基因重组
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 ）。
基因重组方式
基因重组方式
嘿，大家知道吗，基因可是个超级神奇的东西！今天咱就来聊聊基因重组方式。
基因重组就像是一场基因的大变身游戏。
有一种常见的方式叫减数分裂中的重组。
就好比搭积木，染色体在减数分裂时重新组合，产生新的基因组合。
这就像抽奖一样，每次都可能有不同的结果，是不是很有意思？
还有一种呢，是基因工程带来的重组。
这就像是我们人类当导演，把不同的基因片段拼接到一起，让生物拥有我们想要的特性。
比如说，我们可以把能产生某种有用蛋白质的基因放到细菌里，让细菌帮我们大量生产，这多厉害呀！
再说说同源重组，这就像是基因世界里的“交换生”活动。
相似的基因片段会相互交换位置，从而产生新的基因组合。
想象一下，两个差不多的拼图块换了一下位置，整个画面就不一样了，基因也是这样哦。
转座子重组呢，就像是基因里的“小调皮”。
这些转座子可以在基因里跳来跳去，改变基因的结构和功能。
这不就像一个调皮的孩子在房间里跑来跑去，把东西都弄乱了，但有时候也会带来一些意想不到的变化呀。
基因重组的意义可太大啦！它让生物有了更多的多样性，让世界变得丰富多彩。
没有基因重组，生物可能就一直是老样子，哪来这么多千奇百怪、有趣好玩的生物呢？
基因重组方式真的超级神奇，它让生命充满了无限可能。
我们对基因重组的研究和利用也会越来越深入，未来肯定会有更多让人惊叹的发现和应用！。
基因重组的特点
基因重组的特点
基因重组是指在生物体中对特定基因进行修改和重新组合的过程。
其特点如下：
1. 高度精准：基因重组可以针对特定的基因进行修改和重新组合，使得所需的基因改变得更加精确。
2. 提高遗传性能：通过基因重组，可以将不同物种或个体具有的有益基因组合在一起，从而提高生物体的遗传性能。
3. 增加多样性：基因重组不仅可以改变特定基因的组合方式，还可以引入外源基因，从而增加生物体的基因组多样性。
4. 可控性强：基因重组一般是在实验室中进行的，可以通过人工操控来控制基因的重组过程和结果。
5. 应用广泛：基因重组技术在农业、医学以及基础研究等领域具有广阔的应用前景，可以用于改良农作物、治疗疾病等。
6. 引发伦理和社会问题：基因重组涉及到修改生物体的基因信息，可能引发伦理、道德和社会问题，需要严格的监管和评估。
值得注意的是，基因重组技术的具体操作需要具备专业知识和实验室设备，并且需要遵循相关法律和伦理准则。
基因重组与基因重排
基因重组与基因重排基因重组和基因重排是分子生物学领域中的两个重要概念，它们对于理解基因组结构和功能的演化以及生物多样性的形成具有重要意义。
本文将就基因重组和基因重排的定义、机制以及其在生物学研究中的应用进行探讨。
一、基因重组的定义和机制基因重组是指在染色体水平上，以某种方式重组基因序列的现象。
通常情况下，基因重组是通过基因间的交叉互换发生的，它能够导致基因型的重组组合。
基因重组的机制主要是由DNA上的同源重组过程控制的。
同源重组是指在有相同或相似的DNA序列的两条父本DNA分子之间，通过物理相互作用引起的基因重组现象。
同源重组的主要步骤包括DNA片段的剪接和连接，以及DNA链的交叉互换。
这种重组机制使得基因序列在不同个体之间的组合得以改变，从而增加了基因组的多样性。
二、基因重排的定义和机制基因重排是指在染色体上，由于基因片段间的插入、删除或倒位等变化而导致的基因序列重排现象。
基因重排通常发生在免疫系统中，它对于免疫细胞的发育和功能具有重要作用。
基因重排的机制主要涉及DNA片段的重新排列和连接。
比如，在免疫系统中，B细胞和T细胞的免疫受体基因通过基因重排机制来生成多样性的抗体和T细胞受体。
这种重排过程涉及到基因片段的插入、删除和倒位等调整，以及基因片段之间的剪切和重连。
基因重排的发生使得免疫系统能够识别和应对多样性的抗原，从而保证了机体对抗病原体和其他外界入侵的能力。
三、基因重组与基因重排的应用基因重组和基因重排的研究在生物学领域有广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域：1. 生物工程：基因重组技术是生物工程中最常用的技术之一，它可以通过将外源基因插入到宿主生物的基因组中，实现对目标物质的生产和表达。
