三、基因重排的分子机制
06.第六章-遗传重组的分子机理
• 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)；
基因突变和基因重排的检测方法
基因突变和基因重排的检测方法基因突变和基因重排是影响生命过程的两个关键机制。
突变是指DNA序列发生了错误，而重排则是指基因组中的一段DNA序列被移动或复制到另一个位置。
这些变化会导致有害的影响，如导致癌症、自身免疫性疾病和遗传病等。
因此，检测这些变化变得极其重要，以便及早发现并防止这些疾病的发生。
在过去几十年里，科学家已经开发出了多种基因突变和基因重排的检测方法，其中一些方法在诊断遗传性疾病和癌症等方面证明了非常有效。
下面是一些常见的基因突变和基因重排检测方法。
1. Sanger测序Sanger测序是第一种可靠的DNA测序技术，通过分析DNA序列来检测突变和重排。
将DNA反复复制并添加特定的荧光标记，然后测量不同荧光信号的强度来确定DNA序列。
这种方法可以检测单个基因的突变以及一些基因的重排，并已广泛用于诊断遗传性疾病和癌症等。
2. PCRPCR是另一种常见的基因检测方法，它使用聚合酶链反应技术来扩增DNA片段。
通过扩增目标DNA片段，可以检测基因突变和重排。
PCR可以用于从血液、唾液和口腔黏膜等样本中提取DNA，并且已成为诊断基因突变和重排的主要工具。
3. FISHFISH是一种高度特异性的细胞遗传学方法，可用于检测基因重排。
通过将荧光标记的DNA探针与细胞的染色体配对，科学家可以识别染色体上的重排。
这种方法已被广泛用于癌症分析和遗传诊断等领域。
4. CGHCGH是一种用于检测基因重排的分子遗传学技术。
它可以检测整个基因组上的DNA重排，而不是单个基因。
CGH技术基于比较样品DNA和控制DNA之间的差异，以检测DNA重排的部位和类型。
这种方法已被广泛用于研究人类基因组的变异，并在癌症和遗传性疾病诊断中得到应用。
5. NGSNGS是一种DNA测序方法，可以快速、准确地测定DNA序列。
它通过将样品DNA纳入微型反应器中，然后生成数以百万计的DNA片段。
NGS技术可以同时检测多个基因的突变和重排，并已广泛用于快速检测基因变异。
第十章 分子重排反应
例：
CH3 C2H5 C COOH CH3 SOCl2 CH3 C2H5 C COCl C2H5 C CH2COOH ②Ag2O/H2O CH3 CH3
COCl SOCl2 CH2N2 COCHN2
①CH2N2
CH3
COOH
CH2COOH HOH Ag2O ROH CH2COOR
五、二苯羟乙酸重排：（安息香酸重排）
２、Demyanov 重排：
Demyanov重排指脂肪族或脂环族伯胺与亚硝酸作用发 生的重排。 N2 HNO2 例１：
CH3CH2CH2NH2 1,2－H 迁移 CH3CH2CH2N2 OH CH3CHCH3 CH3CH2CH2 CH3CHCH3 H2O H
例２：
CH2NH2 HNO2
CH2N2
N2 重排
缺电子氮的重排： 二、缺电子氮的重排：
酮肟，酰胺，酰基叠氮等含氮化合物在反应过程中， 酮肟，酰胺，酰基叠氮等含氮化合物在反应过程中，使 氮原子周围形成了仅６个电子的缺电子中心，即是乃春 氮原子周围形成了仅６个电子的缺电子中心，即是乃春或乃 春正离子，从而发生重排反应。 贝克曼重排， 春正离子，从而发生重排反应。有：贝克曼重排，霍夫曼重 柯堤斯重排，施密特重排等。 排，柯堤斯重排，施密特重排等。
§第一节 亲核重排
亲核重排通式(分为三步)：
Z A B Y ① Z A B 重排 ② Z A B ③ A B Nu： Nu Z
三步：①缺电子体系形成(成为开放的六偶体) ②迁移基团带着一对电子迁移到缺电子中心。 ③与 Nu： 作用或发生消去生成产物。
