置换
侵入
同化 异构化 分支迁移
双链断裂重组模型
实验表明， DNA分子必需具有75 bp以上的同源区 以上的同源区才 实验表明，两DNA分子必需具有75 bp以上的同源区才 分子必需具有 能发生同源重组，同源区小于此数值将显著降低重组率。 能发生同源重组，同源区小于此数值将显著降低重组率。
1.2.1 同源重组的分子机制 Holliday模型 ⑶ Holliday模型
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
DNA的重组 1 DNA的重组
1.2 同源重组 1.2.1 同源重组的分子机制 断裂重接模型（Breakage—rejoining rejoining） ⑴ 断裂重接模型（Breakage rejoining） a A b B
1930 Darlington)
特征
◘ 涉及同源序列间的联会配对，且交换的片段较大 涉及同源序列间的联会配对， 涉及DNA DNA分子在特定的交换位点发生断裂和错接的生 ◘ 涉及DNA分子在特定的交换位点发生断裂和错接的生 化过程异源双链区的生成 ◘ 存在重组热点 ◘ 需要重组酶 单链DNA分子或单链DNA DNA分子或单链DNA末端是交换发生的重要信号 ◘ 单链DNA分子或单链DNA末端是交换发生的重要信号
DNA的重组 1 DNA的重组
DNA分子内 或分子间发生遗传信息的重新组合， DNA分子内 或分子间发生遗传信息的重新组合，称 recombination),或者 或者基因重排 为遗传重组 (genetic recombination),或者基因重排 重组产物为重组体 重组体DNA (gene rearrangement) 。重组产物为重组体DNA (recombinant DNA) 。
产生重组体
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
Holliday 中间体
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
DNA的重组 1 DNA的重组 1.2 同源重组 1.2.2 细菌的基因转移与重组 细菌基因转移主要有四种机制：接合(conjugation)、 细菌基因转移主要有四种机制：接合(conjugation)、 (conjugation) 转化(transformation) 转导(transduction) (transformation)、 (transduction)和 转化(transformation)、转导(transduction)和细胞融合 fusion)。进入受体细胞(recipient cell)的外源基因 (cell fusion)。进入受体细胞(recipient cell)的外源基因 通常有四种结果：降解、暂时保留、 通常有四种结果：降解、暂时保留、与内源基因置换 和发生整合。 和发生整合。 共同特点是： 共同特点是： 单方向转移； ⑴ 单方向转移； 产生部分二倍体（ diploid）； ⑵ 产生部分二倍体（partial diploid）； ⑶ 基因只有整合到环状染色体上才能稳定 地遗传。 地遗传。
a A
B b
⑵模板选择复制模型（copy-choice ） 模板选择复制模型（copy-
(1931 Belling)
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
1.2.1 同源重组的分子机制 Holliday模型 ⑶ Holliday模型
1964年美国学者Robin Holliday提 1964年美国学者Robin Holliday提 年美国学者 出了著名的Holiday模型。 Holiday模型 出了著名的Holiday模型。 Holliday结构 ◘ Holliday结构 同源重组中连接两个DNA DNA双链 同源重组中连接两个DNA双链 的交换中间物,含有4 DNA链 的交换中间物,含有4股DNA链，在 连接处为了转换配对所形成交叉链 的连接点。 的连接点。 Holliday结构形成的分子机制 结构形成的分子机制（ ◘ Holliday结构形成的分子机制（断裂复合 起始机制） 起始机制）
分枝迁移（ migaration） ◘ 分枝迁移（branch migaration） －－双螺旋形成的交叉连接以拉链式效应扩散 －－双螺旋形成的交叉连接以拉链式效应扩散
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
Holliday的异构化 Holliday的异构化 Holliday结构一经生成即可 Holliday结构一经生成即可 不断地处于异构化－－ －－异源双链 不断地处于异构化－－异源双链 heteroduplex DNA
1.1 概述 1.1.1 重组与变异
变异是生物进化的重要因素之一，生物对环境的适 变异是生物进化的重要因素之一， 应机制，自然选择的重要基础。 应机制，自然选择的重要基础。 可遗传的变异： 可遗传的变异： 点突变，染色体变异） 频率低， 突变 （点突变，染色体变异） 频率低，突变修复 遗传重组交换 染色体的自由组合 普遍发生 自然界DNA DNA分子均是重组体 染色单体间的交换 自然界DNA分子均是重组体 分子克隆和转基因技术(in 分子克隆和转基因技术(in vitro)