例如，利用基因重组技术，人类生产了许多重要的药物和工业化合物，如胰岛素和乳酸菌。
2. 进化研究：基因重组和基因重排对于演化过程的研究很重要。
通过比较不同物种中的基因重组和重排事件，可以了解基因组的进化历程和生物多样性的起源。
基因重组定义
基因重组定义
基因重组是指通过人工手段将不同来源的DNA序列进行拼接、切割、复制等操作，使其产生新的基因组合或改变原有的基因序列，从而达
到改变生物遗传特征的目的。
基因重组技术在现代生命科学领域中具
有非常重要的应用价值，如医学、农业、工业等领域。
在基因重组技术中，首先需要获得所需的DNA序列。
这可以通过多种方法实现，如从细胞中提取DNA、利用PCR扩增特定片段等。
然后，将所需的DNA片段进行切割，并利用特定酶类进行黏合连接。
这样就可以得到一个新的DNA序列，其中包含来自不同来源的基因信息。
在基因重组技术中，还需要使用载体来传递新构建的DNA序列。
常见的载体包括质粒、病毒等。
通过将新构建的DNA序列插入到载体中，并将其导入到宿主细胞中，就可以实现对宿主细胞遗传信息进行修改。
基因重组技术在医学领域中应用广泛。
例如，在治疗某些疾病时可以
利用该技术生产人类蛋白质，如胰岛素、生长激素等。
此外，基因重
组技术还可以用于治疗癌症、遗传性疾病等。
在农业领域中，基因重组技术可以用于改良农作物品种。
例如，可以
将一些抗虫、抗草药性较强的基因插入到作物中，提高其抗虫、抗草
能力，从而提高产量和质量。
在工业领域中，基因重组技术也具有广泛的应用。
例如，在生产某些化学品时可以利用该技术生产酶类和蛋白质等物质。
总之，基因重组技术是一项非常重要的现代生命科学技术。
通过该技术可以实现对生物遗传信息的修改和改良，从而为人类社会带来巨大的经济和社会效益。
遗传信息的重组—基因重组
遗传信息的重组—基因重组介绍基因重组是一种重要的遗传工程技术，可用于修改生物体的遗传信息。
通过基因重组，科学家可以将不同的基因片段从一个生物体的染色体中剪切下来，然后插入到另一个生物体的染色体中，从而改变目标生物体的遗传特征。
基因重组的原理基因重组主要涉及DNA的分子技术。
这项技术利用限制酶可以将DNA序列剪切成特定的片段，然后使用DNA连接酶将这些片段重新组装起来。
在基因重组过程中，科学家可以选择不同的片段来重新组合，从而创造出具有特定功能或特征的DNA序列。
基因重组的应用基因重组技术在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1.农业：基因重组被用于培育具有抗虫、抗病能力的作物品种。
这些转基因作物能够提高产量和抵抗逆境，有助于解决粮食安全和农业可持续发展的问题。
2.医学：基因重组被用于研发新药物和治疗方法。
通过将特定的基因片段插入到病人的细胞中，科学家可以研究和治疗遗传性疾病、癌症等疾病。
3.工业：基因重组被用于生产工业用途的微生物。
通过改变微生物的遗传信息，科学家可以使其具有特定的代谢能力，从而生产有用的化学品、酶和其他生物产品。
基因重组的伦理和法律问题基因重组技术引发了一些伦理和法律问题。
一些关注点包括对环境和人类健康的潜在影响、基因所有权和知识产权等。
在灵活运用基因重组技术的同时，科学家和决策者也需要考虑伦理原则和法律法规，以确保技术的安全性和可持续性。
结论基因重组是一项激动人心的遗传工程技术，具有广泛的应用前景。
通过合理应用基因重组技术，我们可以更好地解决农业、医学和工业方面的问题，并助力社会的可持续发展。
然而，我们在使用基因重组技术时也要意识到其中的伦理和法律问题，并制定相应的法规和准则来引导科学家和决策者的行动。
参考资料（此处列出参考资料的引用信息，以确保内容的来源准确性）。
基因突变和重组
归纳概念
内涵: DNA分子中发生的碱基对的替换、增添和缺失； 外延: 基因突变某一个基因内部碱基对种类和数目的变化，基因的数目和位置并未改变。 思考： 1、DNA分子中任何一处碱基对的替换、增添和缺失都能称为基因突变吗？ 2、发生基因突变的三种类型对蛋白质的影响程度都是相等的吗？
②产生新基因
引发生物变异
为进化提供原始材料
二 基因重组
“一母生九仔，连母十个样”，这种个体的差异，主要是什么原因产生的?
