分子生物学第六章基因重组

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基因重组的概念

基因重组的概念

基因重组的概念基因重组是指一个基因的DNA序列是由两个或两个以上的亲本DNA组合起来的。

基因重组是遗传的基本现象,病毒、原核生物和真核生物都存在基因重组现象。

减数分裂可能发生基因重组。

基因重组的特点是双DNA链间进行物质交换。

真核生物,重组发生在减数分裂期同源染色体的非姊妹染色单体间,细菌可发生在转化或转导过程中,通常称这类重组为同源重组(homologous recombination),即只要两条DNA序列相同或接近,重组可在此序列的任何一点发生。

然而在原核生物中,有时基因重组依赖于小范围的同源序列的联会,重组只限于该小范围内,只涉及特定位点的同源区,把这类重组称作位点专一性重组(site-specific recombination),此外还有一种重组方式,完全不依赖于序列间的同源性,使一段DNA序列插入另一段中,在形成重组分子时依赖于DNA复制完成重组,称此类重组为异常重组(illegitimate recombination),也称复制性重组(replicative recombination)。

自然重组自然界不同物种或个体之间的基因转移和重组是经常发生的,它是基因变异和物种进化的基础。

自然界的基因转移的方式有:接合作用:当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时,质粒DNA就可从一个细胞(细菌)转移至另一细胞(细菌),这种类型的DNA转移称为接合作用(conjugation )。

转化作用(transformation) 通过自动获取或人为地供给外源DNA,使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型。

转导作用:当病毒从被感染的(供体)细胞释放出来、再次感染另一(受体)细胞时,发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组即为转导作用(transduction)。