特点：①一般均为1,2-重排。 ②重排的动力：a)生成更稳定的Ｃ b)经重排转变成稳定的中性 化合物(片呐醇→片呐酮) c)重排后减少张力 ③形成缺电子体系的四种方法: a)Ｃ 的形成； b)氮烯的生成； c)碳烯的形成； d)缺电子氧原子的形成。 下面分别介绍：
NK细胞表面标志无特异性表面标志1、CD562、CD16(FcRⅢ)3、
NK细胞的检测
1、CD56+、CD16+、CD3-
2、细胞毒实验
抗体分子
抗体——生物体最奇妙的分子
●无限的多样性（diversity) ●功能与结构的双重性
可变区——抗原结合 恒定区——生物学效应功能
●分泌型和膜型表达
与抗体有关的诺贝尔奖获得者
1901 1908
1972 1977 1984
1987
二、免疫球蛋白水解片段 Fab Fab
木瓜蛋白酶
木瓜蛋白酶
胃蛋白酶
胃蛋白酶
Fc
F(ab’)
pFc’
三、免疫球蛋白功能区
Ig分子的每条肽链可折叠为 几个球形的功能区，也称结构域， 每个结构域约由110个氨基酸组 成。
• 轻链有两个结构域：VL 和 CL。
• IgG、IgA和IgD均有VH 、 CH1、 CH2 、CH3四个结构域
细胞工程抗体——杂交瘤-单克隆抗体
•简介基因工程抗体
基因工程抗体
通过基因重组改良抗体性能 通过噬菌体抗体库技术研制新
的抗体
基
小分子抗体
因
工
程
改
造
的
抗
体 鼠单抗人源化
基因工程方法研制新的单抗
抗体库技术
抗体库——在原核系统功能性表 达多样性抗体基因(repertoire)
通过多种选择手段筛选出特定性 能的抗体基因
铰 链 区
F 段 CH2 CH2
C
CH3 CH3
C端
1、重链和轻链
重链可分为μ、γ、α、δ、ε链；轻链可分为κ、λ型。
2、可变区和恒定区
（1）重链和轻链N端约110个氨基酸为可变区（variable region,V区)，V区存在3个高变区（hypervariable region,HVR1~3)及4个骨架区（framework region, FR1~4).三个 高变区共同组成Ig 的抗原识别部位，形成与抗原决定基互补 的表位。高变区也称互补决定区（complementaritydetermining region, CD1~3)。
普通遗传学第十四章 基因表达的调控
第一节 原核生物的基因调控
一、转录水平的调控
→原核生物基因表达的调控主要发生在 转录水平。
→当需要某一特定基因产物时，合成这 种mRNA。当不需要这种产物时， mRNA转录受到抑制。
1、乳糖操纵元模型
大肠杆菌的乳糖降解代谢途径： Monod等发现，当大肠杆菌生长在含有乳 糖的培养基上时，乳糖代谢酶浓度急剧增 加；当培养基中没有乳糖时，乳糖代谢酶 基因不表达，乳糖代谢酶合成停止。 为此，Jacob和Monod（1961）提出了乳糖 操纵元模型，用来阐述乳糖代谢中基因表 达的调控机制
转录效率更高
→在有葡萄糖存在时，不能形成cAmp， 也就没有操纵元的正调控因子cAmp-CAP 复合物，因此基因不表达。
乳糖操纵元的正调控
2、色氨酸操纵元
大肠杆菌色氨酸操纵元是合成代谢途径中 基因调控的典型例子。
◆trp操纵元由5个结构基因trpE、trpD、trpC、
trpB和trpA组成一个多顺反子的基因簇。 5′端是启动子、操纵子、前导顺序（trpL）和 衰减子（attenuator）。
❖ 负调控：存在细胞中的阻遏物阻止转录过程的 调控。
❖ 正调控：调节蛋白和DNA以及RNA聚合酶相 互作用来帮助起始。诱导物通常与另一蛋白质结 合形成一种激活子复合物，与基因启动子DNA序 列结合，激活基因起始转录。
原核生物中基因表达以负调控为主, 真核生物中 则主要是正调控机制。
图 14-1 正调控和负调控
2、反义RNA调控
反义RNA可与目的基因的5’UTR（ untranslated region ）互补配对，配对的区域 通常也包括启动子的SD序列，使mRNA不能与 核糖体有效结合，从而阻止蛋白质的合成。
