分子生物学第7章 DNA的重组与转座

Barbara McClintock 芭芭拉·麦克林托克) (芭芭拉 麦克林托克) 19021902-1992
C基因-Ds基因-Ac基因： Ac-Ds 控制系统 基因-Ds基因-Ac基因： Ac基因 基因 《玉米易突变位点的由来与行为》(1950)，《染色体结构和基 玉米易突变位点的由来与行为》(1950)， 因表达》 因表达》(1951)
7.2.2 细菌的特异位点重组
鼠伤寒沙门氏菌H1鞭毛蛋白和 鞭毛蛋 鼠伤寒沙门氏菌 鞭毛蛋白和H2鞭毛蛋 鞭毛蛋白和 白抗原表达的互变，称为鞭毛相转变， 白抗原表达的互变，称为鞭毛相转变， 这种转变是由H片段倒位决定的 片段倒位决定的， 这种转变是由 片段倒位决定的，此倒 位是由于特异重组位点hix发生重组后引 位是由于特异重组位点 发生重组后引 起的。 起的。
整合位点---attB、attP ◘ 整合位点 切除位点---attL、attR 切除位点 整合过程需要λ整合酶 ◘ 整合过程需要 整合酶 （integrase Int）（ 编码） ）（λ编码） ）（ 编码 和寄主的整合宿主因子IHF 和寄主的整合宿主因子 （integration host factor） ） 共同作用 ◘ 整合后的附着位点为 attL（BOP’） （ ） attR（POB’） （ ）
Ⅰ型：两末端有相同的IS序列，或正向，或反向。 两末端有相同的IS序列，或正向，或反向。 IS序列 Ⅱ型：末端有反向重复序列。如TnA家族 末端有反向重复序列。 TnA家族
Tn A家族: A家族: 家族
TnA是复制型转座的转座子，长约5kb左右 TnA是复制型转座的转座子，长约5kb左右 。 是复制型转座的转座子 5kb 两端具有末端反向重复序列（而不是IS），长约38bp左右 IS），长约38bp左右， 两端具有末端反向重复序列（而不是IS），长约38bp左右， 任一个缺失都会阻止转座。 任一个缺失都会阻止转座。 中部的编码区编码三个基因：转座酶，解离酶和抗性基因， 中部的编码区编码三个基因：转座酶，解离酶和抗性基因， TnA家族都带有抗性标记 TnA家族都带有抗性标记 。 靶位点具有5bp的正向重复序列。 5bp的正向重复序列 靶位点具有5bp的正向重复序列。 解离位点（ TnA家族特有的内部位点 家族特有的内部位点。 解离位点（res）是TnA家族特有的内部位点。
b a
A B
A B
b (5) 5’ A 3’ 3’ 5’ a a (11) A B A
b a b
a (6) 5’ A 3’ 3’ 5’ a
b
a
B
A
B
A
b
(7)
a
b
a
B
片段重组体
a b
拼接重组体
图 23－8 Holiday 重组模型。
7.1.2 异源双链与基因转换
7.1.3.细菌的基因转移与重组 7.1.3.细菌的基因转移与重组
7.2.1 λ phage DNA的整合与切除 的整合与切除 1、实现机制： 、实现机制：
均是通过---细菌 均是通过 细菌DNA和λDNA上特定位点之间的重组 细菌 和 上特定位点之间的重组
2、特定位点-----附着位点（attachment site att） 、特定位点 附着位点（ 附着位点 ）
第七章
DNA的重组与转座 DNA recombination and transposition
DNA重组 重组
概念： 概念：DNA 分子内或分子间发生遗传信息 的重新重合称为遗传重组或基因重排。 的重新重合称为遗传重组或基因重排。
DNA重组的意义： 重组的意义 对生物进化起着关键作用。能迅速增加群体的 对生物进化起着关键作用。 遗传多样性(diversity)，使有利突变与不利突变 ， 遗传多样性 分开，通过优化组合积累有意义的遗传信息； 分开，通过优化组合积累有意义的遗传信息； 提供修复机制；调节基因表达等。 提供修复机制；调节基因表达等。
(2)
b 联会 B
3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’
(8)
A Байду номын сангаас 两臂 旋 转 b a
b 酶切 B
(9)
A B
(3)
5’ A 3’ 3’ 5’ a 5’ A 3’ 3’ 5’ a
(4)
3’ 5’ 5’ b 3’ 游 离端 移 动联 会 B 3’ (10) 5’ 5’ b 3’ 游 离 端交 叉 连 接 3’ 5’ 5’ b 3 形 成单 链 交叉 3’ 5’ 5 b 3’ 分支 点 移 动 A B B B
DNA的重组 的重组
序列和所需蛋白质因子的要求把重组分为4 从DNA序列和所需蛋白质因子的要求把重组分为 序列和所需蛋白质因子的要求把重组分为 类： 同源重组(homologous recombination) 同源重组 位点特异(专一 性重组 位点特异 专一)性重组 专一 性重组(site-specific recombination) 转座重组(transposition recombination) 转座重组 异常重组(illegitimate recombination) 异常重组
Barbara McClintock (1902-1992), a geneticist who integrated classical genetics with microscopic observations of the behavior of chromosomes, was regarded as a genius, nearly incomprehensible thinker. In 1946, she discovered mobile genetic elements, which she called "controlling elements." Thirty-seven years later, she won a Noble Prize for this work, becoming the third woman to receive an unshared Nobel in science.
