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1、第三章第三章 可移动的遗传因子（转座子）可移动的遗传因子（转座子）和染色体外遗传因子和染色体外遗传因子 生化教研室生化教研室 林丽彬林丽彬主要内容主要内容第一节第一节 转转 座座 子子第二节第二节 质质 粒粒第三节第三节 遗传重组遗传重组第一节第一节 转转 座座 子子l 转座子转座子(transposons)概念：概念：转座子是基因组突变的主要因素之一。转座子是基因组突变的主要因素之一。转座子转座子（transponsn,简称简称Tn）是原核生物和真核是原核生物和真核生物基因组中生物基因组中存在着可存在着可从一个染色体位点转从一个染色体位点转移到另一位点的一些移到另一位点的一些DNADNA序列
2、。序列。这些这些DNADNA序列序列可以通过切割、重新整合等一系列过程从基可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置因组的一个位置“跳跃跳跃”到另一个位置。故到另一个位置。故又称跳跃基因又称跳跃基因。一、转座子的分类和结构特征一、转座子的分类和结构特征（一）原核生物转座子的类型：（一）原核生物转座子的类型：1、插入序列、插入序列（insertion sequences，IS）最简单的转座子。最简单的转座子。二个分离的反向末端重复序列二个分离的反向末端重复序列二个分离的反向末端重复序列二个分离的反向末端重复序列 (inverted terminal repeats,ITR)(inver
3、ted terminal repeats,ITR)一个转座酶（一个转座酶（一个转座酶（一个转座酶（transposase)transposase)transposase)transposase)编码基因编码基因编码基因编码基因 2、复合转座子复合转座子 类转座子类转座子 由由IS类转座组件构成的复合体。类转座组件构成的复合体。IRIRTransposase Gene有用基因有用基因组成：组成：两端为两端为两端为两端为ISISISIS序列或类序列或类序列或类序列或类ISISISIS序列序列序列序列 中间编码抗生素物质中间编码抗生素物质中间编码抗生素物质中间编码抗生素物质3、转座子、转座子A家族家
4、族类转座子（类转座子（Tn A家族）家族）携带转座和耐药等基因的独立体家族。携带转座和耐药等基因的独立体家族。组成：组成：两端为两端为ITR，而不是，而不是IS 中间编码区含中间编码区含转座酶编码基因，及转座酶编码基因，及 抗生素抗性和解离酶等编码基因。抗生素抗性和解离酶等编码基因。4、转座噬菌体、转座噬菌体类转座子（了解）类转座子（了解）（二）真核生物转座子的类型（二）真核生物转座子的类型（了解）（了解）1、酵母菌中的转座子、酵母菌中的转座子Ty因子：因子：2、果蝇中的转座子、果蝇中的转座子P因子、因子、FB因子等：因子等：3、玉米中转座子、玉米中转座子玉米调控元件玉米调控元件4、逆转录转座
5、子逆转录转座子逆转录病毒、病毒超家族逆转录病毒、病毒超家族 及非病毒超家族。及非病毒超家族。转座子共同特点转座子共同特点.两端有反向重复序列两端有反向重复序列.转座后靶位点是正向重复转座后靶位点是正向重复.编码与转座有关的蛋白编码与转座有关的蛋白转座酶转座酶.可以在基因组中移动可以在基因组中移动（一）类型（一）类型1 1、复制型转座、复制型转座（replicative transposition）2 2、非复制型转座、非复制型转座（nonreplicative transposition）3 3、保守转座、保守转座（conservative tranposition）二、转座子机制二、转座子机
6、制1 1、复制型转座、复制型转座u 转座是伴随着新拷贝的复制。转座是伴随着新拷贝的复制。转座是伴随着新拷贝的复制。转座是伴随着新拷贝的复制。TnATnATnATnA转座子家族的移转座子家族的移转座子家族的移转座子家族的移 动只能通过复制型转座动只能通过复制型转座动只能通过复制型转座动只能通过复制型转座供体供体供体供体受体受体受体受体靶位点靶位点靶位点靶位点+转座酶：转座酶：转座酶：转座酶：交错切割原来交错切割原来交错切割原来交错切割原来的转座子末端和靶序列。的转座子末端和靶序列。的转座子末端和靶序列。的转座子末端和靶序列。解离酶：解离酶：解离酶：解离酶：作用于新的转作用于新的转作用于新的转作用