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
1.2.2 细菌的基因转移与重组 ⑴ 接合作用 细菌的细胞相互接触时遗传信息可以由一个 细胞转移到另一个细胞。 细胞转移到另一个细胞。
性因子或F因子：编码与接合功能有关的蛋白质， 性因子或F因子：编码与接合功能有关的蛋白质，能够促 使染色体基因转移的质粒称为致育因子、性因子或F 使染色体基因转移的质粒称为致育因子、性因子或F因子
有双链侵入模型、单链侵入模型、 有双链侵入模型、单链侵入模型、双链断裂修复模型
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
5‘ 5‘
双链侵入模型
（1） ）
（2） ）
3’ 5’ 5’ 3’
切割
Meselson-Radding模型 Meselson-Radding模型 单链入侵模型（链转移模型） 单链入侵模型（链转移模型）
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
DNA的重组 1 DNA的重组
1.2 同源重组
同源重组又称一般性重组。同源重组发生在DNA的 同源重组又称一般性重组。同源重组发生在DNA的同 又称一般性重组 DNA 源序列之间 真核生物非姊妹染色单体的交换， 之间， 非姊妹染色单体的交换 源序列之间，真核生物非姊妹染色单体的交换，姊妹染 色单体的交换，细菌及某些低等真核生物的转化，细菌 色单体的交换，细菌及某些低等真核生物的转化， 的交换 转化 转导、接合等都属于这 类型。 等都属于这—类型 的转导、接合等都属于这 类型。
1.1.4 遗传重组的生物学意义
它能迅速增加群体的遗传多样性(diversity)； 它能迅速增加群体的遗传多样性(diversity)； (diversity) 使有利突变与不利突变分开(separation) (separation)； 使有利突变与不利突变分开(separation)； 通过优化组合(optimization)积累有意义的遗传信息。 (optimization)积累有意义的遗传信息 通过优化组合(optimization)积累有意义的遗传信息。
IS3 δ IS3 O IS2
P
OriT
OriV
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
复
制
区
1.2.2 细菌的基因转移与重组 ⑴ 接合作用
表 8-3 F 因 子 与 转 移 功 能 有 关 的 基 因 及 功 能 基因 基因产物的功能 tre M 衣 壳 蛋 白 ， 可 能 涉 及 对 受 体 F -细 胞 的 识 别 tra J 是 tre M 和 tra 操 纵 子 转 录 的 正 调 控 因 子 fin P 是 tra J 的 反 向 转 录 调 节 物 tra Y 内 切 酶 ， 在 oriT 附 近 产 生 缺 口 tra A 编码性伞毛蛋白 tra 性伞毛的装配和修饰 L,E,K ,B,V,C ,W trb C ,tra U ,F,H ,G 性 伞 毛 的 装 配 和 交 配 接 合 物 的 稳 定 tra N 同上 tra S,T 表 面 排 斥 阻 止 和 F＋ 接 合 tra D 是 F ＋ 的 内 膜 蛋 白 。 接 合 时 涉 及 DNA 转 运 ， 可 能 是 孔道部分。 tra I 解 旋 酶 性 质 的 复 制 蛋 白 ，可 切 开 Ori T 的 nic 位 点 。
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
1 DNA的重组 DNA的重组
1.1 概述 1.1.2 遗传重组的类型
根据的DNA序列和所需蛋白质因子的要求进行分类： 根据的DNA序列和所需蛋白质因子的要求进行分类： DNA序列和所需蛋白质因子的要求进行分类 同源重组（ recombination）、 ）、位点专一 同源重组（homologous recombination）、位点专一 性重组（siterecombination） 性重组（site-specific recombination）和转座重组 recombination） （transposition recombination）和异常重组 recombination） （illegitimate recombination） 大肠杆菌中四种遗传重组的一般特征 是否需要 序列同源性 同源重组 是 位点专一性重组是 转座重组 否 异常重组 否 类型 是否需要 是否需要序 RecA蛋白质 RecA蛋白质 列特异性酶 否 是 否 是 否 是 否 ？
第六章 DNA的重组与转座 的重组与转座
DNA的重组 1 DNA的重组
1.1 概述 遗传重组与重组DNA DNA技术 1.1.3 遗传重组与重组DNA技术
遗传重组：生物体内的基因交流。 遗传重组：生物体内的基因交流。 重组DNA技术：体外人为地将不同源的DNA组合在一起。 DNA技术 DNA组合在一起 重组DNA技术：体外人为地将不同源的DNA组合在一起。
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