转座子在靶位置插入前后的结构
123456789 123456789 987654321 987654321
ATGCA TACGT
ATGCA123456789 TACGT 123456789
987654321 ATGCA 987654321 TACGT
转座子 倒置重复区 靶序列顺式重复区
2.复合转座子 )： 2.复合转座子 (Composite transposons )：
E.coli attB 以BOB`表示，由 23bp 表示， 表示
λ phage attP 以 POP`表示 表示 240bp ◘ 核心序列 “O”完全一致 完全一致 同源部分） （同源部分） ---位点特异性重组发生的地方 位点特异性重组发生的地方 ◘ B, B`, P, P`---臂 臂
3、整合过程 、
Int蛋白能切断DNA，并使它重新连接，近而使holliday结构拆分 Int蛋白能切断DNA，并使它重新连接，近而使holliday结构拆分 蛋白能切断DNA holliday 重组时attP和attB部位交叉断裂， 重组时attP和attB部位交叉断裂，互补单链末端进行交叉杂交 attP 部位交叉断裂
噬菌体基因组整合到细菌染色体基因组中属此种重组
2、特征： 特征：
在特定的结合序列部位，有专一的酶催化断裂重接---产生精确的DNA 在特定的结合序列部位，有专一的酶催化断裂重接---产生精确的DNA ---产生精确的 重排 都具有整合作用的两个基本特征 典型的保守性重组---交换是相互的和保存原先的DNA ---交换是相互的和保存原先的 a、 典型的保守性重组---交换是相互的和保存原先的DNA 发生在噬菌体和细菌DNA DNA短同源序列的专一性核苷酸上 b、 发生在噬菌体和细菌DNA短同源序列的专一性核苷酸上
int IHF
Xis
◘ 整合体及其作用 整合体（intasome） 整合体（intasome）--Int和IHF结合到attP时的复合物 Int和IHF结合到attP时的复合物 结合到attP 整合体捕获attB 说明----attB， ◘ 整合体捕获attB，说明----a、attB和attP的最初识别靠Int attB和attP的最初识别靠Int 的最初识别靠 识别两序列的能力 b、两序列的同源性在链交换时为重 要因素
细菌的基因转移的四种机制 结合(conjugation) 结合 转化(transformation) 转化 转导(transduction) 转导 细胞融合(cell fusion) 细胞融合
7.1.4 同源重组的酶学机制
细菌的接合、 细菌的接合、转化以及转导重组都是同源 重组， 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 分子与一个双链或单链DNA 状双螺旋 分子与一个双链或单链 分子片段之间的。且重组需要 分子片段之间的。且重组需要RecA和 和 RecBCD蛋白质。 蛋白质。 蛋白质 Recombination
沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变 沙门氏菌H
7.3 转座作用
转座子的概念： 7.3.1 转座子的概念：
转座子（transposon，Tn):是在基因组中可移动的 转座子（transposon，Tn):是在基因组中可移动的 一段DNA序列。 DNA序列 一段DNA序列。基因组内不必借助于同源序列就能 改变自身位置的一端DNA序列. DNA序列 改变自身位置的一端DNA序列. 转座：转座子由基因组的一个位置转移到另一个位置 转座：转座子由基因组的一个位置转移到另一个位置 的过程叫转座。转座过程有5大特点： 的过程叫转座。转座过程有5大特点：
7.2 位点特异性重组 site-specific recombination
recombination） 一、位点特异性重组（ site-specific recombination） 位点特异性重组（ site1、概念：发生在专一序列而顺序极少相同的DNA分子间 概念：发生在专一序列而顺序极少相同的DNA分子间 DNA 的重组