同源重组的分子机制
同源重组修复的分子机制和应用
同源重组修复的分子机制和应用同源重组修复（Homologous Recombination，简称HR）是细胞见于DNA双链断裂后进行的一种高保真修复方式。
经HR修复的损伤位点通常具有高度同源性，即已经断裂的某一DNA分子和其他未断裂的染色体上存在一段较为相似的DNA序列。
在HR修复过程中，这段相同的DNA序列与断裂位点发生配对，然后进行基因重组，形成一根新的DNA链，进而完成修复过程。
HR是人体内最主要的两种DNA双链断裂修复方式之一，另一种则为非同源端接（Non-homologous End Joining，简称NHEJ）。
HR是一个复杂的分子机制，包括了细胞内许多不同的蛋白质、DNA序列和细胞信号通路参数。
这些蛋白质主要涉及到DSB （Double strand break）识别、同源序列搜寻、DNA配对、DNA链转化、负向调控、结构复选识别、DNA透析等过程。
DSB识别：在HR的启动过程中，特定的DSB识别蛋白会发现DNA双链断裂位点，并进行下一步的操作。
同源序列搜寻：接下来，蛋白会朝向有相似的DNA序列的其他染色体进行搜索。
一旦找到相同的DNA序列，它就会开始尝试与该序列配对，并试图形成一个三联体结构。
DNA配对：这个过程中，配对的蛋白会调控两根不同DNA链的伸缩，使它们可以相互匹配。
这个过程的成功需要调节蛋白的正确组装。
DNA链转化：接下来，两根链之间的电子密度开始转移，产生一个相互连接的DNA链。
负向调控：这个过程需要结果DNA分子的精确剪切，以便它们可以重新形成一个连续的DNA分子。
结构复选识别：在转化完成后，一个高质量的DNA链新生的脱氧核糖核酸基团可以通过一个结构复选蛋白的帮助，得到正确的定序，从而避免它们可能发生的错误。
DNA透析：最终，DNA链的合成是由一个DNA合成酶完成的。
这个酶确保产生的DNA链是高质量、高同源性的。
应用方面，HR是一个非常有用的分子技术，它被广泛用于生命科学、医学等诸多领域。
同源重组的分子机制
同源重组的分子机制一、断裂重接模型（breakage joining model）C．D．Darlington 1936年提出。
在同源染色体联会时，由于染色体的缠绕而产生张力，两个相对染色单体在同一位置断裂，然后彼此和另一染色单体重新连接起来从而形成重组并消除这种张力。
二、基因转换现象Olive等广泛研究粪生粪壳菌g座位，g-决定子囊孢子灰色，g+决定子囊孢子的黑色，在g+×g-的杂交中，他们分析了20万子囊，发现0.06%是5∶3分离，0.05%是6∶2分离，0.008％是3∶1∶1∶3（或异常4∶4）分离。
图示． (1)一个孢子中的两个孢子有着不同的基因型。
(2)分离比例不是4∶4。
(3)邻近的基因A/a都呈现正常分离。
断裂重接模型则无法解释异常现象。
1930年，德国遗传学家H．温克勒把这种不规则分离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基因发生相应的变化所致，因而称就基因转变。
好象是由于一个基因转换为另一等位基因，所以称为基因转换（gene conversion）。
以后由于发现一个基因发生基因转变时，它两旁的基因常同时发生重组：在5∶3和6∶2分离的子囊中，大约有30%也在g座位的这边或那边发生重组；有基因转换的子囊中，基因转换和遗传重组都发生在同样两个单体的子囊比例竟高达90%。
所以认为基因转变是某种形式的染色体交换的结果。
因此，基因转变的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。
三、同源重组的Holliday模型1964年，R. Holliday提出了重组的杂合DNA模型(hybrid DNA mode)，并作修正。
图示．过程：A．同源的非姊妹染色体的DNA配对。
B-C．同源非姊妹染色单体DNA中两个方向相同的单链在DNA内切酶的作用下，在相同位置上同时切开。
D．切开单链交换重接，形成交联桥结构（cross-bridged structure）。
E．交联桥的位置可以靠拉链式活动，沿着配对DNA分子“传播”—桥迁（Bridge migration），其中互补碱基间形成的氢键从一条链改变另一条链。
遗传学中的同源重组机制
遗传学中的同源重组机制遗传学是研究遗传变异和遗传规律的学科，其研究范围从微观的分子水平到宏观的群体水平。
在遗传学中，同源重组机制是基因重组的一种重要方式，它在基因转移、基因突变的形成以及进化等方面起着重要作用。
同源染色体在遗传学中，同源染色体是指在相同物种中两条染色体的基因组成相同或相似。
同源染色体可以是同一物种的不同个体所拥有的染色体，也可以是不同物种之间的染色体。
例如，人类和大猩猩的染色体虽然不完全相同，但是它们具有高度的同源性。