7、于新的转座子拷贝座子拷贝座子拷贝座子拷贝u需要两种酶：需要两种酶：需要两种酶：需要两种酶：转座酶和解离酶。转座酶和解离酶。转座酶和解离酶。转座酶和解离酶。2 2、非复制型转座、非复制型转座u 一个位点移到另一位点。一种酶：转座酶一个位点移到另一位点。一种酶：转座酶一个位点移到另一位点。一种酶：转座酶一个位点移到另一位点。一种酶：转座酶 。转座。转座。转座。转座 后供体中无转座子。插入序列和复合转座子后供体中无转座子。插入序列和复合转座子后供体中无转座子。插入序列和复合转座子后供体中无转座子。插入序列和复合转座子Tn10Tn10、Tn5Tn5均利用这一机制移动。均利用这一机制移动。均利用这一机制
8、移动。均利用这一机制移动。供体供体供体供体受体受体受体受体靶位点靶位点靶位点靶位点+3 3、保守转座保守转座u 宿主的修复系统能识别此处双链断裂并进行修复宿主的修复系统能识别此处双链断裂并进行修复宿主的修复系统能识别此处双链断裂并进行修复宿主的修复系统能识别此处双链断裂并进行修复供体供体供体供体受体受体受体受体靶位点靶位点靶位点靶位点+v保守型转座是另一保守型转座是另一种非复制型的转座种非复制型的转座过过程，该过程中程，该过程中转座元件从供体部转座元件从供体部位被切除并通过一位被切除并通过一系列的过程插入到系列的过程插入到靶部位，靶部位，在该过程在该过程中每个核苷键皆被中每个核苷键皆被保留。保
9、留。ISIS插入，与宿主的单链末端相连接插入，与宿主的单链末端相连接插入，与宿主的单链末端相连接插入，与宿主的单链末端相连接缺口由缺口由缺口由缺口由DNADNA聚合酶和连接酶聚合酶和连接酶聚合酶和连接酶聚合酶和连接酶加以填补，插入的加以填补，插入的加以填补，插入的加以填补，插入的ISIS两端形成两端形成两端形成两端形成了了了了DRDR或靶重复。或靶重复。或靶重复。或靶重复。转座过程：转座过程：非复制型转座（插入序列）非复制型转座（插入序列）非复制型转座（插入序列）非复制型转座（插入序列）的转座过程：的转座过程：的转座过程：的转座过程：转座酶转座酶转座酶转座酶交错切开宿主靶位点交错切开宿主靶位点
10、交错切开宿主靶位点交错切开宿主靶位点+转座酶转座酶转座酶转座酶交错切割原来的交错切割原来的交错切割原来的交错切割原来的转座子末端和靶序列。转座子末端和靶序列。转座子末端和靶序列。转座子末端和靶序列。复复制制型型的的转转座座过过程：程：切割产生的靶序列切割产生的靶序列切割产生的靶序列切割产生的靶序列3 3 端和端和端和端和转转座子座子座子座子55端之端之端之端之间发间发生生生生DNADNA链链交交交交换换，形成假复制叉。，形成假复制叉。，形成假复制叉。，形成假复制叉。然后以靶序列的然后以靶序列的然后以靶序列的然后以靶序列的33端端端端为为复制引复制引复制引复制引物，以物，以物，以物，以转转座子座
11、子座子座子链为链为模板模板模板模板进进行复行复行复行复制制制制产产生生生生共合体。共合体。共合体。共合体。最后在最后在最后在最后在解离解离解离解离酶酶的作的作的作的作用下，用下，用下，用下，2 2个拷个拷个拷个拷贝贝的的的的转转座子座子座子座子发发生同源重生同源重生同源重生同源重组组并并并并释释放出放出放出放出2 2个复制子。个复制子。个复制子。个复制子。三、转座效应（了解）三、转座效应（了解）1、转座的遗传效应：、转座的遗传效应：转座最典型的作用是引起转座最典型的作用是引起转座最典型的作用是引起转座最典型的作用是引起不稳定的突变等位基因不稳定的突变等位基因不稳定的突变等位基因不稳定的突变等位
12、基因。u 导致受体导致受体导致受体导致受体DNADNADNADNA基因突变，插入导致基因失活是转座基因突变，插入导致基因失活是转座基因突变，插入导致基因失活是转座基因突变，插入导致基因失活是转座 最直接的效应。最直接的效应。最直接的效应。最直接的效应。u 干扰宿主基因与调控元件之间的关系，或改变干扰宿主基因与调控元件之间的关系，或改变干扰宿主基因与调控元件之间的关系，或改变干扰宿主基因与调控元件之间的关系，或改变DNADNADNADNA 结构而影响基因表达。结构而影响基因表达。结构而影响基因表达。结构而影响基因表达。转座引起的转座引起的DNADNA重排重排转座子转座子复制插入复制插入复制插入复