基因重组
（二）、基因重组的概念和类型: 1、概念:在生物进行有性生殖过程中,控制不同性状的基因的自由组合.
2、类型①基因的自由组合:减I后期时，随着非同源染色体的组合，非等位基因也自由组合。
知识回顾： 什么叫基因？什么叫遗传信息？ 基因与染色体、DNA关系如何？ 基因是具有遗传效应的DNA片段，基因中的脱氧核苷酸排列顺序（碱基顺序）就代表遗传信息。不同的基因，脱氧核苷酸的排列顺序（碱基顺序）不同 DNA是染色体的组成成分，染色体是基因的载体。
表现型
基因型
+ 环境条件
不遗传的变异（如：晒黑的脸色）
DNA的碱基对发生改变后，可能不引起生物性状改变的情况
①发生替换的密码子仍决定原来氨基酸 ②发生改变的生物基因型由AA→Aa ③发生替换后氨基酸改变了，但并影 响蛋白质的功能 ④发生改变的细胞并不表达该基因 ⑤改变发生在非基因片段
跟踪训练 1、若某基因原为303对碱基，现经过突变，成为300个 碱基对，它合成的蛋白质分子与原来基因合成的蛋 白质分子相比较，差异不可能为（ ） A．只相差一个氨基酸，其他顺序不变 B．长度相差一个氨基酸外，其他顺序也有改变 C．长度不变，但顺序改变 D．A、B都有可能 2、在一个DNA分子中如果插入了一个碱基对，则（ ） A.不能转录 B.不能翻译 C.在转录时造成插入点以前的遗传密码改变 D.在转录时造成插入点以后的遗传密码改变
基因重组的4种类型
基因重组的4种类型
基因重组是指在生物体内，通过人为的调整基因的结构，使其形成新的基因序列，从而改变该生物体的性状。
目前，已经有四种不同的基因重组技术，它们是：物理基因重组、基因交换、遗传工程和基因敲除。
一、物理基因重组
物理基因重组技术是由美国科学家 Paul Berg 于1972 年提出的。
它是一种将两个不同的 DNA 分子混合在一起，并将其中一个DNA 分子的基因复制到另一个DNA 分子上的技术。
这种技术可以用来制作“融合”基因，它们包含来自两个不同DNA 分子的基因序列。
物理基因重组技术的主要应用是在生物制造中。
二、基因交换
基因交换是指在不同的生物体之间，使用一种类似“入侵”的方法，将基因序列从一个生物体转移到另一个生物体中。
这种技术常用于改变植物和动物的性状。
它也被用于开发新的药物，如疫苗和抗生素。
三、遗传工程
遗传工程是指将一种基因插入另一种基因组中，从而改变该细胞的性状。
这项技术可以被用来开发新的品种，
增强植物或动物的抗病能力，改变食物的营养价值，以及增强和改变植物和动物的性状。
四、基因敲除
基因敲除是一种技术，它可以用来破坏特定的基因，从而改变植物或动物的性状。
基因敲除技术可以用来研究特定基因对生物体的影响，以及基因突变对性状的影响。
基因敲除技术也可以用来研究不同生物体之间基因的互作关系。
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Holliday模型
小结：
➢ 同源非姐妹染色单体DNA中两个方向相同的单链，在 DNA内切酶的作用下，在相同位置同时切开；
➢ 切开的单链交换重接，形成交联桥结构 ➢ 交联桥沿配对DNA分子“移动”。两个亲本DNA分子间
造成一大段异源双链DNA（ Holliday结构） ➢ 交联桥旋转1800，形成Holliday异构体； ➢ 通过两种方式之一切断DNA单链，若左右切，则形成非
减数分裂时的染色单体之
间的交换，细菌的转化，
转导，接合，噬菌体重组
❖ 同源重组是同源依赖性的，而非 序列依赖性。所以任何两个具有 同源性的DNA分子可以通过此过程 进行重组。
❖ 同源重组有两个基本功能：遗传 混合和DNA修复。
❖ 同源重组见于减数分裂时的染色 体分配，DNA修复，转座等过程。
同源重组的分子机制
质粒DNA的特征
1）具有自我复制的能力 ▪ 拷贝数低者，复制往往与染色体的复制 同步，称为紧密型质粒。 ▪ 拷贝数高者，与染色体的复制不相关， 称松弛型质粒。
