同源重组的分子机制
同源重组的分子机制
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；
哈工大-遗传学
同源重组的分子机制
(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
哈工大-遗传学
同源重组的分子机制
+ 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
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。
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。
同源重组和相同的DNA修复机制
同源重组和相同的DNA修复机制DNA是构成生命体的基础，也是遗传信息的载体，但是在DNA复制和细胞分裂过程中，会出现许多突变和错误，因此细胞需要一套完善的机制来修复DNA，同时也需要一些特殊的机制来保证在细胞分裂时基因组的稳定性。
同源重组和相同的DNA修复机制就是其中两个非常重要的机制。
一、同源重组机制同源重组是一种重要的基因修复机制，主要发生在有性生殖的生物中。
在染色体发生断裂或受到多种损害的情况下，同源重组机制可以把损坏的DNA修复完整。
同源重组是指两条相同的DNA分子发生互相配对、断裂和重组的过程。
它需要两个相同的DNA分子在某些区域上具有完全相同的序列，即同源序列。
同源重组机制主要有两种形式：交叉连锁重组和非同源重组。
交叉连锁重组发生在有性生殖中，受交叉点的影响，在两条染色体的相同区域，交换杂交合子的DNA片段。
非同源重组则是发生在细胞中，DNA损伤时，细胞会短暂停止复制，启动同源重组，使恢复DNA的完整性。
同源重组机制在细胞遭遇致命DNA损伤时起着重要的角色，例如辐射、化学致癌剂、紫外线等。
同源重组机制除了能够修复DNA，还可以使DNA序列多样化，对物种的进化也起着非常重要的作用。
二、相同的DNA修复机制DNA修复机制是细胞保持基因组完整性的重要机制。
现有的DNA修复机制主要有四种：直接损伤修复、错配修复、基础切割修复和同源重组修复。
这些机制在基本原理上相似，它们的共同目标是清除损伤的DNA和重建功能完整的DNA双链。
相同的DNA修复机制是指在两个不同的细胞中，进行基本相同的DNA修复方案。
相同的DNA修复机制经常发生在原核和真核生物的细胞中，如细菌和哺乳动物细胞的DNA修复机制基本上是相同的。
DNA修复机制在生命的演化过程中起着至关重要的作用，它不仅可以减少DNA突变的发生，还能使DNA序列得以多样化。
此外，DNA修复机制对生命组织的功能、表现异同以及物种演化等都有一定的影响和意义。
同源重组对细胞DNA修复的影响研究
同源重组对细胞DNA修复的影响研究同源重组是一种基因重组方式，它能够在细胞分裂过程中发挥重要的作用。
该机制与DNA修复之间的联系是非常紧密的。
对同源重组在DNA修复中的影响进行研究，有助于加深我们对基因组稳定性和肿瘤发生机制的认识。
一、同源重组的基本原理同源重组是指两条相似的DNA分子在某些相同的区域发生交换，从而形成新的组合。
通常这两条DNA分子来自于染色体的不同部位，但具有相同的段落（称为同源序列）。
这种现象发生在细胞分裂过程中的染色体重组、染色体修复和重组修复等过程中。
同源重组的过程可以简单地追溯到三步：切割、粘贴和合并。
首先，一个酶复合物切割了某一条DNA分子上的一段序列。
该序列携带着细胞所需的信息，或者在分裂时出现了错误。
然后，这个酶复合物将切下的DNA分子与与其同源的另一条DNA分子的相应区域做粘接。
最后，经过一系列复杂的过程，这两个DNA分子被合并在一起。
这样，DNA序列得到了更新或修复，细胞分裂能够继续进行。
二、同源重组在细胞DNA修复中的作用DNA本身存在着各种自我修复机制，但当DNA发生严重的损伤时，这些自我修复机制就显得十分有限。
这时，就需要依靠其他机制，如同源重组，来修复损伤。
基于同源重组的DNA修复途径主要有两种：相互重组和非同侧重组。
相互重组指的是两条同源DNA分子在某一段区域发生切割和交错，形成新的组合。
非同侧重组则是通过同源重组的机制，在DNA双链断裂时使另一条同源染色体的DNA序列参与合并，从而对受损的DNA分子进行修复。
同源重组的作用不仅局限于DNA修复，它还能够在细胞周期中发挥调节作用。
一些先前的研究表明，同源重组失调可能会导致染色体不稳定、癌症等疾病的发生。
因此，深入研究同源重组的分子机制及其在细胞周期中的作用，对防治某些疾病具有重要的意义。
三、同源重组对DNA修复的影响研究同源重组在DNA修复中的重要作用已经得到了广泛的关注。
最近的研究显示，某些蛋白质对同源重组在DNA修复中的发挥具有重要作用。
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。
同源重组及其在进化中的作用
同源重组及其在进化中的作用进化是一种自然的现象，是指生物种类逐渐改变和适应随时间的变化。
进化是生物体基因变异和重组的结果。
遗传是生命的基本属性，也是进化的源泉。
一种生物体内所有的细胞都拥有相同的DNA序列，但是由于基因突变、重组或DNA修饰等原因，会产生遗传差异，这种差异对于生物体适应环境和进化具有非常重要的意义。
同源重组（homologous recombination, HR）指的是一种DNA重组方式，其发生在非常相似的DNA序列之间。
在真正的同源重组中，则要求参与重组的DNA 序列不仅相似，而且需要有一些共同的结构域，比如同源片段在两个DNA序列上的同一位置位置上等等。
同源重组在有性生殖中广泛发生，是维持生物种的基因稳定性和多样性的重要机制。
同源重组如何发生？同源重组依赖于多种复杂的分子机制，大体上可以分为DNA双链断裂、单亲链入侵和DNA捻合等三个步骤。
首先，DNA双链断裂是同源重组的第一步，它使染色体上的两条DNA链之间产生了断裂，并暴露了互补的OPPOSITE链。
产生DNA双链断裂的原因很多，包括化学物质暴露、紫外线，线粒体中的自由基等。
除此之外，还有一些DNA复制和DNA修复所必需的酶也能活跃于同源重组中。
接着，被双链断裂的DNA会产生单链断裂，并对同源DNA序列寻找搭档。
通过串列基因串和复制蛋白的帮助，单亲链进入互补的DNA序列，形成互补的串列基因串复合物。
随后，一个方向由长的DNA绳血运动，完成侵入后，原DNA 则绕过侵入的DNA，在同一水平上，形成了基因串的聚集。
第三步是捻合，转移，连结和合裂。
基因串复合体往往形成循环，导致同源DNA序列双层发生交叉。
经过一系列的分子机制调控，这些交叉连接点被被形成DNA切割，转移和连接的一系列酶切断和再重组，在整个复合体的作用下，完成同源重组的全过程。
同源重组在进化中的作用同源重组在进化过程中有着十分重要的作用。
首先，同源重组是一种保留和传递优良基因的机制。
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(7)