13、制插入v引起插入突变、产生新的基因、产生染色引起插入突变、产生新的基因、产生染色体畸变、引起生物进化体畸变、引起生物进化基因基因基因基因F F F F被隔断而失去功能被隔断而失去功能被隔断而失去功能被隔断而失去功能转座子新拷贝转座子新拷贝转座子新拷贝转座子新拷贝3、异常转座的效应：、异常转座的效应：4、对宿主细胞活力的影响：、对宿主细胞活力的影响：异常转座包括：一端转座、部分转座、隐藏位点转异常转座包括：一端转座、部分转座、隐藏位点转异常转座包括：一端转座、部分转座、隐藏位点转异常转座包括：一端转座、部分转座、隐藏位点转座、协同转座、倒位转座座、协同转座、倒位转座座、协同转座、倒位转座座、协同
14、转座、倒位转座 影响细胞影响细胞影响细胞影响细胞DNADNADNADNA代谢，介导基因异常重排。代谢，介导基因异常重排。代谢，介导基因异常重排。代谢，介导基因异常重排。三种形式：三种形式：三种形式：三种形式：修复切割所留下的切口修复切割所留下的切口修复切割所留下的切口修复切割所留下的切口 转座子内部的重排转座子内部的重排转座子内部的重排转座子内部的重排 转座子间的重排转座子间的重排转座子间的重排转座子间的重排2、精确转座的结构效应：、精确转座的结构效应：转座事件可介导两侧的宿主转座事件可介导两侧的宿主转座事件可介导两侧的宿主转座事件可介导两侧的宿主DNADNADNADNA发生一系列的基因重排。
15、发生一系列的基因重排。发生一系列的基因重排。发生一系列的基因重排。逆转录转座子：逆转录转座子：逆转录转座子：逆转录转座子：指内部含逆转录酶编码序列指内部含逆转录酶编码序列指内部含逆转录酶编码序列指内部含逆转录酶编码序列,通过通过通过通过DNARNADNADNARNADNA方式进行转座方式进行转座方式进行转座方式进行转座,即转座子转录产即转座子转录产即转座子转录产即转座子转录产生相应的生相应的生相应的生相应的RNA,RNA,再经逆转录生成新的转座子再经逆转录生成新的转座子再经逆转录生成新的转座子再经逆转录生成新的转座子DNADNA并并并并整合到基因组中。整合到基因组中。整合到基因组中。整合到基因
16、组中。四、逆转录病毒和逆转录转座子四、逆转录病毒和逆转录转座子 逆转录病毒：将含有逆转录病毒：将含有逆转录病毒：将含有逆转录病毒：将含有逆转录酶的逆转录酶的逆转录酶的逆转录酶的RNARNA病毒称为病毒称为病毒称为病毒称为逆转录病毒逆转录病毒逆转录病毒逆转录病毒。逆转录酶由逆转录酶由逆转录酶由逆转录酶由逆转录病毒基因组逆转录病毒基因组逆转录病毒基因组逆转录病毒基因组RNARNARNARNA编码编码编码编码 所以所以所以所以逆转录转座子逆转录转座子逆转录转座子逆转录转座子与逆转录病毒有关，与逆转录病毒有关，与逆转录病毒有关，与逆转录病毒有关，是真核是真核是真核是真核生物转座子的重要类型。生物转座子
17、的重要类型。生物转座子的重要类型。生物转座子的重要类型。n 逆转录病毒与逆转录转座子的区别：逆转录病毒与逆转录转座子的区别：逆转录病毒逆转录病毒逆转录病毒逆转录病毒是具有感染能力的病毒颗粒，是具有感染能力的病毒颗粒，是具有感染能力的病毒颗粒，是具有感染能力的病毒颗粒，可以可以可以可以 在细胞之间转移。在细胞之间转移。在细胞之间转移。在细胞之间转移。逆转录转座子逆转录转座子逆转录转座子逆转录转座子是宿主是宿主是宿主是宿主DNADNADNADNA基因组的组分，可以基因组的组分，可以基因组的组分，可以基因组的组分，可以 在基因组内转座，但在基因组内转座，但在基因组内转座，但在基因组内转座，但不能在细
18、胞之间转移不能在细胞之间转移不能在细胞之间转移不能在细胞之间转移。1、逆转录病毒基因组与逆转录转座子结构、逆转录病毒基因组与逆转录转座子结构（1）逆转录病毒：）逆转录病毒：基因组由基因组由基因组由基因组由两条相同的正链两条相同的正链两条相同的正链两条相同的正链RNARNARNARNA组成。典型逆转录病组成。典型逆转录病组成。典型逆转录病组成。典型逆转录病毒毒毒毒具有具有具有具有gaggag、polpol、envenv三个结构基因。如图：三个结构基因。如图：三个结构基因。如图：三个结构基因。如图：编码病毒核心蛋白编码病毒核心蛋白编码病毒核心蛋白编码病毒核心蛋白编码逆转录酶、蛋编码逆转录酶、蛋编码
19、逆转录酶、蛋编码逆转录酶、蛋白水解酶和整合酶白水解酶和整合酶白水解酶和整合酶白水解酶和整合酶编码包膜糖蛋白。编码包膜糖蛋白。编码包膜糖蛋白。编码包膜糖蛋白。（2）逆转录转座子：）逆转录转座子：与逆转录病毒结构有许多相似之处，但与逆转录病毒结构有许多相似之处，但与逆转录病毒结构有许多相似之处，但与逆转录病毒结构有许多相似之处，但envenv基因被基因被基因被基因被破坏或没有，故逆转录转座子不能形成感染粒子破坏或没有，故逆转录转座子不能形成感染粒子破坏或没有，故逆转录转座子不能形成感染粒子破坏或没有，故逆转录转座子不能形成感染粒子。2.逆转录病毒与转座逆转录病毒与转座 逆转录产生原病毒像溶源性噬逆