2）可转移性
质粒DNA的特征
供体细胞与受体细胞有效接合，形成供体 和受体对
蛋白质与DNA单链缺口处的5末端结合， 转移过程开始，缺口处称为转移起始区
免疫球蛋白重排
VDJ重排
Ig基因均保留着各自的种 系构型，如重链并由DNA 重排组成功能性基因。
VDJ重排
在B淋巴细胞分化期 间，重链基因首选组合， 并分成两个阶段进行重排， 第一阶段为DH与JH基因 连接，第二阶段才是DH －JH与VH基因片段连接。
复制性转座的过程
第二步 自由末端a和f以及g和d两两相接，而 末端b、c、e和h仍然保持为自由末端。 第三步 其中两个自由末端b和C分别作为 DNA復制 第四步 复制持续进行，直到末端b和C分别 与末端e和h相遇为止。这些末端进一 步连接形成完整的共合体。
注意：这时整个转座子（蓝色）已经被复制了一次。
λ噬菌体： attP 大肠杆菌： attB/ attλ
POP’ BOB’
1. 整和： BOB、+ POP、Int
POB’
IHF
BOP’+
2. 切除： BOP、+ POBI、nIHt,XFis POP
BOB+
位点专一性重组反应的定向特征取决
于重组位点的识别。
λ噬菌体的整合与切除
通过attP和attB间的相 互重组，环状的噬菌体 DNA转换为整合的原 噬菌体，原噬菌体通过 attL和attR间的相互重 组而切除
拷贝数 15～20 500～700 10～12 15～20
质粒DNA的特征
4）编码的基因产物能赋予细菌某些特性
1）分子量小，稳定 2）可大量扩增，容易分离 3）可携带小于10kb外源DNA 4）带有选择性标记 5）含多克隆位点 （MCS) 6）容易转化
工程质粒
pBR322
pUC18/19
可移动遗传因子 转座子
一.转座子的发现
DNA transposable element
二. 定义
❖原核生物和真核生物基因组中存在着可以 从一个部位转移到另外一个部位的DNA序 列，这些序列称为转座子( transposon)。
❖病毒、细菌和真核细胞的质粒或基因组都 含有转座子，大多数转座子在插入新位点的 过程中依赖其特异的插入序列。
❖转座子转座后可影响所在位置基因的表达。
插入序列——IS
插入序列——IS
Stanley Cohen过实验提供了一种转座子末端反向重复序列的图形证明 含有转座子的重组质粒DNA双链会被分开，并让它们各自退火，这样便可形成 茎环结构，反向重复序列会形成茎部，而被茎部分开的两个环分别是转座子的 内部基因（绿色）和原来的质粒序列（紫色和红色）。
重组体，若上下切则形成重组体。
两个DNA分子需要在对应 链相同位置上发生断裂
双链断裂启动重组。
双链断裂修复模型
双链断裂修复模型
双链断裂修复模型
两个联结体都在1 或2为剪切，产生
补丁产物 补丁+补丁=补丁 剪接+剪接=补丁
双链断裂修复模型
两个联结体在不 同位置上剪切， 形成交换产物
同源重组的酶
异常重组
重组对中很少或没 有序列同源性
遗传重组主要类型
类型
同源 位点特异性
转座 异常
需同源序列
+ +
－ －
需RecA蛋白
需序列特异性 的酶
+
－
－
+
－
＋
－
？
同源重组
同源重组指发生在两条双链DNA的同源序列之间，涉及的 是大片段同源DNA序列的交换。
特征——进行同源重组的基本条件： 1） 在交换区具有相同或相似的序列：涉及同源序列间的 联会配对，且交换的片段较大； 2）单链DNA分子或单链DNA末端是交换发生的重要信号 3） 双链DNA分子之间互补碱基进行配对 4） 需要重组酶 5） 异源双链区的形成:涉及DNA分子在特定的交换位点发 生断裂和错接的生化过程；存在重组热点。
链交换(RecA+SSB) 缺口弥合（Holliday连结体）
分支移位(RuvA+RuvB) 分开(RuvC)
二、位点特异性重组
发生在一个特定的短的(20～ 200 bp)DNA序列内
特异的酶(重组酶)和辅助因子 对其识别和作用