同源重组机制的基本原理同源重组机制是指两条同源染色体之间互相交换DNA片段的过程。
同源重组机制主要在减数分裂时发生，以确保每个生殖细胞中基因组的正确分离和再组合。
同源重组机制的过程主要分为四个步骤：一、同源染色体的配对在减数分裂开始时，同源染色体首先进行配对。
在此过程中，同源染色体会相互搜索并配对，然后相互交换DNA片段。
二、DNA切割和重组在同源染色体配对后，相对应的染色体会互相“交换”某一范围内的DNA片段。
这个过程是由酶催化完成的，其中最重要的酶是转移酶（recombination enzyme），它能够切割两根不同染色体或同一染色体的DNA链，以将碎片重组为新的DNA序列。
三、交换在DNA片段切割和重组后，相互对应的同源染色体会互相“交换”DNA片段，形成新的染色体组合。
这个过程称为同源重组。
四、交叉互换当相互配对的同源染色体上出现非互补的序列时，交叉互换便会发生。
在交叉互换的过程中，同源染色体上的非同源DNA片段将被交换到另一条染色体上，从而形成一个重组后的DNA序列。
同源重组在基因重组中的意义同源重组在基因重组中发挥着重要的作用。
基因重组是指基因片段的组合重组，形成新的基因序列，并在种群进化中起着关键作用。
同源重组机制不仅在有性生殖过程中发挥重要作用，也在无性生殖和DNA修复中发挥作用。
在进化过程中，同源重组机制也为物种的适应性进化提供了基本方式。
结论同源重组机制在遗传学中发挥着重要作用，是基因组进化和重组的基础。
同源重组法分子克隆 -回复
同源重组法分子克隆 -回复同源重组法是分子克隆技术中的一种重要方法，其基本原理是利用DNA的同源性重组来插入外源DNA序列到宿主DNA中。
同源重组法在基因克隆、遗传工程等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍同源重组法的原理、步骤及应用。
一、同源重组法的原理同源重组法的原理基于DNA分子的自身结构和功能，DNA分子在某些条件下能够进行重组、修复和重复。
同源重组是指两个DNA分子之间具有相似序列（同源）的区域进行交换而形成的DNA分子重组。
同源重组法基于此原理，通过在宿主DNA中引入重组的同源片段，将外源DNA序列插入到宿主DNA中。
同源重组法的原理可以分为两个步骤：相互间接断裂和互补配对。
两个DNA分子的同源片段同时发生间接断裂，获得可供基因重组的末端。
接下来，由于互补配对的作用，从两个DNA分子中间的同源片段在一定条件下进行配对，形成插入、缺失、互换等不同类型的重组产物。
1. 构建载体DNA：载体DNA是将外源DNA插入到宿主DNA中的重要工具，构建载体DNA 需要选择有适当限制酶切位点的载体和外源DNA。
一般来说，常用的载体包括质粒、噬菌体、噬菌体样颗粒等。
2. 制备DNA片段：外源DNA片段可以通过PCR扩增、酶切和DNA合成等技术制备。
需要注意的是，PCR扩增要确保扩增的DNA片段与宿主DNA具有一定的同源性。
3. 利用限制酶切割载体和外源DNA：根据预定的酶切位点设计限制酶切位点并进行酶切。
4. 进行杂交和拼接：将外源DNA片段与载体DNA杂交，并通过互补配对将DNA片段与载体DNA进行拼接。
5. 转化大肠杆菌：利用化学方法或电击法将构建好的载体DNA转化到大肠杆菌中，转化后得到含外源DNA的菌落。
6. 筛选阳性菌落：利用选择性培养基和荧光素酯分析方法等技术筛选阳性菌落。
7. 测序鉴定：对筛选出的阳性菌落进行测序，并鉴定插入的外源DNA序列是否正确。
同源重组法是分子克隆领域中一种非常实用的技术。
同源重组技术的原理和应用
同源重组技术的原理和应用同源重组技术（Homologous recombination technology，HRT）是一种常用的基因编辑技术，它能够在特定部位改变DNA序列，用于治疗某些遗传性疾病、研究基因表达调控和蛋白质结构等方面。
本文将介绍同源重组技术的原理和应用。
1. 同源重组技术的原理同源重组技术是利用质粒、病毒等载体携带的外源基因通过靶向指向的方式将其导入到细胞或生物体中，从而达到改变生物体基因组的目的。
具体来说，同源重组技术是基于DNA的相互作用原理进行的。
DNA由四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）构成，它们之间形成了氢键，使得两条互补的DNA链可以通过这些氢键相互结合。
在同源重组中，DNA分子的另一端则通过DNA酶和锌指核酸酶来实现切割和精准定位。
一旦发现了具备相同序列的区域，这些酶就会将外源基因定向到位点，与染色体上的同源序列组成DNA双链，从而取代了原有的序列，以达到修复或替换某些基因的效果。
2. 同源重组技术的应用同源重组技术的应用广泛，其中最重要的是对基因的编辑和修复。
以下将介绍几种常见的同源重组技术应用：(1)质粒介导同源重组质粒介导同源重组是一种常用的基因工程技术。