20、转录产生原病毒像溶源性噬菌体菌体DNA一样，成为宿主基因组一样，成为宿主基因组的一部分；的一部分；细胞细胞DNA序列可能序列可能与病毒序列重组，并经过转座作与病毒序列重组，并经过转座作用插入新位点，改变细胞的性质。用插入新位点，改变细胞的性质。u 逆转录产生的线形病毒逆转录产生的线形病毒DNA，由整合酶催化插入宿主靶位点由整合酶催化插入宿主靶位点DNA，这一整合过程与转座子一样。，这一整合过程与转座子一样。3、逆转录病毒与转导（了解）、逆转录病毒与转导（了解）u 逆转录病毒可转导真核细胞的序列，常被称逆转录病毒可转导真核细胞的序列，常被称为为转导逆转录病毒。转导逆转录病毒。u 原病毒原病毒DN
21、A整合在整合在C-onc基因附近，二者可基因附近，二者可融合在一起，转录后形成一条即含病毒序列又含融合在一起，转录后形成一条即含病毒序列又含C-onc的的RNA，后者如含包装信号可被包装进，后者如含包装信号可被包装进病毒颗粒中，形成含有一条融合病毒颗粒中，形成含有一条融合RNA和一条正和一条正常病毒常病毒RNA的二倍体病毒颗粒。的二倍体病毒颗粒。二者分子之间发生重组将会产生二者分子之间发生重组将会产生转化逆转录转化逆转录病毒基因组。病毒基因组。病毒携带病毒携带V-onc，即具有转化能力。，即具有转化能力。LTRgagpolenvLTRVirus DNAVirus proteinLTRgagLT
22、RV-onc Transforming Virus DNAVirus protein逆转录病毒和携带细胞基因序列病毒基因组比较逆转录病毒和携带细胞基因序列病毒基因组比较3.逆转录病毒与转录逆转录病毒与转录病病病病毒毒毒毒超超超超家家家家族族族族（viravira superfamivlysuperfamivly）：反反反反转转转转录录录录病病病病毒毒毒毒编编编编码码码码反反反反转转转转录录录录酶酶酶酶或或或或整整整整合合合合酶酶酶酶，所所所所以以以以有有有有转转转转座座座座能能能能力力力力。反反反反转转转转录录录录子子子子不不不不同同同同于于于于反反反反转转转转录录录录病病病病毒毒毒毒，它它它
23、它们们们们自自自自已已已已并并并并不不不不形形形形成成成成独独独独立立立立的的的的感感感感染染染染颗颗颗颗粒粒粒粒。但但但但对对对对于于于于转转转转座座座座机机机机制制制制等等等等其其其其它它它它方方方方面面面面它它它它们们们们是是是是相相相相似似似似的的的的。这这这这一组称为一组称为一组称为一组称为.。逆转录转座子的分类逆转录转座子的分类非非非非病病病病毒毒毒毒超超超超家家家家族族族族（nonviralnonviral suberfamilysuberfamily）：另另另另一一一一类类类类反反反反转转转转录录录录子子子子其其其其内内内内外外外外部部部部特特特特点点点点相相相相似似似似，表表
24、表表明明明明它它它它们们们们起起起起源源源源于于于于RNARNA序序序序列列列列。它它它它们们们们并并并并不不不不编编编编码码码码具具具具有有有有转转转转座座座座功功功功能能能能的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白，转转转转座座座座的的的的酶酶酶酶是是是是通通通通过别处编码的酶来作用的。这一组就称为过别处编码的酶来作用的。这一组就称为过别处编码的酶来作用的。这一组就称为过别处编码的酶来作用的。这一组就称为.。第二节第二节 质质 粒粒 质粒（质粒（plasmid）：）：为多数细菌和某些真核细胞染色为多数细菌和某些真核细胞染色为多数细菌和某些真核细胞染色为多数细菌和某些真核细胞染色体外的体外的体外的体外的环状
25、双链环状双链环状双链环状双链DNADNA分子分子分子分子。特点：特点：能在宿主细胞内能在宿主细胞内能在宿主细胞内能在宿主细胞内独立复制，带有某些独立复制，带有某些独立复制，带有某些独立复制，带有某些遗传信息，会赋予宿遗传信息，会赋予宿遗传信息，会赋予宿遗传信息，会赋予宿主细胞一些遗传性状。主细胞一些遗传性状。主细胞一些遗传性状。主细胞一些遗传性状。但质粒并不是它的但质粒并不是它的但质粒并不是它的但质粒并不是它的宿主细胞所必需的。宿主细胞所必需的。宿主细胞所必需的。宿主细胞所必需的。质粒（质粒（plasmidplasmid）存在于细菌等细胞质中存在于细菌等细胞质中双链环状双链环状DNA分子分子大
