附近的基因活性和結構發生變化。生變化。第一節第一節 原核生物的轉位因子原核生物的轉位因子 一、插入序列一、插入序列Insertion sequence（ IS） 是一段是一段DNA，當，當IS出現在一個出現在一個基因的中間時會打亂編碼順序或基因的中間時會打亂編碼順序或鈍化基因表達。有些鈍化基因表達。有些IS因子具有因子具有轉錄轉譯的終止信號。轉錄轉譯的終止信號。 1IS因子引起的極性突變

9、因子引起的極性突變IS因子最早在因子最早在E.coli的的半乳糖操縱子半乳糖操縱子(galactose operon)中發現，它涉及半乳糖代謝中的三個中發現，它涉及半乳糖代謝中的三個基因：基因： K T E PKTE轉錄轉錄半乳糖激酶半乳糖激酶gal genesmRNA轉移酶轉移酶 異構酶異構酶啟動基因啟動基因 最早在有激酶缺陷的最早在有激酶缺陷的E.coli突變體中發現有突變體中發現有IS因因子，而且在子，而且在gal半乳糖操縱子的各個部位都有發生：半乳糖操縱子的各個部位都有發生：（1）在任何一個激酶缺陷的突變體中，其突）在任何一個激酶缺陷的突變體中，其突變位置可以位于變位置可以位于K中，或

10、位于中，或位于T或或E中，能抑中，能抑制激酶基因表達的制激酶基因表達的T基因突變不會抑制基因突變不會抑制E的表的表達。達。各個突變只能影響到同一操縱子中轉各個突變只能影響到同一操縱子中轉錄下游其它結構基因的表達而不影響其錄下游其它結構基因的表達而不影響其上游基因的表達上游基因的表達極性突變極性突變。（2）上述突變體能自發回復為野生型（說明）上述突變體能自發回復為野生型（說明突變不是由缺失引起）；任何誘變劑不能提突變不是由缺失引起）；任何誘變劑不能提高回復為野生型的頻率，高回復為野生型的頻率，說明不是由缺失，無義突變，移碼說明不是由缺失，無義突變，移碼突變或點突變造成，實驗證明是由突變或點突變造

11、成，實驗證明是由IS因子引起的。因子引起的。2IS因子的物理證據因子的物理證據dgal ：缺陷性半乳糖轉導噬菌體缺陷性半乳糖轉導噬菌體噬菌體能經常插入到噬菌體能經常插入到E.coli 染色體的染色體的gal操縱子旁，操縱子旁，除了產生正常的除了產生正常的外，有時產生有缺陷的外，有時產生有缺陷的顆粒顆粒dgal，在這種顆粒上在這種顆粒上原有的某些基因已掉在宿主染色體上原有的某些基因已掉在宿主染色體上，但卻帶有，但卻帶有gal區段區段（defective galactose） 用同樣方法得到：* dgal帶有帶有gal極性突變極性突變的的缺陷性半乳糖轉導噬菌體。缺陷性半乳糖轉導噬菌體。證據：證據：

12、（1）將）將dgal+和和dgal的的DNA作氯化銫離心后證明作氯化銫離心后證明dgal的的DNA比比dgal+的的DNA長。是由于插入了一大段長。是由于插入了一大段DNA引起的。引起的。在一個既定位置上的一種插入往往是突然出現的，是運動著的，只有當IS最終位于一個異常位置時，如在結構基因內部，才引起突變。（2）分子雜交圖：）分子雜交圖： IS800ntsdgaldgal+3IS的方向：其插入的方向可以有變化的方向：其插入的方向可以有變化dgal+DNA兩條鏈的堿基的組成不同，會有不同的密度，可以分離開。來自兩個獨立的來自兩個獨立的IS插入突變的插入突變的dgal的的DNA經變性分經變性分離后