这种技术主要是利用菌单倍体的同源重组能力，通过转化质粒来实现有选择性地在DNA的特定区域插入新基因。
这种技术特别适用于菌类以及一些单细胞真菌和原生生物。
(2)病毒介导同源重组病毒介导同源重组则运用了病毒自身的重组机制特征，对其进行了改造，使其能够以带选择性的方式在目标细胞中整合外源基因。
这种方法目前已经广泛应用于人类基因治疗领域，尤其在修复致病基因和引入新基因方面取得了显著进展。
(3)基因组编辑基因组编辑技术可以通过同源重组来治疗遗传性疾病。
比如，在用于治疗Friedreich's ataxia（FA）的基因治疗研究中，研究团队采用基因克隆技术构建了能够靶向FA基因的重组质粒，并通过同源重组的方式将其导入细胞中。
同源重组的原理及过程
同源重组的原理及过程【最新版】目录1.什么是同源重组2.同源重组的基本过程3.同源重组的相关酶及其功能4.同源重组的种类5.异常重组6.总结正文一、什么是同源重组同源重组是分子生物学中的一个基本概念，它指的是在 DNA 双链断裂后，通过引入断裂的 DNA 片段并将其与同源 DNA 分子连接起来，从而完成 DNA 修复的过程。
在这个过程中，需要通过一定的机制来保证连接的准确性，这个机制就是同源重组。
二、同源重组的基本过程同源重组的过程可以分为以下几个步骤：1.两个同源 DNA 分子的联会：在 DNA 双链断裂后，两个同源 DNA 分子会在断裂部位形成一个联会结构，从而为后续的修复提供准确的模板。
2.引入断裂 DNA：在联会结构形成后，需要将断裂的 DNA 片段引入到联会结构中，这样才能保证后续的修复能够准确地进行。
3.在两条重组 DNA 间形成碱基互补的段片段起始区：在断裂 DNA 片段被引入到联会结构后，会在两条重组 DNA 间形成一个碱基互补的段片段起始区，这个起始区将为后续的链入侵提供起点。
4.链入侵后两个 DNA 分子相互交叉的 DNA 链联系在一起：在形成碱基互补的段片段起始区后，断裂 DNA 片段会通过链入侵的方式与同源DNA 分子连接起来，从而使得两条 DNA 分子相互交叉的 DNA 链联系在一起。
5.Holliday 联接体的剪切：在链入侵完成后，会形成一个称为Holliday 联接体的结构，这个结构需要通过剪切来完成 DNA 修复的最后一步。
三、同源重组的相关酶及其功能在同源重组的过程中，需要通过一些酶的参与来完成 DNA 的修复，这些酶包括：1.RecBCD：具有解螺旋核酸内切酶活性，能拆分 Holliday 结构。
2.RecA：能促进同源 DNA 单链的结合，具有单链、双链结合活性，NTP 酶活性。
四、同源重组的种类同源重组可以分为以下几种类型：1.位点特异性重组：这种类型的重组需要特异性位点和特异性位点的核酸内切酶参与。
染色体同源重组中的机制与调控
染色体同源重组中的机制与调控染色体同源重组是指两条同源染色体之间的重组过程，是生物基因组进化和遗传变异的重要机制之一。
同源重组可以发生在几乎所有生物中，包括真核生物和原核生物。
同源重组对于维持基因组稳定性、增加生物遗传变异、提升适应性等方面都有重要作用。
同源重组的机制同源重组主要涉及两个过程：DNA剪切和DNA连接。
在染色体同源重组过程中，DNA剪切是由核酸内切酶（endonuclease）介导的，通过切割同源染色体上的两条DNA链，从而形成单链DNA。
单链DNA在脱氧核糖核酸合成酶的作用下，反转录成DNA丝，再通过碱催化酶促进配对和连接来完成同源重组。
同源重组具有互换位置、替代性和修复损伤等功能。
在它的过程中，同源重组的前体分子间形成四刀形结构体，这样可以调节DNA链上的局部拓扑结构。
这些过程都涉及到DNA的精细控制和调节。
同源重组的调控同源重组过程中，大量的酶类蛋白在调控这个过程中发挥关键作用。
这些酶类蛋白可以被划分为DNA加工酶和DNA结构酶。
DNA加工酶主要负责DNA链上的剪切和连接，以及DNA分子的旋转和解旋。
DNA结构酶则负责调控单链分别和DNA链之间的互动并构形成四刀形结构，从而实现同源重组的细致调控。
外界环境的因素也可以影响染色体同源重组。
例如，放射线等DNA损伤因素可以刺激同源重组的发生。
而细胞内的信号通路则可以控制DNA结构与功能，从而改变同源重组的发生机制与效率。
研究同源重组的意义深入研究同源重组的机制与调控有助于我们理解细胞基因组稳定性的维持，基因遗传变异的形成，以及细胞DNA损伤应对机制的规范。
这些研究对于解决生物体的基因遗传变异、对抗严重的基因疾病、创造经济价值等方面都有巨大作用。
结语染色体同源重组是一种基础研究领域中的重要课题，需要多学科交叉学习和多方面研究。
当前，同源重组的机理和调控的研究正在迅速发展，带动了多个应用领域的发展。
因此研究这个领域不仅具有重要的科学价值，而且深入理解染色体同源重组的机制与调控还具有巨大的应用价值。
同源重组构建方法