26、约大约1-200Kb具有自主复制和转录能力具有自主复制和转录能力不能独立存活不能独立存活在子细胞中保持恒定的拷贝数在子细胞中保持恒定的拷贝数并表达其遗传信息并表达其遗传信息3.col质粒：编码大肠埃希菌的细菌素质粒：编码大肠埃希菌的细菌素一、质粒遗传学类型一、质粒遗传学类型2.R质粒质粒1.F质粒质粒3.col质粒质粒4.质粒噬菌体质粒噬菌体 1.F质粒：质粒：编码细菌性菌毛编码细菌性菌毛2.R质粒：质粒：编码细菌耐药性编码细菌耐药性二、质粒二、质粒DNADNA的特性的特性（一）质粒的复制（一）质粒的复制质粒在细胞内的复制分两种类型：质粒在细胞内的复制分两种类型：质粒在细胞内的复制分两种类型：
27、质粒在细胞内的复制分两种类型：1 1 1 1、严紧型质粒的复制：、严紧型质粒的复制：、严紧型质粒的复制：、严紧型质粒的复制：依赖细菌染色体的多种酶系统。依赖细菌染色体的多种酶系统。依赖细菌染色体的多种酶系统。依赖细菌染色体的多种酶系统。u 只在细胞周期的一定阶段进行复制，与细菌的繁只在细胞周期的一定阶段进行复制，与细菌的繁只在细胞周期的一定阶段进行复制，与细菌的繁只在细胞周期的一定阶段进行复制，与细菌的繁 殖密切相关。殖密切相关。殖密切相关。殖密切相关。受细胞核控制，与染色体受细胞核控制，与染色体受细胞核控制，与染色体受细胞核控制，与染色体DNADNADNADNA复制复制复制复制 相伴随。相伴
28、随。相伴随。相伴随。u 需要蛋白质合成和需要蛋白质合成和需要蛋白质合成和需要蛋白质合成和 DNA DNA DNA DNA polpolpolpol 的存在。的存在。的存在。的存在。u 每个细胞只有每个细胞只有每个细胞只有每个细胞只有 1 1 1 15 5 5 5个拷贝。个拷贝。个拷贝。个拷贝。u 在整个细胞周期中随时都可进行复制。在整个细胞周期中随时都可进行复制。在整个细胞周期中随时都可进行复制。在整个细胞周期中随时都可进行复制。不受细胞不受细胞不受细胞不受细胞核控制，核控制，核控制，核控制，u 需用需用需用需用DNApolDNApolDNApolDNApol的存在。的存在。的存在。的存在。u
29、 在细胞内有在细胞内有在细胞内有在细胞内有10101010200200200200个以个以个以个以上上上上,甚至多达数千个。甚至多达数千个。甚至多达数千个。甚至多达数千个。质粒复制方式：质粒复制方式：均为半保留复制，并在复制周期内保持环状结构。均为半保留复制，并在复制周期内保持环状结构。质粒复制形式多样，包括：质粒复制形式多样，包括：单向复制、双向复制、单向与双向并存。单向复制、双向复制、单向与双向并存。2 2 2 2、松弛型质粒的复制：、松弛型质粒的复制：、松弛型质粒的复制：、松弛型质粒的复制：（二）质粒的不相容性（二）质粒的不相容性u 质粒的不相容性质粒的不相容性质粒的不相容性质粒的不相容
30、性是指细菌质粒不能在相同细胞是指细菌质粒不能在相同细胞是指细菌质粒不能在相同细胞是指细菌质粒不能在相同细胞 中同时存在的现象中同时存在的现象中同时存在的现象中同时存在的现象。u当某种质粒在宿主细胞内存在时，会阻止其它质当某种质粒在宿主细胞内存在时，会阻止其它质当某种质粒在宿主细胞内存在时，会阻止其它质当某种质粒在宿主细胞内存在时，会阻止其它质粒进入细胞寄宿，这种质粒称为粒进入细胞寄宿，这种质粒称为粒进入细胞寄宿，这种质粒称为粒进入细胞寄宿，这种质粒称为不相容质粒。不相容质粒。不相容质粒。不相容质粒。（三）质粒的转移性（三）质粒的转移性l 通过细菌的结合作用，通过细菌的结合作用，F 质粒在不丢失
31、本质粒在不丢失本 身的情况下，可从一个细胞转移到无身的情况下，可从一个细胞转移到无F 质质 粒的另一个细胞中。粒的另一个细胞中。四、质粒中的选择性标记四、质粒中的选择性标记选择标记是指能够选择标记是指能够赋予宿主易于检测的赋予宿主易于检测的表型。表型。包括抗生素抗性标记，以及一些生化包括抗生素抗性标记，以及一些生化表型的标记。表型的标记。抗生素抗性基因是目前使用最广泛的抗生素抗性基因是目前使用最广泛的选择标记。常用的有选择标记。常用的有：1、氨苄青霉素抗性基因氨苄青霉素抗性基因氨苄青霉素抗性基因氨苄青霉素抗性基因 ampr 2、四环素抗性基因四环素抗性基因四环素抗性基因四环素抗性基因 tetr
