基因重组与转座

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2020 基因敲除小鼠
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4.原核生物的同源重组
细菌同源重组的特点 细菌的接合、转化以及转导重组都是同源重 组，而且这种重组是发生在一个完整的环状 双螺旋DNA分子与一个双链或单链DNA分子 片段之间的。且重组需要3种基因所编码的 RecA和RecBCD蛋白质。
二、意义：
重组是遗传学的灵魂，没有重组就没有生物的进 化；没有重组也就没有现代的分子克隆技术。基 因变化、物种演变、进化的基础
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三、遗传重组的类型
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同源重组（Homologous recombination）
涉及两条携带同样遗传位点的染色体间的DNA序列交换。
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1.同源重组定义：
• 同源重组（Homologus Recombination) 是 指发生在姐妹染色单体（sister chromatin) 之间或同一染色体上含有同源序列的 DNA分子之间或分子之内的重新组合。
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2.同源重组特性：
同源性，无特异性的要求，重组就可以在此 序列中的任何一点发生。
– 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：
– 交互重组和基因转换
Double-strand breaks initiate recombination
（双链断裂重组模型）
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基因重组
宋成义 博士/副教授
主要内容
基因重组 –同源重组 –位点特异性重组 –转座重组 –拷贝选择
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第一节 基因重组概述 第二节 同源重组 第三节 位点特异性重组 第四节 转座重组
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第一节 基因重组概述 一、定义：
是指由于不同DNA链的断裂和连接而产生的 DNA片段的交换、插入等的重新组合，形成新 的DNA分子的过程。
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同源重组需要一系列的蛋白质催化，如原核 生物细胞内的RecA、RecBCD、RecF、RecO、 RecR等；真核生物细胞内的Rad51、Mre11Rad50等等。
同源重组可以双向交换DNA分子，也可以单向转移 DNA分子，后者又被称为基因转换（Gene Conversion)。
同源区越长越有利，同源区太短，越难发生 重组;只要同源序列足够长，那么即使相差仅 1bp的不同的遗传标记，仍然可能发生重组
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大肠杆菌重组:至少要求有20—40bp 是相同的
大肠杆菌基因组与噬菌体或质粒重 组:大于13bp
枯草杆菌基因组与质粒重组:大于70 bp
哺乳动物重组:150bp以上
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3.真核生物的同源重组模型
• Holliday model，相互侵入（交换）模型
– Robin Holliday于1964年提出了重组的杂和DNA 模型，又称Holliday模型。解释了交互重组现象： 对称的杂合双链
Meselson-Radding model（单链侵入模型）
Holliday model
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Meselson-Radding（单链侵入模型）
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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1.在两个DNA分子中的一个单链 发生断裂 2.游离出一个单链末端侵人到另 一个DNA分子中。 2.被切割的DNA留下的缺口由 DNA聚合酶进行修复。 3.在另一个DNA分子中被替代的 链降解，而两个末端被连接。 4.开始，一个异源双链将只在两 个DNA分子中的一个形成，支链 迁移将在另一个DNA分子上产生 另一个异源双链。 像在Holliday模型一样，异构化使 两侧的DNA分子重组。通过这个 模型，异源双链首先只在两个 DNA分子中的一个形成。然后一 旦Holliday连接体形成，支链迁移 能在另一个DNA分子上产生异源 双链。
位点特异性重组（Site-specific recombination）
发生在两个特异序列之间。
转座重组 （Transposition）
指的是转座子移到基因组的新位点。
拷贝选择（Copy choice）
是一种RNA病毒使用的重组。
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第二节 同源重组
1. 定义 2. 特性 3. 真核生物的同源重组 4. 原核生物的同源重组
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（单链侵入模型）
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Double-strand breaks initiate recombination(双链断裂重组模型)
• 虽然Holliday模型以及随后的Meselson和Radding所作 的修改可以解释生物中发生的大多数同源重组事件， 但仍有一些例外的重组现象，最典型的例子为基因转 换(gene conversion)。
• 基因转换首先在酵母及真菌中被发现，现已证实在许 多生物中存在。
• 一种等位基因形式转变为另一种等位基因形式，只发 生在减数分裂时期。
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异常分离与基因转变
在一个杂合体中，如果一染色体把基因A交给它的 同源染色体，则它的同源染色体必定把基因a交回给它， 所以在真菌中，一个座位上的两等位基因分离时，应 该呈现2：2或1：1：1：1或1：2：1的分离(表8-1)，这 就说明重组通常总是交互的。可是Lindegren在面包酵 母（Saccharomyces cerevisiae）中发现，有的子囊含有 （3A+1a）或（1A＋3a）的子囊孢子。以后在脉孢霉、 酿酒酵母、子囊菌Ascobolus immersus及果蝇中也发现 这种现象。
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原核生物的同源重组通常发生在DNA复 制过程中，而真核生物的同源重组则常 见于细胞周期的S期之后。
重组热点:一些序列发生重组的频率高于 其他序列
真核生物的染色质状态影响重组，如异 染色质及其附近区域很少发生重组。
在真核生物中，双链DNA分子间基因重 组是完成减数分裂所必需的