位点特异性重组 指不依赖于DNA序列的同源性， 而依赖于能与某些酶相结合的特 异DNA序列的重组。
DNA是以线状分子的形式进行转移，完成 转移后再形成环状DNA
形成有复制功能的质粒
质粒DNA的特征
3）相容性
▪ 两种结构相似密切相关的质粒不能稳定共存于一个宿 主菌的现象称为质粒的不相容性。
▪ 几种不同的质粒同时共存于一个菌细胞内则称相容性。
质粒 pBR322
pUC pACYC colE1
复制子 pMB1 pMB1 p15A colE1
RuvC
剪切只发生在与5‘ A/T-T-T-G/C符合的一致性序列的位点
同源重组的酶
在重组反应中活性最为明显的是由大肠杆菌染色体上rec基 因和ruv基因编码的一些酶。
RecBCD
RecA
RuvAB
RuvC
同源重组的途径
缺口靠近X (RecBCD)和DNA展开 RecA和SSB覆盖
侵入另一双链，D环形成 寻找同源区
λ噬菌体DNA通过其attP位点和大肠杆菌DNA 的attB位点之间专一性重组而实现整合过程。
一段15bp的同源序列 位点专一性的蛋白质因子
保守性重组 不需要RecA 蛋白质的参与
λ噬菌体的整合与切除
位点专一性重组的核苷酸序列
❖1. POP’:O为15bp(核心)富含A-T的非对称序列； P为-160 ~ 0的160bp序列 P’为0 ~ 80的80bp序列, 共240bp
有切口的单链 分别与另一条 双链中的互补 链配对，由 DNA连接酶 封闭切口
原来的碱基对 被解开再形成 新的碱基对， 这个过程称为 分支迁移。
中间体拆分： 片段重组体 拼接重组体
Holliday模型
Holliday模型
Holliday模型
Holliday模型
Holliday模型
Holliday模型
❖免疫球蛋白基因重排(Ig gene rearrangement)是通过一组V(D)J重组酶 (recombinase)的作用而实现的。
在重组反应中活性最为明显的是由大肠杆菌染色体上rec基 因和ruv基因编码的一些酶。
RecBCD
RecA
RuvAB
RuvC
核酸酶 解旋酶 ATPase
RecBCD
作用 提供带有游离末端
的单链区
RecBCD
chi位点：5′GCTGGTGG3′
RecA 单链取代反应
前提条件
单链区
游离 3’末端
互补区
Holliday结构：同源重组中连接两个DNA双链的交换中间 物含有4股DNA链，在连接处为了转换配对所形成交叉链 的连接点
Holliday模型
以E.coli的同源重组为例，了解同源重组机制的Holliday模型。
断裂
联接体
迁移
拆分
1
2
3
4
配对DNA双 链间同源链在 相对应位点断 裂，形成的切 口使得游离末 端可以移动。
复制性转座的过程
Tn3转座子转座两步反应的简单示意图
第一步 由基因tnpA的表达产物催化， 含有转座子的质粒与目标质粒 融合形成共合体。在共合体的 形成过程中，转座子发生复制。 第二步 由tnpR的表达产物催化共合体 分解成两个质粒：已经整合了 转座子的目标质粒和供体质粒。
复制性转座的过程
第一步：两个质粒在图中标记的a-h处断裂产生自由末端。
单链DNA取代双链分子
RecA
中的同源链
RecA 单链取代反应
• 单链取代反应过程
包裹 DNA
联会前
互补序 列定位
联会阶段
置换 产生异源双
链DNA
后联会阶段
SSB：单链结 合蛋白，解开 参与重组的单 链DNA中的二
级结构
RecA 单链取代反应
RuvAB
RuvA可识别 Holliday连接 的结构； RuvB是一种 ATPase，它 可发动迁移反 应。
❖2. BOB’:B为-11 ~0序列 B’为0 ~11序列 共23bp
λ噬菌体的整合与切除
Int,IHF 和Xis 在 attP 上的结合位点
λ噬菌体的整合与切除
Λ噬菌体的插入、切除 拓扑异构酶I的活性
对整合起促进作用
与Int 结合成复合物，使BOP’ 和 POB’结合，促进重组