32、 3、氯霉素抗性基因氯霉素抗性基因氯霉素抗性基因氯霉素抗性基因cmr 或或 cat三、特殊细菌质粒（了解）三、特殊细菌质粒（了解）（一）（一）F F 质粒质粒 性质粒性质粒性质粒性质粒 F F F F 质粒是一种环状的质粒是一种环状的质粒是一种环状的质粒是一种环状的DNADNADNADNA分子，分子量分子，分子量分子，分子量分子，分子量94.5kb94.5kb94.5kb94.5kb；F F F F 质粒有整合进入细胞染色体而产生质粒有整合进入细胞染色体而产生质粒有整合进入细胞染色体而产生质粒有整合进入细胞染色体而产生HfrHfrHfrHfr细胞细胞细胞细胞 的能力；的能力；的能力；的能力；染
33、色体上有染色体上有染色体上有染色体上有20202020多个整合位点，多个整合位点，多个整合位点，多个整合位点，F F F F质粒对其亲和力质粒对其亲和力质粒对其亲和力质粒对其亲和力 不同，形成不同，形成不同，形成不同，形成HfrHfrHfrHfr 细胞株的频率也是不同的；细胞株的频率也是不同的；细胞株的频率也是不同的；细胞株的频率也是不同的；F F F F 质粒的整合方向可以是顺时针，也可逆时针；质粒的整合方向可以是顺时针，也可逆时针；质粒的整合方向可以是顺时针，也可逆时针；质粒的整合方向可以是顺时针，也可逆时针；F F F F 质粒可从一个细胞转移到另一无质粒可从一个细胞转移到另一无质粒可从
34、一个细胞转移到另一无质粒可从一个细胞转移到另一无F F F F 质粒的细胞。质粒的细胞。质粒的细胞。质粒的细胞。（二）（二）R 质粒质粒耐药性质粒耐药性质粒 R R 质粒由抗性转移因子（质粒由抗性转移因子（质粒由抗性转移因子（质粒由抗性转移因子（RTFRTF）和决定抗性）和决定抗性）和决定抗性）和决定抗性 因子（因子（因子（因子（r-r-决定子）两部分决定子）两部分决定子）两部分决定子）两部分DNADNA片段组成。片段组成。片段组成。片段组成。（三）（三）Col 质粒质粒大肠杆菌质粒大肠杆菌质粒 是能产生大肠杆菌素的大肠杆菌质粒，可以是能产生大肠杆菌素的大肠杆菌质粒，可以是能产生大肠杆菌素的大
35、肠杆菌质粒，可以是能产生大肠杆菌素的大肠杆菌质粒，可以 抑制或杀死不含抑制或杀死不含抑制或杀死不含抑制或杀死不含Col Col 质粒的亲缘细菌。质粒的亲缘细菌。质粒的亲缘细菌。质粒的亲缘细菌。R R 质粒含有对抗生素的抗性基因，使宿主细质粒含有对抗生素的抗性基因，使宿主细质粒含有对抗生素的抗性基因，使宿主细质粒含有对抗生素的抗性基因，使宿主细 菌产生对抗生素的抗性，这种耐药性是可以菌产生对抗生素的抗性，这种耐药性是可以菌产生对抗生素的抗性，这种耐药性是可以菌产生对抗生素的抗性，这种耐药性是可以 遗传的。遗传的。遗传的。遗传的。在减数分裂时，通过同源染色在减数分裂时，通过同源染色体的交换和非同源
36、染色体的独立分配，使子代体的交换和非同源染色体的独立分配，使子代细胞的遗传信息产生了重新组合，这种现象称细胞的遗传信息产生了重新组合，这种现象称为遗传重组。为遗传重组。（geneticrecombination）第三节第三节 遗传重组遗传重组遗传重组定义：遗传重组定义：广义的遗传重组：广义的遗传重组：广义的遗传重组：广义的遗传重组：指任何产生新的基因组合，从指任何产生新的基因组合，从指任何产生新的基因组合，从指任何产生新的基因组合，从而造成基因型变化的过程，包括独立分配或基因交换。而造成基因型变化的过程，包括独立分配或基因交换。而造成基因型变化的过程，包括独立分配或基因交换。而造成基因型变化的
37、过程，包括独立分配或基因交换。狭义的遗传重组狭义的遗传重组狭义的遗传重组狭义的遗传重组：仅涉及：仅涉及：仅涉及：仅涉及DNADNADNADNA分子的断裂并重分子的断裂并重分子的断裂并重分子的断裂并重新连接而造成基因重新组合的过程，即基因交换。新连接而造成基因重新组合的过程，即基因交换。新连接而造成基因重新组合的过程，即基因交换。新连接而造成基因重新组合的过程，即基因交换。遗传重组类型遗传重组类型1.1.同源重组同源重组 2.2.位点特异性重组位点特异性重组3.3.转座作用转座作用 4.4.异常重组异常重组 依据对依据对DNA序列和所需蛋白质因子的要求序列和所需蛋白质因子的要求一、同源重组一、同