转座:大多数基因在基因组内的位置是固定的,但有些基因可以从一个位置移动到另一位置。

这些可移动的DNA 序列包括插入序列和转座子。

由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座(transposition )。

基因重组知识点总结

基因重组知识点总结

基因重组知识点总结一、基因重组的原理基因重组的原理是在DNA分子水平上,通过切割和重组DNA的不同片段,形成新的DNA 序列。

基因重组可以实现DNA片段的互换、合并、删除或插入操作,从而改变DNA的序列,并且产生新的基因组合。

基因重组的原理主要涉及到DNA的结构、酶的作用和DNA片段的互补配对等方面。

1. DNA的结构DNA是由四种碱基(腺嘌呤A、胞嘧啶T、鸟嘌呤G、胞嘧啶C)组成的双链分子,它的结构在空间上呈现出双螺旋的形态。

每一条DNA链都由磷酸和脱氧核糖组成,而这些单元组成了DNA的主干。

而碱基对(A-T、G-C)则连接了两条DNA链,形成了DNA的双链结构。

2. 酶的作用在基因重组的过程中,酶起着至关重要的作用。

例如,核酸酶能够切割DNA分子,使得DNA的特定区域被切割成不同的碱基序列;而连接酶则能够将不同的DNA片段连接起来,形成新的DNA序列。

此外,一些重组酶还可以通过其催化作用来促进DNA分子的重组。

这些酶的作用在基因重组的过程中起着关键的作用。

3. DNA片段的互补配对在DNA重组的过程中,DNA分子的互补配对起着非常重要的作用。

DNA的双链结构使得其具有互补配对的性质,即A会与T形成氢键,而G则会与C形成氢键。

这种互补配对性质使得DNA片段能够通过互补配对的方式进行连接或重组。

综上所述,基因重组的原理涉及到DNA的结构、酶的作用和DNA片段的互补配对等方面。

通过这些原理,我们可以实现DNA分子中某一段DNA片段的与同一DNA分子或不同DNA分子中的另一段DNA片段重新组合成新的DNA序列。

二、基因重组的方法基因重组的方法主要包括DNA重组、基因克隆、基因组编辑和CRISPR-Cas9等。

这些方法可以分别用于不同的应用领域,并且在现代生物技术中有着重要的价值。

1. DNA重组DNA重组是指通过DNA片段的切割和重组来形成新的DNA序列。

这一方法主要依赖于核酸酶的切割作用和连接酶的连接作用。

高中基因重组ppt课件

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原因 这种重组通常是由于DNA链之间 的错误配对和修复机制引起的。
过程 非同源重组通常发生在两条DNA 链的特定区域,这些区域由不同 的DNA序列定义。在重组过程中 ,这些区域会相互交换,以产生 新的DNA组合。
转座因子引起的重组
定义
转座因子引起的重组是指由于转座因子的存在而 引起的DNA序列之间的交换。
过程
当转座因子在DNA链上移动时,它们可以引起 DNA序列的重新排列和复制,从而产生新的DNA 组合。
原因
转座因子是一种可以在DNA链上移动的基因,它 们可以引起DNA序列的重新排列和复制。
重要性
转座因子引起的重组在生物进化中起重要作用, 因为它们可以产生新的基因组合和功能。同时, 它们也是导致基因组不稳定和疾病发生的重要因 素之一。
Western印记杂交
总结词
一种用于检测特定蛋白质的技术。
详细描述
将蛋白质样本与特定的抗体进行杂交,然后通过曝光底片显示结果,从而判断是 否存在目标蛋白质。
06
基因重组的未来展望
基因重组技术的改进
技术优化
不断优化重组技术,提高重组效率、准确性和稳定性。
新的应用领域
拓展基因重组技术在生物医药、农业、环保等领域的应用。
基因重组技术的伦理和社会问题
安全性问题
重组技术可能产生不可预 测的后果,对人类健康和 生态环境造成潜在风险。
人类尊严问题
基因重组技术可能对人类 生命系统产生深远影响, 需要谨慎考虑其伦理和道 德问题。
社会接受度
公众对基因重组技术的接 受程度和态度需要关注和 引导。
THANKS。
解决伦理和社会问题
积极参与伦理和社会问题的讨论,推动合理、规范地应用基因重 组技术。基因重组技术的商业化前景源自010203

06.第六章-遗传重组的分子机理

06.第六章-遗传重组的分子机理
• Mu是一种温和型噬菌体,一般温和型噬菌体如λ噬 菌体整合到宿主染色体的特定位置(即位点专一 性重组),但是Mu几乎可以插入宿主染色体的任 意位置,因而引起很高的基因突变率。
• Mu的DNA是线型的,两端没有粘性末端,而是类 似于IS的序列,并有与转座有关的基因A和基因B , 其整合方式与λ噬菌体不同,不是位点专一性的整 合和切除,而是类似于转座因子,其末端常常带 有一小段宿主DNA,因而可以引起转导。
model): DNA双链的断裂与重接
3)Holliday模型:异源双链
(heteroduplex)的断裂与重接
4)Meselon-Radding 模型:
1.Holliday 模型
a) 同源染色体联会
b) 内切酶切割非姊妹染 色单体DNA
c) 交换重接形成交联桥 结构(cross-bridge
structure)
A: phe- try- tyr- × B: met- his-
苯丙AA 色AA 酪AA
甲硫AA 组AA

原养型菌落
phe+ try+ tyr+ met+ his+
问题:是接合引起的?是转化引起的?
U型管实验
• 但在这里,结果却获 得了原养型菌株,说 明有一种可通过滤膜 的过滤性因子(FA), 细菌不必直接接触即 可进行基因转移
遗传学讲义 第六章 遗传重组的分子基础
中国海洋大学 生命学院 汪小龙 xiaolong@
1、遗传重组的类型
(1) 同源重组(homologous recombination)
又叫普遍性重组(generalized recombination) ,大范围同源序 列对等交换。真核生物减数分裂中同源染色体联会,非姊妹 染色单体之间的交换就是同源重组。需要重组蛋白因子参与, 如E.coli. 的RecA.参与重组,又叫依赖于RecA的重组(RecAdependent recombination);

分子生物学 6 DNA 损伤、修复和重组

分子生物学 6 DNA 损伤、修复和重组

吖啶橙、原黄素、吖黄素等吖啶类染料 嵌合到DNA碱基对之间 base addition /deletion / frameshift mutation
DNA损伤(DNA damage)
自发损伤: 脱氨基/ 脱嘌呤 外源损伤: 1. 氧化损伤 (需氧细胞) 活性氧:超氧化物,过氧化氢和羟自由基(· OH) 8-氧鸟嘌呤,2-氧腺嘌呤,5-甲酰尿嘧啶 2. 烷基化损伤 影响DNA复制和转录时的解旋 多数是间接诱变 3. 加成损伤 嘧啶二聚体 苯并芘(肝脏细胞色素P-450) 双环氧物-G 芳基化试剂 黄曲霉毒素B1(肝致癌剂)
DNA损伤、修复和重组
突变和突变发生
(mutation and mutagenesis) DNA损伤(DNA damage) DNA修复(DNA repair) 重组(recombination)
突变概念
突变(mutation) DNA分子碱基序列的可遗传改变 突变体(mutant) 与野生型(+)相对 突变剂(mutagen) 突变发生(mutagenesis) 自发突变(spontaneous mutation) 诱发突变(induced mutation)
突变类型 1. DNA碱基序列改变的多少 单点突变(point mutation) 碱基替换(base substitution) 转换(transition) A-T G-C 颠换(transversion)A-T T-A 碱基增加(base addition) 碱基删除(base deletion) 多点突变(multiple mutation)
BER
5' 3' UvrABC 3' 5' 3' 5' Pol I (或δ和ε) 5' 3' DNA glycosylase 5' 3' AP内切核酸酶 5' 3' 进一步酶切