反义RNA基因已被导入真核细胞，控制真核生 物基因表达。例如，将乙烯形成酶基因的反义 RNA导入蕃茄，大大延长了蕃茄常温贮藏期。
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控09中西七年制2班内容摘要：真核生物细胞结构比原核生物复杂，转录和翻译在时空上都被分隔开，分别在细胞核和细胞质中先后进行，并且基因组和染色体结构复杂，蕴藏大量的调控信息，因此真核生物基因表达的调控要比原核生物要复杂的多。
真核生物可以从多个层次调控基因表达。
一、真核生物基因表达调控的种类（一）根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。
瞬时调控包括某种底物或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。
二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。
（二）根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：DNA水平调控－－转录水平调控－－转录后水平调控－－翻译水平调控——翻译后水平调控二、真核生物基因表达的调控的多层次性真核生物基因表达可以随细胞内外环境条件的改变以及生长发育的不同阶段而在不同表达水平加以精确地调控。
主要体现在以下几个水平上：（一）DNA 水平：主要包括：染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰和异染色质化等，这些变化都是永久性的，会随着细胞分裂传递给子代细胞，使这类细胞具有特定的表型，成为某种特定的分化细胞。
1：基因的丢失、扩增与重排1)基因丢失：只存在于一些低等生物体细胞中。
在细胞分化时，当需要消除某些基因活性时才发生。
采用基因丢失的方式调控是不可逆的。
体现了真核细胞全能性。
例如小麦瘿蚊的染色体丢失，瘿蚊卵跟果蝇相似（始核分裂胞质不分裂），其卵的后端含有特殊的细胞质，极细胞质核→保持了全部40条染色体→生殖细胞→其他细胞质区域核→丢失32条、留8条→体细胞；2)基因扩增：是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。
如非洲爪蟾的基因扩增，是两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增。
染色体tfe3重排
染色体tfe3重排染色体tfe3重排是一种罕见的遗传性疾病，主要表现为生长发育迟缓、智力障碍、骨骼异常等症状。
本文将对染色体tfe3重排的临床表现、诊断与鉴别诊断、治疗与预防进行探讨，以期为患者及家属提供一定的指导意义。
一、染色体tfe3重排的概述染色体tfe3重排，又称特发性矮小症，是一种由于染色体异常导致的生长发育障碍。
该病主要由位于染色体10q26.3的TFE3基因突变引起，表现为患者身高明显低于同龄人，生长速度减缓，骨龄延迟等症状。
二、染色体tfe3重排的临床表现1.生长发育迟缓：患者出生后身高增长速度缓慢，青春期发育延迟，最终导致身高明显低于同龄人。
2.智力障碍：部分患者伴有智力障碍，表现为学习能力差、注意力不集中等。
3.骨骼异常：患者骨骼发育异常，如指间距宽、掌骨短、脚拇指内翻等。
4.其他：部分患者还伴有先天性心脏病、肾脏畸形等症状。
三、染色体tfe3重排的诊断与鉴别诊断1.染色体核型分析：通过染色体核型分析可发现tfe3基因重排，有助于确诊。
2.分子遗传学检测：针对tfe3基因进行突变检测，进一步确认诊断。
3.鉴别诊断：与其他生长发育障碍疾病进行鉴别诊断，如生长激素缺乏症、甲状腺功能减退症等。