同源重组构建方法引言：同源重组是一种常用的分子生物学技术，它可以通过将不同来源的DNA片段进行重组，创造出新的DNA序列，从而产生具有新功能的蛋白质或基因。
本文将介绍同源重组的基本原理、方法和应用。
一、同源重组的基本原理同源重组是指通过DNA的互补配对原则，将两个或多个DNA片段合并成一个新的DNA序列的过程。
同源重组的基本原理是依赖于DNA双链的互补配对能力，通过酶的介导，在互补的DNA片段之间形成骨架连接，从而实现DNA片段的重组。
二、同源重组的构建方法1.限制性内切酶切割法限制性内切酶切割法是同源重组中最常用的方法之一。
首先，使用限制性内切酶对目标DNA片段进行切割，生成具有互补末端的DNA片段。
然后，将不同来源的DNA片段进行混合，通过DNA 配对，使用DNA连接酶将其连接成一个新的DNA序列。
2.聚合酶链式反应法聚合酶链式反应法是一种利用DNA聚合酶复制DNA的特性，实现同源重组的方法。
首先，设计引物，使其与目标DNA片段的两个末端互补。
然后，在聚合酶链式反应体系中，加入不同来源的DNA片段和引物，通过DNA聚合酶的作用，使引物与DNA片段进行互补配对，从而实现DNA片段的重组。
3.化学合成法化学合成法是一种利用化学方法构建同源重组DNA的方法。
通过化学合成的方式，合成具有互补序列的DNA片段。
然后，将不同来源的DNA片段进行混合，通过DNA配对，将其连接成一个新的DNA序列。
三、同源重组的应用1.基因工程同源重组在基因工程中发挥着重要作用。
通过将不同基因的DNA 片段进行重组，可以产生具有新功能的蛋白质或基因。
这对于研究基因功能、开发新药物等具有重要意义。
2.基因组编辑同源重组也可以用于基因组编辑。
通过将外源DNA片段与目标基因进行同源重组，可以实现基因的敲除、替换或插入，从而实现对基因组的精确编辑。
3.物种改良同源重组在物种改良中也有广泛应用。
通过将不同物种的DNA片段进行重组，可以产生具有新特性的物种，如抗病性植物、高产量农作物等。
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方记向的相同重的组一条，单它链们； 都含有•3 一个异源双链区。
3. 切开的单链交换重接;
4. 形成交联桥结构； 5. 分支迁移：形成一大段异源 •4
双链DNA(Holliday结构)
•5
6. 绕交联桥旋转1800，形成
Holliday异构体；
• •7
7. 切开与重接：
左右切，形成非重组体
上下切，形成重组体。
•(2). 一个杂种分子得到校正，另一条未校正，有丝分裂后 分离形成 5:3 或 3:5 的分离比，属于半染色单体转变；
•(3). 两个杂种分子都被校正到同一种类型，有丝分裂后分 离形成 6:2或2:6 的分离比，属于染色单体转变；
•(4). 两个杂种分子都被校正到不同类型，有丝分裂后分离 形成 4:4 分离比，未出现基因转变；
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(二)、基因转变及其分子机理
1、异常分离与基因转变 粗糙脉孢菌： pdxp：酸度敏感的VB6依赖型 pdx： 酸度不敏感的VB6依赖型
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+ pdxp
× pdx +
•585个子囊中
孢子对
①
子囊
②
③
④
1 2
•? + pdxp pdx +
+ + pdx +
•-
•-
•-
因的遗传+ 学现象（源于-基因内重组）。+
•+
•+
•+
+
+
+
•+ -
••+-+-
••+-+-
•-
•-
+
+
•+
•+
-
+
•+
•+同源重组的分子机制
•染色单体转变•粪生粪壳菌(Ol•i半ve染): 色g+单×体g转-变
•+
•+
•+
•+
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•+
•+
•+
•+
•-
•-
•-
•+
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•+
•+
•+
•+
•+
Meselson-Radding模型 1975年Meselson Radding提出；
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断裂重接模型和模板选择复制模型存在的问题
断裂重接模型：不能解释基因转变和极化子现象；
模板选择复制模型： (1) 违背了半保留复制； (2) DNA复制在S期，重组在偶线期，不应同时发生； (3)不能解释3线和4线交换；
•基因转变的实质：重组过程中留下的局部异源双 链区，在细胞内的修复系统识别下不同的修复产 生的结果；
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•1
•6
•2 •
•3
•旋转1800