分子生物学第5章、第6章

分子生物学第5章、第6章

•DNA分子内或分子间发生遗传信息的重新组合,称为 遗传重组,或基因重排。→ 重组DNA •真核生物基因组间重组多发生在减数分裂时同源染 色体之间的交换;细菌及噬菌体的基因组为单倍体, 来自不同亲代两组DNA之间可通过多种形式进行遗传 重组。 •DNA重组对生物进化起着关键的作用。 •重组分类:同源重组(homologous recombination) 、 位点特异性重组(site-specific recombination)、 转座重组(transposition recombination)和 异常重组(illegitimate recombination)。
1. 互变异构体:碱基发生烯醇式-酮式互变异构或者氨 基-亚氨基互变异构时,使碱基错配。 2. 脱氨基作用:碱基上氨基自发脱落,或在诱变剂的 作用下脱去氨基,则C→U、A →I、G →X,引起子 链错误。 3. DNA聚合酶“打滑”:DNA复制时发生碱基的环出现 象,引起一个或数个碱基的插入或缺失,易发生于 几个相同碱基串联的部位。 4. 活性氧(O3)引起的诱变:①氧化碱基与C、A配对, 造成GC → TA颠换,这种损伤可以积累;②H2O2造成 的DNA氧化损伤,此类损伤一般能被修复。
核苷酸切除修复
错配修复
错配修复对 DNA复制忠实 性的贡献力达 102-103,DNA 子链中的错配 几乎完全都被 修正,充分反 映了母链的重 要性。
大肠杆菌甲基化引 导的错配修复
重组修复
易错修复和SOS反应
•SOS反应:当DNA损伤广泛难以继续复制时,由此而
诱发出一系列复杂的反应。
•这种修复特异性低,对碱基的识别、选择能力差。
5.3.4 基因突变的后果
基因突变的后果主要是生物功能的丧失。 某一基因突变后使其所表达的蛋白质或酶失活, 有时还会引起多种酶的缺乏。 有些突变可产生功能获得性显性表现型。 典型的人体细胞突变每个基因每代发生率为107~10-5,但并非所有的突变都会导致疾病。

基因重组方法=全PPT课件

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.
23
外源DNA被降解,转导失败。
(2)局限性转导(specialized transduction)
温和噬菌体感染
整合到细菌染色体的特定位点上
宿主细胞发生溶源化
溶源菌因诱导而发生裂解时, 在前噬菌体二侧的少数宿主 基因因偶尔发生的不正常切 割而连在噬菌体DNA上
部分缺陷的温和噬菌体
把供体菌的少数特定基因转移到受. 体菌中
的转化现象
目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力
进行自然转化,需要二方面必要的条件:
建立了感受态的受体细胞
外源. 游离DNA分子
30
枯草芽孢杆菌的自然转化过程(革兰氏阳性菌的转化模型)
分泌感受态因子
与细胞表面受 体M相互作用
使细胞表面的 DNA结合蛋白 及核酸酶裸露出 来,使其具有与 DNA结合的活 性
b)决定因素也各有不同;
.
34
(2)人工转化
在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段, 是基因工程的奠基石和基础技术。
不是由细菌自身的基因所控制;
用多种不同的技术处理受体细胞,使其人为地处于一 种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。
用CaCl2处理细胞,电穿孔等是常用的人工转化手段。
质粒的转化效率高;
含有F因子的细胞:“雄性”菌株(F+),其细胞表面有性菌毛 不含F因子的细胞:“雌性”菌株. (F-),细胞表面没有性菌毛7
F因子为附加体质粒 既可以脱离染色体在细胞内独立存. 在,也可插入(整合)到染色8 体上
F因子的四种细胞形式
a)F-菌株, 不含F因子,没有性菌毛,但可以通过 接合作用接收 F因子而变成雄性菌株(F+);
.

