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1、第十一章基因结构和重组第1页，此课件共45页哦一、一基因一酶学说一、一基因一酶学说 1941 Beadle&Tatum 提出：提出：“one gene one enzyme”hypothesis第2页，此课件共45页哦 SupplementsMutant strain Nothing Ornithine Citrulline Arginino-Arginine Growth response if nutrient is added to minimal medium succinate Wildtype Arg+Arg-E-+Arg-F-+Arg-G-+Arg-H-+Neurospora c
2、rassa粗糙链孢霉粗糙链孢霉鸟氨酸鸟氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 精氨酸琥珀酸精氨酸琥珀酸 精氨酸精氨酸第3页，此课件共45页哦乙酰鸟氨酸酶乙酰鸟氨酸酶乙酰鸟氨酸乙酰鸟氨酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸鸟氨酸转氨鸟氨酸转氨甲酰基酶甲酰基酶精氨酸琥珀精氨酸琥珀酸合成酶酸合成酶精氨酸琥珀精氨酸琥珀酸裂解酶酸裂解酶精氨酸琥珀酸精氨酸琥珀酸精氨酸精氨酸天冬氨酸天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸Neurospora crassa第4页，此课件共45页哦乙酰醋酸乙酰醋酸尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶尿黑酸尿黑酸对羟甲基苯丙酮酸对羟甲基苯丙酮酸对羟甲基苯丙对羟甲基苯丙酮酸氧化酶酮酸氧化酶酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸转氨酶转氨酶苯丙氨
3、酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶苯丙酮酸苯丙酮酸黑色素黑色素3,4二羟苯丙氨酸二羟苯丙氨酸延胡索酰乙酰乙酸延胡索酰乙酰乙酸延胡酸延胡酸乙酰乙酸乙酰乙酸第5页，此课件共45页哦苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶转氨酶转氨酶对羟甲基苯丙酮对羟甲基苯丙酮酸氧化酶酸氧化酶acid尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶酪氨酸酪氨酸对羟甲基对羟甲基苯丙酮酸苯丙酮酸尿黑酸尿黑酸乙酰醋酸乙酰醋酸苯丙酮酸苯丙酮酸黑色素黑色素呆小症呆小症甲状腺甲状腺酪氨酸代谢紊乱酪氨酸代谢紊乱尿黑酸症尿黑酸症第6页，此课件共45页哦脑损害脑损害白内障白内障黄疸黄疸肝脏肿大肝脏肿大肾损害肾损害第7页，此课件共45页哦半乳糖激酶半乳糖激酶1磷酸半
4、乳糖磷酸半乳糖尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖1磷酸尿苷转移酶磷酸尿苷转移酶尿苷二磷酸半乳糖尿苷二磷酸半乳糖差向异构酶差向异构酶第8页，此课件共45页哦one gene one polypeptide theory第9页，此课件共45页哦Gene Structure gene recombinationand第10页，此课件共45页哦cis-trans test and cistron第11页，此课件共45页哦Aspergillus nidulans曲霉菌曲霉菌heterokaryon异核体异核体diploid conidia二倍体分生孢子二倍体分生孢子ad 16+ad 8ad 1
5、6+ad 8ad 16+ad 16ad 8ad 8+ad 16ad 16ad 8ad 8突变型突变型野生型野生型野生型野生型突变型突变型第12页，此课件共45页哦ad 16+ad 16+ad 8ad 8transciscis-trans effectcistron有缺陷有缺陷有缺陷有缺陷有缺陷有缺陷正常正常野生型野生型突变型突变型第13页，此课件共45页哦complementation test第14页，此课件共45页哦 B K()+-+r IIr II+T4T4突变型突变型rII+在不同菌株上的噬菌斑在不同菌株上的噬菌斑(大而清晰大而清晰)(小而模糊小而模糊)(小而模糊小而模糊)(E.col
6、i)重组测验：r47+r104；B，总数；K()，重组子第15页，此课件共45页哦Benzer r II :r II A and rII B (two cistrons)互补互补m1 m2 +m1 +m2 m1 m2+m1 +m2顺式顺式反式反式顺式顺式反式反式同一顺反子同一顺反子不同顺反子不同顺反子野生型野生型突变型突变型野生型野生型野生型野生型_无互补无互补互补实验可确定有同一表型效应的两个突变型是等位的还是非等位的。互补实验可确定有同一表型效应的两个突变型是等位的还是非等位的。第16页，此课件共45页哦(一一)重组机制重组机制 1、交叉理论（、交叉理论（chiasmatatype hyp
7、othesis）1909年年Janssens并提出了交叉型理论并提出了交叉型理论2、断裂愈合模型、断裂愈合模型 1937年年Darlington提出提出3、模板选择学说（、模板选择学说（copy choice）Belling J.首先提出的，首先提出的，1933年他又撤回了年他又撤回了 这一假设。这一假设。4、1948年年Hershey提出模板选择学说提出模板选择学说第17页，此课件共45页哦第18页，此课件共45页哦断裂重接模型和模板选择复制断裂重接模型和模板选择复制模型的否定模型的否定断裂重接模型不能解释基因转变和极化子断裂重接模型不能解释基因转变和极化子现象现象模板选择复制模型存在的问题