38、源重组（homologous recombination）发发发发生生生生在在在在同同同同源源源源序序序序列列列列间间间间的的的的重重重重组组组组称称称称为为为为同同同同源源源源重重重重组组组组，又又又又称称称称基本重组基本重组基本重组基本重组。是最基本的。是最基本的。是最基本的。是最基本的DNADNADNADNA重组方式。重组方式。重组方式。重组方式。通通通通过过过过链链链链的的的的断断断断裂裂裂裂和和和和再再再再连连连连接接接接，在在在在两两两两个个个个DNADNADNADNA分分分分子子子子大大大大片片片片同源序列间进行单链或双链片段的交换。同源序列间进行单链或双链片段的交换。同源序列间
39、进行单链或双链片段的交换。同源序列间进行单链或双链片段的交换。1、同源重组的产生：、同源重组的产生：u 产生条件：产生条件：产生条件：产生条件：只要两条只要两条只要两条只要两条DNADNADNADNA序列相同或相似，就可序列相同或相似，就可序列相同或相似，就可序列相同或相似，就可 以在序列的任何一点发生同源重组。以在序列的任何一点发生同源重组。以在序列的任何一点发生同源重组。以在序列的任何一点发生同源重组。二、同源重组的分子机制二、同源重组的分子机制 两个两个两个两个DNADNA分子单链的同一部位发生断裂。分子单链的同一部位发生断裂。分子单链的同一部位发生断裂。分子单链的同一部位发生断裂。两个
40、断裂的单链的游离末端彼此交换，连接形成两个断裂的单链的游离末端彼此交换，连接形成两个断裂的单链的游离末端彼此交换，连接形成两个断裂的单链的游离末端彼此交换，连接形成HollidayHolliday连接体。连接体。连接体。连接体。通过分支移动产生通过分支移动产生通过分支移动产生通过分支移动产生同另一分子的互补序列形成同另一分子的互补序列形成同另一分子的互补序列形成同另一分子的互补序列形成异异异异源双链源双链源双链源双链DNADNA。Holliday Holliday交叉的上部或下部旋转交叉的上部或下部旋转交叉的上部或下部旋转交叉的上部或下部旋转18001800，中间体，中间体，中间体，中间体 切
41、开并修复，形成两个双链重组体切开并修复，形成两个双链重组体切开并修复，形成两个双链重组体切开并修复，形成两个双链重组体DNADNA，分别为：，分别为：，分别为：，分别为：片段重组体和拼接重组体。片段重组体和拼接重组体。普遍公认的是普遍公认的是普遍公认的是普遍公认的是19641964年提出的年提出的年提出的年提出的HollidayHolliday模型模型模型模型，该该该该模型于模型于模型于模型于19751975年得到改进：年得到改进：年得到改进：年得到改进：片段重组体片段重组体 基本无重组发生基本无重组发生基本无重组发生基本无重组发生：拼接重组体拼接重组体交换重组交换重组交换重组交换重组：切开的
42、链与原来断裂的是同一条链，切开的链与原来断裂的是同一条链，重组体含有一段异源双链区，其两侧来自重组体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲本同一亲本DNA。切开的链并非原来断裂的链，重组体切开的链并非原来断裂的链，重组体异源双链区的两侧来自不同亲本异源双链区的两侧来自不同亲本DNA。片段重组体片段重组体片段重组体片段重组体拼接重组体拼接重组体RecBCD核酸酶核酸酶RecA蛋白蛋白RuvAB和和RuvC蛋白蛋白（三）、同源重组的酶学（三）、同源重组的酶学对大肠杆菌的研究最为深入，主要蛋白质有：对大肠杆菌的研究最为深入，主要蛋白质有：1、RecBCD蛋白蛋白u RecBCDRecBCD是一种多功能
43、酶，是一种多功能酶，是一种多功能酶，是一种多功能酶，具有外切核酸酶、解具有外切核酸酶、解具有外切核酸酶、解具有外切核酸酶、解 螺旋酶、螺旋酶、螺旋酶、螺旋酶、ATPATP酶和序列特异的单链内切酶活性。酶和序列特异的单链内切酶活性。酶和序列特异的单链内切酶活性。酶和序列特异的单链内切酶活性。u 单链内切酶活性和解旋酶活性使单链内切酶活性和解旋酶活性使单链内切酶活性和解旋酶活性使单链内切酶活性和解旋酶活性使DNADNA产生具有产生具有产生具有产生具有游离末端的单链游离末端的单链游离末端的单链游离末端的单链RecARecA的作用位点的作用位点的作用位点的作用位点u RecBCDRecBCD有固定切割
44、位点有固定切割位点有固定切割位点有固定切割位点单链区的单链区的单链区的单链区的 chi chi 位点位点位点位点33方方方方4 46NT6NT处切断单链处切断单链处切断单链处切断单链(单链内切酶单链内切酶单链内切酶单链内切酶)chi位点：位点：5-GCTGGTGG-3目前发现的重组目前发现的重组热点，热点，E.coli基因组中大约每基因组中大约每10Kb出现一个该位点出现一个该位点.53RecBCD RecBCD 切割产切割产切割产切割产生生生生33单单单单链末端链末端链末端链末端 chi位点：位点：5-GCTGGTGG-32、RecA 蛋白蛋白活性活性u RecARecA 有有有有单、双链单