第六章遗传重组

第六章遗传重组
第六章 遗传重组
1
主要内容
概述 6.1 6.2 6.3 6.4
同源重组 位点专一性重组 转座重组 异常重组 (了解)
2
概述:
遗传重组是生物界普遍存在的遗传现象。 进行有性生殖的物种在减数分裂过程中发生重组。 若发生了物理交换,则遗传物质产生新的排列组合。 生存→变异→突变,重组 适应环境、加速进化;损伤修复等。
链上,因而出现很低的转化频率。
敲除校正基因可使受体菌变为高转化效率菌。
45

P125
必须掌握
同源重组的功能和基本条件
同源重组的生物学功能: (1)对维持种群的遗传多样性有重要意义 (2)在真核生物中,同源重组使染色体产生瞬间物理连接, 保证了减数分裂中染色体的正确分离; (3)有助于损伤DNA的修复。 同源重组的发生应具有以下基本条件: (1)在交换区具有相同或相似的序列;

33
A A a a

粪壳菌的子囊孢子因在减数 分裂中或减数分裂后8孢子 中发生不同的修复作用,而 产生多种不同的分离比。
A A
a a
野生型:突变型 分离比有6:2;
4:4;
2:2:2:2等
34
(6)双链断裂修复模型
目前证明通过两个DNA分子之中的一个双链 断裂引发重组是个常见的机制。 该模型认为参与重组的两个DNA分子之一的 两条链被核酸内切酶切断,然后在核酸外切 酶作用下产生3’单链黏性末端。 两个3’游离末端之一侵入到另一个双螺旋的 同源区,臵换“供体”双螺旋的一个单链而 形成一段异源双链DNA,并同时产生一个D 环(D-loop)。
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分子生物学第六章基因重组
一、同源重组
• 功能:减数分裂时染色体分配、DNA修复、特定噬菌体的 复制、酵母的交配型转换、真核基因组的遗传作图、基因 导入
• 模型: 拷贝-选择:在DNA复制中,新生链延伸时转换为新的模板。
如DNA修复。 断裂-重新连接:重组没有在复制中产生,DNA链在双链间
recombination and insertion
3. l-encoded excisionase (XIS): excision of the phage DNA
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分子生物学第六章基因重组
• 整合过程要求在 attp和attB之间进行 识别;而移除过程 则需要在attL和attR 之间进行识别
• 一个链与另一个链 的连接点叫做重组 关节。
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分子生物学第六章基因重组
• 重组关节能沿着 DNA双链分子移动, 这种移动叫做枝状 迁移
• 在一条链被另一条 链取代的过程中, 分叉点可以沿任一 个方向移动
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分子生物学第六章基因重组
• 交差分子旋转 后形成一个平 面结构-----Holliday结构
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分子生物学第六章基因重组
•RecA catalyzes single-strand assimilation
RecA promotes the assimilation of invading single strands into duplex DNA so long as one of the reacting strands has a free end.
二、位点专一性重组
• 非序列同源性 • 重组位点特异 • 由识别特异重组位点的酶指导 • 导致DNA序列发生重排
• 举例:
l噬菌体插入细菌基因组 l噬菌体从细菌基因组中切离
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分子生物学第六章基因重组
•Site-specific recombination: ( 位点专一性重组) •bacteriophage l insertion
• 重组过程是可逆的, 但反应条件不同: 整 合 反 应 需 要 int 产 物 和 IHF 因 子 ; 移 除反应还需要噬菌 体xis基因产物。
• xis基因产物决定噬 菌体是否进行复制
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分子生物学第六章基因重组
整合的过程:
A. 具有对特异性DNA强烈亲和力的Int与 attP和attB位点结合;
三、转座重组
特点:
1.自身携带有转座酶基因,末端有反向重复序列 ;
2.转座过程中出现共联体;
3.转座以后,可以造成原来转座子位置的DNA缺 失(非复制转座),也可以依然保持在原位,而 在靶序列上复制了一个转座子(复制转座);
• attp发挥作用要240bp,而attB只需要由-11 到+11的23bp的片断即可发挥作用,在这个 片段中,核心两侧只有4bp
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分子生物学第六章基因重组
通路克隆系统 gateway cloning system
• 一种位点特异的DNA重组技术,包括LR和 BP两个反应体系。可简单表示为:
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分子生物学第六章基因重组
细菌基国重组中的单链同化作用
single-strand assimilation
• DNA分子的单链部分通过碱基互补配对转移 到另一DNA双链分子中,称为单链吸收或单 链同化。
• 有三个必备条件:

