第三十五章 第三十五章 DNADNA 的重组的重组

第三十五章 第三十五章 DNADNA 的重组的重组

一、同源重组 (homologous recombination)• 发生在同源序列之间、非特异性重组• 交换区具有相同或相似的序列

两个 DNA 分子

• 重组酶——涉及到双螺旋的断裂、修复、 连接和重组体的释放

相同的部位

不同部位（异位重组）

中心环节

（一）同源重组的分子模型 — Holliday 模型

片段重组体拼接重组体

产生 3’单链末端

DNA 修复

（二）细菌的基因转移与重组1 、细菌的接合作用（ conjugation ）

——遗传物质从供体 (donor) 转移到 受体 (receptor) 的重组过程。

供体细胞：雄性受体细胞：雌性接合质粒：编码接合相关蛋白（如性菌毛）致育因子（ fertility factor ）、 F因子、性因子

F因子•化学本质是 DNA•以自主状态存在 或整合到细菌的染色体上•可在细菌细胞间转移并传递遗传物质

5’

性导 (sexduction) 与 F΄ 因子

2 、细菌的遗传转化（ transformation ）—— 细菌吸收外源 DNA 而发生遗传性状的改变

特点：

（ 1 ）感受态与感受态因子 细菌能从环境吸收 DNA 的生理状态 主要受感受态因子 (蛋白 )影响 感受态一般出现在细菌对数生长后期，可以诱导或加强

感受态

（ 2 ）供体 DNA 与受体细胞结合

结合发生在受体细胞特定部位

对供体 DNA 片段有一定要求

结合过程是一个可逆过程

（ 3 ） DNA 摄取及整合

结合点饱和后，细菌开始摄取外源 DNA

多为单链摄入，另一条链在膜上降解

3 、细菌的转导（ transduction ）—— 细菌基因通过噬菌体而转移

4 、细菌的细胞融合——细胞质膜融合发生的基因转移与重组

烈性噬菌体

温和噬菌体

普遍性转导（ generalized transduction ）

• 完全转导

• 流产转导 未整合

整合

局限性转导（ restricted transduction ）• 特异性转导

• 溶原期时噬菌体 DNA 整合在细菌染色体特定部位，噬菌体 DNA 发生偏差分离，将自身一段 DNA 留在细菌染色体上，而带走了细菌 DNA 上的基因。

• 当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。

——所转导的只限于供体菌上个别的基因

普遍性转导与局限性转导的区别区别要点 普遍性转导 局限性转导转导发生的时期 裂解期 溶原期转导的遗传物质 供体菌 DNA 任

何部位或质粒噬菌体及供体菌特定部位 DNA

转导的后果 完全转导或流产转导

受体菌获得供体菌 DNA 特定部位的遗传特

性转导频率 较低 增加 1000 倍

（三）重组有关的酶

•保守的 8碱基非对称序列

• 大肠杆菌 DNA 每 5-10Kb 自然发生一次• 被 recBCD 酶所识别• 刺激重组——重组热点

1 、 chi 位点

2 、 recBCD酶• 解旋酶活性：在 SSB 存在时解开双螺旋• ATP 酶活性• 核酸外切酶活性• 核酸内切酶活性——产生 DNA 单链

RecBCD 从一端靠近 Chi 位点

在移动中降解 DNA

在 Chi 位点 3’ 4-6bp行使内切酶活性

丢掉 RecD

只保留解旋酶活性

3 、 RecA

有两种不同的活性形式• SOS反应中的蛋白酶活性• 促进单链 DNA 和双链分子中互补链配对 （单链置换双链中的同源链） 单链吸收 / 单链同化 Single-strand assimilation

χ(chi)—sequence 具有物种，基因和 genome seq. 的特异性

in E.coli genome 1000 chi-seq.

chiRecBCD

4-6bpOH

RecA-p

DNA 解旋 再螺旋

只要在入侵单链和双链之间有自由的末端 RecA即可促进单链的同化

分支迁移

4 、 RuvAB 复合物——置换 RecA

• RuvA （四聚体） 识别 Holliday 连接体的结构 在交换点处与 DNA四条链结合• RuvB （六聚体） ATP 酶，有解旋酶活性 ——为分支迁移提供动力

• 核酸内切酶• 切开 Holliday 连接体• 识别不对称位点 ATTG

5 、 RuvC

二、特异位点重组

（一） λ 噬菌体 DNA 的整合与切除1 、 λ 噬菌体 DNA 的物理状态裂解 phage ： 为独立分子形式 在受侵染细菌中为环状

溶原状态： 是细菌染色体的整合部分（原噬菌体）

整合切除

整合在附着位点（ attachment sites ）上发生

特异位点重组的结果

倒位 切除

• 特异的重组位点—附着位点 细 菌∽ attB ，由BOB’ 组成 噬菌体∽ attP ，由POP’ 组成 O 称为核心序列、 B 、 P 称为臂

• 重组酶—— λ 整合酶（ integrase ， Int ） 非细菌重组所必需• 整合宿主因子（ integration host factor ， IHF ）

• Xis 蛋白：改变 DNA 结构，使其对整合呈惰性 参与切除反应

噬菌体编码

宿主编码

整合反

应

交错 7bp 切开 DNA

（二）鼠伤寒沙门氏菌的鞭毛相变（三）免疫球蛋白基因的重排

三、转座重组转座子（ transposon ）—— 可以发生转座的 DNA

•转座元件本身可导致：序列的缺失、插入以及将宿主序列转到新位点•同源便携区（ portable region of homology ）——为重组提供底物位点•对表型有积极 /消极的作用（ Selfish DNA ）

（一）细菌的转座因子

1 、插入序列（ Insertion Sequence ， IS ） ——是简单转座模序 只编码起始自己转座的蛋白 转座频率各异结构特点：两侧末端为倒转重复序列（ inverted repeat

s ）旁侧为宿主 DNA短正向重复序列

2 、转座子 ——带有编码转座功能酶的基因 及抗性（或其他标记）基因

组合因子：插入序列标记基因插入序列两类结构 复合因子： 转座酶基因

反向重复解离酶基因 反向重复

标记基因

组合转座子结构

3 、转座过程转座酶识别

形成中间体

• 复制型转座（ replicative transponsition ）

• 非复制型转座（ nonreplicative transponsition ）

缺口不被修复后果严重

• 保守型转座（ conservative transposition ）

类似于噬菌体的整合

转座子两侧被切开

游离 3’OH 的作用

或者直接填补空隙或者进行复制产生共整合体

需要解离酶