13、，兩條相同密度的鏈之間能形成一種異質雙鏈離后，兩條相同密度的鏈之間能形成一種異質雙鏈DNA。雙鏈DNA單鏈區單鏈區單鏈區單鏈區 由插入序列引起的兩個突變的dgal ，其相應的鏈可形成異質雙鏈DNA 異質雙鏈異質雙鏈DNA結構的解釋模型結構的解釋模型Mutant 1 ,HLMutant 2,HLHH,結論：結論：IS序列以相反序列以相反的方向插入在兩個突的方向插入在兩個突變體中。變體中。二.轉座子 （Transposon) 五十 年代在日本的醫院中發現了細菌性痢疾的病原菌，它們對許多抗生素具有抗性 ，還能轉移到其他敏感痢疾菌中。對醫學是可怕的，對遺傳學研究是有意義的，發現是由抗性質粒引起的。 轉

14、座子是一類具有抗性的可移動的遺傳因子，它的轉座子是一類具有抗性的可移動的遺傳因子，它的抗性基因兩側具有抗性基因兩側具有 IS因子，便于識別和轉移。轉座子因子，便于識別和轉移。轉座子包括轉座子基因和兩側的包括轉座子基因和兩側的IS因子。因子。 轉座子結構示意圖轉座子結構示意圖 A BC X Y Z C,B,A, A,B,C, X, Y, Z, C B A轉座子基因ISIS轉座子(a)CABC,B,A, YXZIR=2IS(b) 變性前的雙鏈形式,插入序列的方向相反變性后經鏈內退火形成的棒糖結構 第二節第二節 真核生物的轉位因子真核生物的轉位因子五十年代，Mc Clintock在研究玉米時發現了轉

15、位因子1Ds因子：解離因子，因子：解離因子，能在玉米基因組能在玉米基因組內移動，它的存在會使染色體上該位置發內移動，它的存在會使染色體上該位置發生斷裂的機會增加，并由此改變鄰近基因生斷裂的機會增加，并由此改變鄰近基因的表達。的表達。當當Ds因子插入到玉米顆粒色素基因子插入到玉米顆粒色素基因因C的近旁或中間時，就不能形成色素，的近旁或中間時，就不能形成色素，當當Ds轉位離開后，轉位離開后，C基因所受的抑制作用基因所受的抑制作用會解除，玉米又出現色素。會解除，玉米又出現色素。 c sh bz wx Ds+DsRecessive phenotypes appearCShBzWxDs位置Ds+ (缺少

16、Ds因子）染色體發生斷裂染色體發生斷裂斷裂發生后，另一同源染色斷裂發生后，另一同源染色體上的隱性基因表達，不能體上的隱性基因表達，不能形成色素形成色素2Ds因子不穩定，它受另一調控因子因子不穩定，它受另一調控因子Ac的影響的影響 Ac存在：存在：能解除能解除Ds對色素基因對色素基因C的抑制作用的抑制作用,使使C基因表達，顆粒出現基因表達，顆粒出現色素斑點色素斑點; Ac激活因子丟失：激活因子丟失：Ds趨于穩定，趨于穩定，抑制了抑制了C基因的表達，玉米顆粒呈無基因的表達，玉米顆粒呈無色色 CShAcDsAcAc(a)(b) (c) (d)玉米調控因子的作用模式：玉米調控因子的作用模式：(a) Ac激活因子的位置不穩定，在無激活因子的位置不穩定，在無Ds轉位因子時，轉位因子時，C基因不受抑制，顆基因不受抑制，顆 粒呈深色。粒呈深色。(b) 當當Ds因子插入因子插入C基因時，基因時，C的色素表型受到抑制。的色素表型受到抑制。(c) 每當每當Ds轉位后，轉位后，C基因又可表達，顆粒出現斑點。基因又可表達，顆粒出現斑點。(d) 無無Ac激活因子時，激活因子時，Ds能穩定插入到能穩定插入到C基因中，使顆粒為無色。基因中，使顆粒為無色。 由于由于Ds和和Ac兩因子頻繁轉位，使玉米顆粒上出現散在斑點。