45、、双链单、双链单、双链 DNADNA 结合活性结合活性结合活性结合活性 uRecARecA 有有有有 ATPaseATPase 活性活性活性活性uRecARecA 有启动一个分子的单链侵入到另一双螺旋分有启动一个分子的单链侵入到另一双螺旋分有启动一个分子的单链侵入到另一双螺旋分有启动一个分子的单链侵入到另一双螺旋分 子的能力，即联会同源子的能力，即联会同源子的能力，即联会同源子的能力，即联会同源 DNADNA功能：功能：在在在在ATPATP的协助下，的协助下，的协助下，的协助下，促进各种促进各种促进各种促进各种DNADNA分子进行同源分子进行同源分子进行同源分子进行同源配对或分子入侵，形成同源
46、配对的联合分子。配对或分子入侵，形成同源配对的联合分子。配对或分子入侵，形成同源配对的联合分子。配对或分子入侵，形成同源配对的联合分子。RecA 蛋白催化双链和单链蛋白催化双链和单链 DNA 的反应阶段的反应阶段3、其它蛋白、其它蛋白、RuvARuvA：识别识别识别识别 Holliday Holliday 结构的连接点结构的连接点结构的连接点结构的连接点、RuvBRuvB：为分枝迁移提供动力（为分枝迁移提供动力（为分枝迁移提供动力（为分枝迁移提供动力（ATPase ATPase ）RuvAB RuvAB RuvAB RuvAB最主要的功能：最主要的功能：最主要的功能：最主要的功能：凭借其解旋酶
47、活凭借其解旋酶活凭借其解旋酶活凭借其解旋酶活性，推动性，推动性，推动性，推动HollidayHollidayHollidayHolliday中中中中间体的分支迁移。间体的分支迁移。间体的分支迁移。间体的分支迁移。Ruv C 的作用：的作用：u Ruv C 是一种是一种核酸内切酶核酸内切酶核酸内切酶核酸内切酶-专一性识别专一性识别专一性识别专一性识别HollidayHolliday结构的连接点结构的连接点结构的连接点结构的连接点。l 拆分分三步进行：拆分分三步进行：功能：功能：功能：功能：在重组中诱发在重组中诱发在重组中诱发在重组中诱发HollidayHolliday中间体的拆分作用。中间体的拆
48、分作用。中间体的拆分作用。中间体的拆分作用。第一：第一：第一：第一：Ruv C Ruv C 结合于结合于结合于结合于HollidayHolliday中间体；中间体；中间体；中间体；第二：改变第二：改变第二：改变第二：改变DNADNA构象，需用构象，需用构象，需用构象，需用MgMg2 2 或或或或CaCa2 2 ；第三：切割，需用第三：切割，需用第三：切割，需用第三：切割，需用MgMg2 2。（四）、同源重组的主要途径（四）、同源重组的主要途径（1）Rec BCD 途径：是最重要的一条途径。途径：是最重要的一条途径。（2）Rec F 途径：在途径：在Rec BCD 途径不能运作途径不能运作 的情
49、况下，大肠杆菌启动该途径。的情况下，大肠杆菌启动该途径。（3）Rec E 途径：不用途径：不用Rec BCD，也不用，也不用Rec A。（4）Red 途径：为重组缺陷途径，是途径：为重组缺陷途径，是噬菌体噬菌体 专用途径。专用途径。概念：概念：发生在生在专一序列一序列而而顺序极少相同的序极少相同的DNA分子分子间，不依赖于不依赖于DNA序列的同源性序列的同源性，而依赖于能与某些酶相结合的特异而依赖于能与某些酶相结合的特异DNA序列序列的重组。的重组。二、二、位点特异性重组位点特异性重组概念：概念：噬菌体基因噬菌体基因噬菌体基因噬菌体基因组组整合到整合到整合到整合到细细菌染色体基因菌染色体基因菌
50、染色体基因菌染色体基因组组中属此种重中属此种重中属此种重中属此种重组组特点：特点：u 在特定的结合序列部位，有专一的酶催化断裂在特定的结合序列部位，有专一的酶催化断裂在特定的结合序列部位，有专一的酶催化断裂在特定的结合序列部位，有专一的酶催化断裂 重接重接重接重接-产生精确的产生精确的产生精确的产生精确的DNADNA重排重排重排重排u 都具有整合作用的两个基本特征都具有整合作用的两个基本特征都具有整合作用的两个基本特征都具有整合作用的两个基本特征 典型的保守性重组典型的保守性重组典型的保守性重组典型的保守性重组-交换是相互的和保存原先交换是相互的和保存原先交换是相互的和保存原先交换是相互的和保