DNA分子必须有单链区

DNA分子必须有自由3’端


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分子生物学第六章-基因 重组
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2020/11/10
分子生物学第六章基因重组
遗传重组
• 重组recombination: 是已存在的遗传物质 产生新的组合的过程。
• 分子间或染色体间重组:离散的染色体 混合时产生新的组合。如真核染色体减 数分裂时的染色体独立分配。不依赖酶。
• 分子内或染色体内重组:通过DNA的剪 切和连接产生新的染色体类型。依赖酶。
•How: Holliday model
1. Nicks made near Chi (GCTGGTGG/each 4 kb) sites by a nuclease with recBCD.
2. RecA binds to ssDNA to form RecA-ssDNA.
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分子生物学第六章基因重组
分子生物学第六章基因重组
•Haploid prokaryotes •(单倍体生物原核同源重组)
•Between the two homologous DNA duplex (where) • partially duplicated DNA of the chromosome • between chromosomal DNA and “foreign” DNA
• 5. Branch migration & resolving Holliday junction
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分子生物学第六章基因重组
•Haploid prokaryotes (原核同源重组)
•Resolving •Holliday junction
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分子生物学第六章基因重组
•Haploid prokaryotes •(原核同源重组)
• 3. RecA-ssDNA filaments search the opposite DNA duplex for corresponding sequence (invasion).
• 4. Seal the nicks and form a four-branched Holliday structure
• Chi是一个被RecBCD基因编码的酶的作用目标。
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分子生物学第六章基因重组
•RecBCD是有强烈降解DNA能力的核酸酶,在SSB存在下, 有解开DNA双链的酶活性和ATP酶活性,它在重组中所起 的作用便是提供带有自由3’端的单链DNA。
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• 转座transposition:非同源性依赖。由转座酶、整合酶指 导。酶识别转座因子两端特异序列,但受体位点相对非 特异。
• 不正常重组或非常规重组illegitimate recombination:很少 或不需要同源性。一般使用不正常底物进行细胞正常加 工。与癌症相关。
• 人工重组artificial recombination: 体外进行DNA的剪切和 连接引起的重组,即基因重组。
Chi序列刺激它周围附近的重组
• 与重组有关的基因称为Rec基因
• Rec突变体不能进行同源重组
• 大约10~20个与重组有关的DNA位点通过E. coli 的 Rec基因突变体鉴定
• Chi序列能刺激它周围附近的重组:

5’GCTGGTGG 3’

3’CGACCACC 5’
• Chi序列在大肠杆菌中每5—10kb出现一次
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分子生物学第六章基因重组
• 染色体的重 组包含部分 的物理性的 改变:破损 与再联合
•两条DNA双 链分子的联接 作用是基因重 组的关健环节
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•细线期
•偶线期 •粗线期
•同化作用
分子生物学第六章基因重组
• 同源染色体两对 DNA双链在相应点 产 生 nick , 一 条 单 链离开它的伙伴, 与另一个双链分子 的相应位置倒易位 置,创造了两个 DNA双链之间的连 系,这种连接在一 起的一对双链叫做 交差分子。
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分子生物学第六章基因重组
•Diploid eukaryotes: crossing over ( 双倍体染色体交换)
1. Homologous chromosomes line up in meiosis (when) 2. The nonsister chromatids exchange equivalent sections (what)
attBXattP
attLXattR
用途:
• PCR产物的定向克隆
• DNA片断高效、广泛的亚克隆
• 氨基或羧基末端的融合蛋白表达
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分子生物学第六章基因重组
LR反应和BP反应
• LR 反应:通路克隆的主要反应,LR 克隆酶(整合酶( Int) 和整合宿主因子( IHF) 蛋白)识别attL 和attR 重组位点后, 催化入口克隆(entry clone) 的外源DNA 及其两端部分位 点取代目标载体(destination vector) 的ccdB 基因及其两 端部分位点(灰色) ,形成表达克隆(expression clone) 。
3’端必须设置在两分子互补区
分子生物学第六章基因重组
RecA催化单链的同化作用
• RecA催化单、双链DNA的反应分为三个阶 段:
◆ RecA在单链DNA上慢慢聚合。

DNA与其互补物在双链上快速配对
反应,产生异源双链连接
◆ 异源双链DNA区带。
,产生一个长的
• SSB(单链结合蛋白)的存在刺激了这个反应
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分子生物学第六章基因重组
• RecA介导的DNA修复
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分子生物学第六章基因重组
重组热点
• 重组起始于双链破损。双链破损在轴素形成期 产生,在联会丝复合物形成阶断消失(~60min)
• 在染色体上容易发生双链破损的位点,称为重 组热点。
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分子生物学第六章基因重组
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