8、：模板选择复制模型存在的问题：(1)违背了半保留复制；违背了半保留复制；(2)DNA复制应在复制应在S期，重组应在期，重组应在M期，期，不应同时发生。不应同时发生。(3)不能解释不能解释3线和线和4线交换。线交换。第19页，此课件共45页哦基因转变基因转变Gene conversionP132第20页，此课件共45页哦单倍体菌丝单倍体菌丝 A单倍体菌丝单倍体菌丝 B二倍体合子二倍体合子第21页，此课件共45页哦第22页，此课件共45页哦第23页，此课件共45页哦第24页，此课件共45页哦基因转变（基因转变（Gene conversion）：将真菌中不规则分离现象解释为减数分裂过程中同源染色体联
9、会时，一个基因使相对位置上的基因发生相应的变化所致，因而称为基因转变。第25页，此课件共45页哦第26页，此课件共45页哦第27页，此课件共45页哦Hybrid DNA model第28页，此课件共45页哦第29页，此课件共45页哦branchmigrationofHollidaystructure 第30页，此课件共45页哦EMofaHollidayJunctionw/afewmeltedbasepairsaroundjunction第31页，此课件共45页哦The Meselson-Radding ModelSince the Holliday model proposes two sim
10、ultaneous single strand nicks to start everything off,another model was proposed by Charles Radding and Matthew Meselson.In this model,only one strand invasion is required.第32页，此课件共45页哦第33页，此课件共45页哦双链断裂起始重组模型双链断裂起始重组模型（P129）在酵母系统的重组研究中，发现载体DNA双链断裂可大大提高同源重组的效率。第34页，此课件共45页哦The recBCD Pathway of Homol
11、ogous Recombination Part I:Nicking and Exchanging细菌同源重组机制细菌同源重组机制第35页，此课件共45页哦RecBCD:A complex enzymeRecBCD has:1.Endonuclease subunits(recBC)that cut one DNA strand close to Chi sequence.2.DNA helicase activity(recD subunit)and3.DNA-dependent ATPase activityunwinds DNA to generate SS regionsActivit
12、y 2 and 3 linked 第36页，此课件共45页哦recBCD Pathway of Homologous Recombination Part I:Nicking and Exchanging1.A nick is created in one strand by recBCD at a Chi sequence(GCTGGTGG),found every 5000 bp.2.Unwinding of DNA containing Chi sequence by recBCD allows binding of SSB and recA.3.recA promotes strand
13、 invasion into homologous DNA,displacing one strand.4.The displaced strand base-pairs with the single strand left behind on the other chromosome.5.The displaced and now paired strand is nicked(by recBCD?)to complete strand exchange.第37页，此课件共45页哦recBCD Pathway of Homologous RecombinationPart II:Branc
14、h Migration and Resolution第38页，此课件共45页哦recBCD Pathway of Homologous Rec.Part II:Branch Migration and Resolution1.Nicks are sealed Holliday Junction2.Branch migration(ruvA+ruvB)3.Resolution of Holliday Junction(ruvC)第39页，此课件共45页哦细菌同源重组的分子机制（1）RecBCD识别chi序列引发重组；（2）RecA催化单链同化；（3）Ruv系统解离Holliday连接点。第40页
15、，此课件共45页哦转座子转座子1951年年McClintock提出转座（提出转座（Transposition）和和跳跃基跳跃基因因(jumping gene)的概念的概念 1967年年Shapiro才才 在在 E.coli中中 发发 现现 了了 转转 座座 因因 子子（transposable element）第41页，此课件共45页哦McClintock第42页，此课件共45页哦转座子转座子一段一段DNADNA序列可以从原位上单独复制或断序列可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座，后的基因起调控作用，此过程
16、称转座，这段序列称为跳跃基因或转座子。这段序列称为跳跃基因或转座子。第43页，此课件共45页哦原核转座因子的类型原核转座因子的类型1、插入序列、插入序列(IS)（两端有略长的（两端有略长的IR和和短的短的DR）2、类插入序列（类插入序列（IS-like elements）3、复合转座子（两端组件为复合转座子（两端组件为IS和类和类IS）4、TnA家族（两端具有家族（两端具有IR而不是而不是IS）注：注：IR，反向重复序列；，反向重复序列；DR，正向重复序列。，正向重复序列。第44页，此课件共45页哦每种每种IS元件具有不同序列，但有共同的组织形式元件具有不同序列，但有共同的组织形式插入序列插入序列插入序列插入序列IS1IS1的结构的结构的结构的结构第45页，此课件共45页哦