同源重组的分子机制.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,*,第六章,同源重组的分子机制,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,同源重组,：依赖大范围的,DNA,同源序列的联会,，重组过程中，两个染色体或,DNA,分子交换对等的部分。,例：,同源染色体非姐妹单体交换；,细菌的转化、转导、接合；,噬菌体的重组,一、概念,条件：,2,个,DNA,分子序列同源；,不同物种同源重组所需的最小的同源序列不同；,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,解释同源重组分子机制的模型：,断裂和重接模型,1937,年，,Darlington,提出；,模板选择复制模型（,copy choice,）,Belling J.,首先提出，,1933,年又撤回；,1948,年，,Hershey,再次提出；,霍利迪,(Holliday),模型,1964,年,Robin Holliday,提出；,Meselson-Radding,模型,1975,年,Meselson,Radding,提出；,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,断裂重接模型和模板选择复制模型存在的问题,断裂重接模型：,不能解释基因转变和极化子现象；,模板选择复制模型：,(1),违背了半保留复制；,(2)DNA,复制在,S,期，重组在偶线期，不应同时发生；,(3),不能解释,3,线和,4,线交换；,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,二、,Holliday,模型,依据：细菌重组,chi,结构,基因转变,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,(,一,),、过程,1.,同源的非姐妹染色单体联会,;,2.DNA,内切酶在非姐妹染色单体的相同位置同时切开两个方向相同的一条单链；,3.,切开的单链交换重接,;,4.,形成交联桥结构；,5.,分支迁移：形成一大段异源双链,DNA(Holliday,结构,),6.,绕交联桥旋转,180,0,，形成,Holliday,异构体；,7.,切开与重接：,左右切，形成非重组体,上下切，形成重组体。,1,2,3,4,5,6,7,旋转,180,0,无论,Holliday,结构断裂是否导致旁侧遗传标,记的重组，它们都含有一个,异源双链区,。,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,支持,Holliday,遗传重组模型的证据：,1,、形态学上，,Holliday,中间体,(Chi,结构,),的电镜照片；,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,两个环状,DNA,分子配对、断裂、重接形成“,8”,字型结构中间物，根据切割的位置不同，可分别形成两个亲本环、大的单体环或者是滚环结构，,也可以形成“,”,结构。,Holliday,模型同样适用于环状,DNA,间的重组,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,2,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,支持,Holliday,遗传重组模型的证据：,1,、形态学上，,Holliday,中间体,(Chi,结构,),的电镜照片；,2,、异源双链形成时，产生碱基错配导致与重组相关联,的,基因转变,的发生；,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,1,、,异常分离,与基因转变,粗糙脉孢菌：,pdxp,：,酸度敏感的,V,B6,依赖型,pdx,：,酸度不敏感的,V,B6依赖型,(,二,),、基因转变及其分子机理,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,+,pdxp,pdx,+,孢子对,子囊,1,+,pdxp,pdx,+,+,+,pdx,+,2,+,+,pdx,+,+,pdxp,+,pdxp,3,+,pdxp,+,+,pdx,+,+,+,4,pdx,+,+,pdxp,pdx,+,pdx,+,585,个子囊中,?,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,-,+,-,+,+,+,-,-,+,-,+,+,+,-,-,+,-,+,+,+,-,-,+,-,+,+,+,-,-,-,+,+,+,-,-,+,-,+,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,基因转变,(gene conversion),：,一个基因转变为它的等位基因的遗传学现象（源于基因内重组）。,粪生粪壳菌,(,Olive):g,+,g,-,+,-,+,+,+,+,+,-,6:2,(,或,2:6,),+,-,+,+,+,+,-,-,5:3,(,或,3:5,),+,-,+,+,+,-,-,-,3:1,:,1:3,+,+,+,-,+,+,?,-,+,?,?,-,半染色单体转变,染色单体转变,120/200000 100/200000 16/200000,在,5,：,3,和,6,：,2,分离的子囊中，约有,30%,也在,g,基因两侧,发生重组；,发生基因转变的子囊中，基因转变和遗传重组都发生,于同样的两个染色单体上的子囊的比例高达,90%,；,2,、基因转变的分子机制,基因转变的实质：,重组过程中留下的,局部异源双链区,，在细胞内的修复系统识别下不同的修复产生的结果；,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,1,2,3,4,5,6,7,旋转,180,0,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,A,A,a,a,G,A,C,T,B,B,b,b,A,A,a,a,b,b,B,B,G,A,C,T,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,Holliday,模型中，由于重组而产生的异源双链区存在不配对碱基，可被细胞内的修复系统能够识别并以一条链为模板进行切除修复：,(1).,两个杂种分子均未得到校正，,有丝分裂后分离形成,4:4,或,3:1:1:3,的异常孢子分离比，属于半染色单体转变；,(2).,一个杂种分子得到校正，另一条未校正，,有丝分裂后分离形成,5:3,或,3:5,的分离比，属于半染色单体转变；,(3).,两个杂种分子都被校正到同一种类型，,有丝分裂后分离形成,6:2,或,2:6,的分离比，属于染色单体转变；,(4).,两个杂种分子都被校正到不同类型，,有丝分裂后分离形成,4:4,分离比，未出现基因转变；,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,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；,三、,Meselson,Radding,模型,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,+,/,+,+,/,g,+,/,g,g,/,g,+,+,+,+,g,+,g,g,+,+,g,+,+,+,g,g,修复校正,：,若一个杂种分子,被校正为野生型,(,突变型,),，另一个,未被校正,+,+,+,g,+,+,g,g,+,+,+,+,+,g,g,g,三型子囊,四型子囊,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,Meselson-Radding,模型,困难,负干涉：,两个邻近基因，或者是同一基因不同突变点间，双交换的频率比预期高，并发系数,C,1,，即一个区域的交换引起邻近区域交换的增加；,局部负干涉：,有些噬菌体、细菌或真菌的某些局部位点明显的出现负干涉的现象；,(,五,),基因转变与高度负干涉,基因转变时的高度负,干涉：,伴随重组的基因转换常常能模仿双交换的结果，仿佛是一次交换增加了附近基因交换的几率；,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,共转变：,子囊中几个相近位点同时发生转换的现象；,m1 +m1 +m1 +m1 +,m1 +,+,+m1 +,+m2,+m2 +m2,m1 +,+m2,+m2 +m2 m2 +m2,未转变,单转变,共转变,共转变,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,极化子：,距离单链断裂点的位置,越近越容易发生基因转变,，越远越不易发生转变，由此,基因转变频率由高到低,形成一个梯度，,染色体上呈现基因转变极化现象的区域称为极化子,；,m3,m2,m1,m4,m5,转变频率,单链断裂点,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,(,一,),、细菌同源重组的特点,发生在环状双链,DNA,分子与一个双链或单链,DNA,分子之间；,转化,：,单链,双链,接合：,双链,双链,转导：,双链,双链,四、细菌的同源重组,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,存在,8,个碱基组成的重组热点,(,Chi,位点,),：,chi,位点,5 GCTGGTGG 3,3 CGACCACC 5,需要几种重要的蛋白质：,RecBCD,复合体：,具有,核酸酶，解旋酶,和,ATPase,活性，在,Chi,位点,产生单链,3,游离未端；,RecA,：,促进,DNA,单链的同化，即,促进单链与同源双链分子发生链的交换,；,RuvAB,复合体：,促进,分支迁移,；,RuvC,：,核酸内切酶，,切开重组中间体,(Holliday,连接体,),；,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,(,二,),、细菌同源重组的机制,-,接合和转导,(,双链和双链,),1,),.,RecA,蛋白与单链,DNA,结 合，形成,螺旋状纤丝,；,2,),.,螺旋状纤丝,与同源双链,DNA,结合；,3,),.,螺旋状纤丝,中的单链,(,入侵单链,),与双链中的互补链配对，同源链被置换出来；,RecA,蛋白介导的,DNA,链交换模型,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,游离的,3,单链末端,单链侵入并置换,形成,Holliday,连接体,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,Ruv,AB,复合物结合于,Holliday,连接体,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,Ruv,C,蛋白切开,Holliday,连接体,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,置换延伸,(recA),内切酶,(recBCD),DNA,侵扰,(recA),内切酶,(recBCD),DNA,连接酶,5,3,5,3,5,3,5,3,5,3,5,3,5,3,5,3,5,3,3,5,5,3,3,5,3,5,5,3,3,3,5,3,5,3,3,5,5,3,5,3,5,3,Holiday,中间体,5,3,5,3,5,3,5,3,分支迁移,(,Ruv,AB),5,3,5,3,5,3,5,3,5,3,5,5,5,3,3,3,5,5,5,5,3,3,3,3,5,5,5,5,3,3,3,3,5,5,5,5,3,3,3,3,5,5,55,3,3,3,3,内切酶,(,RuvC,),内切酶,(,RuvC,),DNA,连接酶,DNA,连接酶,上下切,左右切,实质：单链,DNA,片段与双链环状,DNA,之间的重组,(,三,),、细菌的重组机制,-,转化,(,单链和双链,),哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,切除外源,DNA,无重组,切除受体,DNA,发生重组,无修复作用,子代细胞出现两种基因型（受体基因型,和重组体基因型）,通常采用有利于重组体基因型生长的选择条件,(,四,),、细菌修复系统对异源双链区的校正：,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,高效率标记,(high-efficiency maker),：,在转化中，有些遗传标记或是很少发生校正作用，或是校正切除几乎总是在受体,DNA,上，因此转化频率较高，这类遗传标记称为,。,低效率标记,(low-efficiency maker),：,转化中一些标记的校正切除总是倾向于发生在供体单链上，因而出现很低的转化频率，这类标记称为,。,哈工大,-,遗传学,第六章,同源重组的分子机制,