• •4
•5
•7
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•A •G
•B
•A •A
•B
•a •C
•b
•a •T
•b
•A
•G
•b
•A
•A
•b
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•二、Holliday模型
•依据：细菌重组chi结构 •基因转变
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•(一)、过程
•1
1. 同源的非姐妹染色单体联会;
•6
2. DNA内切无酶论在非H姐o妹ll染id色a单y 结•构2 断裂是否•导致旁侧遗传标
体的相同位置同时切开两个
•旋转1800
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•三、Meselson – Radding模 型
Holliday 模型中为对称的杂合双链，而实际情况有 不均等分离现象，1975年Meselson-Radding 提出模型解 释这种不对称重组现象；
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•修复校正：若一个杂种分子被校正•a
•C
•B
•a
•T
•B
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• Holliday 模型中，由于重组而产生的异源双链区存在 不配对碱基，可被细胞内的修复系统能够识别并以一条链 为模板进行切除修复：
•(1). 两个杂种分子均未得到校正，有丝分裂后分离形成4:4 或 3:1:1:3的异常孢子分离比，属于半染色单体转变；
•?
•-
•-
•-
•-
•6:2 (或 2:6)
•120/200000
•5:3 (或 3:5)
100/200000
•+
•+
•+
•+
•?
•-
•+
•?
•-
•-
•-
•-
•3:1:1:3
同1源6重/2组0的0分0子0机0制
2、基因转变的分子机制
•①在5：3和6：2分离的子囊中，约有30%也在g基因两侧 • 发生重组； •②发生基因转变的子囊中，基因转变和遗传重组都发生 • 于同样的两个染色单体上的子囊的比例高达90%；
+ + pdx + + pdxp + pdxp
3 + pdxp + + pdx + + +
4 pdx + + pdxp pdx + pdx +
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•-
•+
•-
•-
+
+
•+
•+
+
+
••基因转+变(gene
conver••+s-+-ion)：一个基因••转+-+- 变为它的等位基
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支持Holliday遗传重组模型的证据： 1、形态学上，Holliday中间体(Chi 结构)的电镜照片；
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•Holliday模型同样适用于环状DNA间的重组 两个环状DNA分子配对、断裂、重接形成“8”字
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•解释同源重组分子机制的模型：
断裂和重接模型 1937年，Darlington提出；
模板选择复制模型（copy choice ） Belling J.首先提出，1933年又撤回； 1948年，Hershey再次提出；
霍利迪(Holliday)模型 1964年Robin Holliday提出；
型结构中间物，根据切割的位置不同，可分别形成两 个亲本环、大的单体环或者是滚环结构，也可以形成 “χ” 结构。
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•2
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支持Holliday遗传重组模型的证据： 1、形态学上，Holliday中间体(Chi 结构)的电镜照片； 2、异源双链形成时，产生碱基错配导致与重组相关联 的基因转变的发生；
同源重组的分子机制
2020/11/7
同源重组的分子机制
•一、概 念
•同源重组：依赖大范围的DNA同源序列的联会，重组过
程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。
• 例：同源染色体非姐妹单体交换； • 细菌的转化、转导、接合； • 噬菌体的重组…
•条件：•2个DNA分子序列同源；
•不同物种同源重组所需的最小的同源序列不同；