A
B 3'
5'
5
b
3'
分支点移动
B
(8)
A
B
两臂旋转
b a
(9)
A
B
b a
(10)
A
B
A B
b a
(11) A
B
a
b
A
B
a
b
b a
A
b
a
B
A
b
a
B
a
b
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；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
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
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。
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
2
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
哈工大 -遗传学
(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；
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；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
1 6
2
旋转1800 3
4
5
7
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
A
G
B
A
A
B
a
C
b
a
T
b
A
G
b
A
A
b
a
C
B
a
T
B
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
+ pdxp
× pdx +
585个子囊中
孢子对
①
子囊
②
③
④
1 2
? + pdxp pdx +
+ + pdx +
+ + pdx + + pdxp + pdxp
3 + pdxp + + pdx + + +
4 pdx + + pdxp pdx + pdx +
哈工大 -遗传学
+
+
+
+
+
+
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+
-
-
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+
+
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?
-
-
-
-
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+
+
+
?
-
+
?
-
-
-
-
6:2 (或 2:6)
120/200000
5:3 (或 3:5)
100/200000
3:1:1:3
16/200000
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%；
第六章 同源重组的分子机制
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；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
(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
4
5. 分支迁移：形成一大段异源
双链DNA(Holliday 结构)
5
7
6. 绕交联桥旋转1800，形成源自Holliday 异构体；
7. 切开与重接：
左右切，形成非重组体
上下切，形成重组体。
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
(1) 5' A 3' 3' 5' a
(2) 5' A 3' 3' 5' a
B 3' 5' 5'
b 3' 联会
B 3' 5' 5'
b 3' 酶切
(3) 5' A 3' 3' 5' a
(4) 5' A 3' 3' 5' a
B 3'
5'
5'
b
3'
游离端移动联会
B 3'
5'
5'
b 3' 游离端交叉连接
(5) 5' A 3' 3' 5' a
B 3' 5' 5'
b3 形成单链交叉
(6) 5' A 3' 3' 5' a
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；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
二、Holliday 模型
依据：细菌重组 chi结构 基因转变
哈工大 -遗传学
Meselson-Radding 模型 1975年Meselson Radding 提出；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
1
2.
断裂重接模型
3.
4.
1．
2.
3.
4.
模板选择复制 模型
图 23-3 断裂重接模型和模板选择复制模型的比较
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
断裂重接模型和模板选择复制模型存在的问题
第六章 同源重组的分子机制
哈工大 -遗传学
第六章 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；
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
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；
(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；
第六章 同源重组的分子机制
(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ay单 结2构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
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；
第六章 同源重组的分子机制
--
-+
-+
-+
++
++
+-
+-
-+
-+
-+
基因转-变+(gene convers-io-n) ：一个基因-转+变为它的等位基
因的遗+传+学现象（源于+ 基+ 因内重组）。+ +
+-
+-
+-
-+
-+
-+
-+
+-
++
+-
+-
染色单体转变粪生粪壳菌(Oliv半e)染: 色g +单×体g转-变
哈工大 -遗传学
第六章 同源重组的分子机制
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；