四、染色体tfe3重排的治疗与预防1.治疗：目前尚无特异性治疗方法，主要针对患者的症状进行对症治疗，如生长激素替代治疗、康复训练等。
2.预防：染色体tfe3重排的预防措施主要包括婚前遗传咨询、孕期保健等，降低患病风险。
五、总结染色体tfe3重排是一种严重影响患者生活质量的遗传性疾病。
了解其临床表现、诊断与鉴别诊断、治疗与预防措施，有助于提高患者及家属的认识，早期发现、早期干预，改善患者的生活质量。
DNA的重组
有些细菌在自然条件下不发生转化或转化 效率很低，但在实验室中可以人工促使转化。 例如大肠杆菌，用高浓度Ca2+处理，可诱导细 胞成为感受态，重组质粒得以高效转化。
转化过程涉及细菌染色体上10多个基因编码的功能。 转化过程涉及细菌染色体上10多个基因编码的功能。如：感受态因、 10多个基因编码的功能 感受态因、 与膜结合的DNA结合蛋白、自溶素、多种核酸酶等 DNA结合蛋白 与膜结合的DNA结合蛋白、自溶素、多种核酸酶等。感受态因子诱导与 感受态有关的蛋白质表达，自溶素使与膜结合的DNA结合蛋白、 DNA结合蛋白 感受态有关的蛋白质表达，自溶素使与膜结合的DNA结合蛋白、核酸酶 裸露，当游离DNA与膜结合的DNA结合蛋白结合后， DNA与膜结合的DNA结合蛋白结合后 裸露，当游离DNA与膜结合的DNA结合蛋白结合后，核酸酶使其中一条 链降解，另一条链被吸收，与染色体DNA重组。 DNA重组 链降解，另一条链被吸收，与染色体DNA重组。
3.细菌的转导 转导(transduction)是通过噬菌体将细菌基因 从供体转移到受体细胞的过程。 转导有两种类型 普遍性转导(generalized transduction):是指宿 主基因组任意位置的DNA成为成熟噬菌体颗 DNA 粒DNA的一部分而被带入受体菌。 局限性转导(specialized transduction)：某些温 和噬菌体在装配病毒颗粒时将宿主染色体整合 部位的DNA切割下来取代病毒DNA。
小鼠： J λ C λ3 小鼠：Vλ2 人： Vλ～ 300 J λ C λ6 λ 小鼠重链基因族（ 号染色体 号染色体） 小鼠重链基因族（12号染色体）
细菌的结合作用
traS和traT基因编码表面排斥蛋白，阻止F+细胞之间的转移，F+细胞的性菌毛与F-细胞 基因编码表面排斥蛋白，阻止F 细胞之间的转移， 细胞的性菌毛与F
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三、基因重排的分子机制
早在50年代，人们就认识到抗体分子的每一条链都是由高度多变的V区和相对不变的C区组成的，V区赋予抗体分子对抗原的特异性。
抗体分子V区的多样性和C区的稳定性显然是矛盾的。
Dreyer和Bennett 于1965年首次提出假设，认为每条抗体链实际上至少由两个基因所编码，其中一个是恒定的，一个是可变的。
1983年，Tonegawa (Nature, 302:575-581)在对产生抗体的骨髓瘤及浆细胞瘤进行研究时发现，产生抗体的细胞中Ig基因结构与其它不合成抗体分子的细胞中的结构不一样。
在所有物种中，胚系Ig基因的构成基本上相同。
Ig重链和轻链(λ和κ链)基因座都由多个编码V区和C区蛋白质的基因组成，并被非编码的DNA所分隔。
抗体分子由4条（两对）多肽链组成，包括两条相同的轻链（L-chain）和两条相同的重链（H-chain）。
轻链和重链在相对分子质量上有较大差别，前者约2.3x104，后者则介于5.3x104-7.0x104之间。
所有Ig分子都含有两类轻链中的一类，即κ型或λ型。
Κ型和λ型轻链的恒定区和可变区的氨基酸序列是不同的。
在小鼠中，95%的抗体轻链是κ型，而人类抗体轻链中，κ型和λ型各占50%左右。
免疫球蛋白重链基因DNA重排以后，大量间隔序列被切除，使位于J-Cμ之间的增强子序列得以发挥作用，增强基因转录。