第十一章 遗传重组（genetic recombination） 重要性分析：遗传重组是产生变异、促进进化的主要力量之一，其机制研究有助于深刻理解变异产生的原因，是学业考试的重要内容。 关键掌握：1、遗传重组的概念、类型以及分子机制；2、基因转变的概念与机制;3、转座子的种类、特点、转座的机制；4、转座的遗传学效应以及应用。 参考：Daniel L. Hartl 《Genetics: Analysis of Genes and Genomes》 Chapter 6 Molecular biology of DNA replication and recombination

第一节、遗传重组的类型 广义上，任何造成基因型变化的基因交流过程都叫遗传重组.但非同源染色体的自由组合产生基因型不同的后代，并没有涉及到DNA分子内的断裂-复合。 狭义上，指涉及DNA分子内断裂-复合的基因交流过程，有时也叫交换（crossing over）。 根据对DNA序列和蛋白质因子的要求，遗传重组分为:同源重组、位点专一性重组、转座作用、异常重组。

第二节、同源重组的机制 1、 同源重组的模型 A、Holliday 模型： 美国人R. Holliday 在1964年提出。

这一模型涉及到两次断裂和重接： 前一次断裂和重接造成了异源双链； 后一次断裂和重接则决定是否出现重组。 如果两次发生在相同的两条链上，只造成异源双链，在这段异源双链区两侧的遗传学位点将不会发生重组； 如果两次断裂重接涉及到四条单链，则除了有异源双链区之外，在这段异源双链区两侧的遗传学位点还将发生重组。

B、Meselson-Radding 模型

C model of double-strand breaks recombination

两个交联桥以同样的方式切割，形成只有断口两侧的异源双链区，没有重组； 两个交联桥以相反的方式切割，则除了有异源双链区外，也会发生重组。 The double-strand breaks recombination model is more accurate than Holiday model in many events： 1）Homologous recombination is often initiated by double-strand break (DSB) in DNA, not by aligned nicks of Holiday model. 2）DSB occurs relatively frequently, but the aligned nicks not.

2、Holliday中间体存在的证据 Chi结构的发现直接验证了重组中Holliday中间体的存在。

Production of ordered tetrads of Neurospora. 3. 基因转变及机理 A Aa a Production of ordered tetrads of Neurospora.

Segregation patterns in Neurospora.

基因转变（gene conversion) 6:2 4:4 5:3 基因转变（gene conversion) 在重组过程中，一个基因变为它的等位基因的现象叫做基因转变或基因转换（Gene conversion）。

基因转变机理 异源双链DNA模型（Holliday模型）可以很好地解释基因转换发生的机理。 现象：基因转变现象常常和邻近基因的重组相伴发生。 解释：可能发生基因转变的基因正好位于异源双连区。例如 g+ x g–杂交中 ，如果两基因有一对碱基之差（下图）：

g+ g - A C A T T A C A G T T G T A A T G T C A A C A G T A C A T T 或者 异源双连区是： A C A G T A C A T T 或者 T G T C A T G T A A

+ - + - 可能的校正方式： G (+) C G T (g) A A G A 有丝分裂 校正到+ 校正到- 不校正 染色单体转变 半染色单体转变

+ - + - C (+) G A C (g) T T C T 有丝分裂 校正到+ 校正到- 不校正 染色单体转变 染色单体转变 半染色单体转变

G/C= + A/T= g 半染色单体转变 ，减数后分离 异源源双链区 两个杂种分子都未校正 一个杂种分子校正为+ 或 g /+ 异常的4∶4 半染色单体转变 ，减数后分离 染色单体转变

第三节、位点专一性重组  噬菌体侵染周期

位点专一性重组过程 attB attP 整合酶Int 切除酶Xis 整合宿主因子(IHF)

attB和attP位点处的序列，O序列叫做核心序列，全长15bp，富含AT碱基对，在attB和attP中完全一致。

第四节、转座因子 一、麦氏的工作 1983年,美国遗传学家B．McClintock因在发现转座因子方面的重大贡献，被授予诺贝尔医学奖。 染色体的断裂、解离(dissociation)有一个特定位点(Ds)；但Ds并不能自行断裂，受一个激活因子Ac(activator)控制。

二、转座因子的分类和结构 （一）、原核生物的转座因子 根据分子结构与遗传特性可以分为三类： 1．插入序列（insertion sequence，IS） 一类最小的转座因子，除有转座酶基因外，一般不含其它基因，大小在768~1530 bp； 它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分；一个细菌细胞常带有少于10个IS序列。

虽然IS大小不同，但有共同特征： 反向重复序列举例： 在IS两末端都有一段短的反向重复序列（IR），长度不一。 TGAAA ACTTT TTTCA AAAGT :::

当IS插入靶DNA后，导致在插入片段两侧出现（靶片段）的重复。

2. 转座子（transposon） 含有转座酶基因外，还带抗药或其它基因的转座因子。 转座子又可以分为两类： ①.复合转座子：IS因子＋抗菌素抗性片段＋IS因子 。 IS因子可以是反向重复构型或同向重复构型。

相同 复合式转座子Tn9的结构

复合转座子中的IS序列既能单独转座，又能带动整个复合体转座。与以下两个因素有关： A、在非选择压力下，两个IS距离越大，IS自身转座的可能性越大，复合转座子转座的频率越小。 B、在选择压力下，复合转座子整体转座的频率会明显增加。

②.有些转座子末端并不是IS，而是反向重复序列，这类叫复杂转座子（Complex transposon，称TnA族）。

Tn3系转座子 长度约5000 bp，末端有一对38 bp IR序列，不含IS因子序列。有3个基因：一个是编码对氨苄青霉素抗性的β–内酰胺酶(β-lactamase)基因，其它二个是编码与转座作用有关的基因（TnpA负责转座，TnpR是阻遏前者的蛋白）（下图）。

3.转座噬菌体——Mu噬菌体 是E. coli的温和噬菌体，溶源后能起转座子作用。Mu噬菌体也含有与转座有关的基因和反向重复序列。 Mu能够整合进寄主染色体任何部位（不同于 ），催化一系列染色体的重新排列。 转座的机制主要是复制型转座，有时也切离转座。

（二）、真核生物的转座因子

1、玉米色斑产生中的转座因子

2、果蝇基因组中的转座因子

3、酵母的Ty组分类似逆转录病毒 Ty是“Transposon yeast”的缩写。两端是340 bp的同向重复，称为δ元件。TyA编码DNA结合蛋白，TyB编码反转录酶、整合酶等。 Soloδ可判断Ty插入事件：

三、转座的机理 （一）反转录转座 进行此种转位的是反转录转座子，如酵母的Ty1。 1、该因子先转录为RNA； 2、该转录本指导一种反转录酶的合成，后反转录出双链DNA； 3、在整合酶的作用下整合到染色体的随机位点。 整个过程同反转录病毒早期感染类似。 广泛存在于酵母、果蝇和哺乳动物中

（二）切离转座

（三）复制转座 Tn类转座主要是这种形式。 细菌转座子的转座机制研究最为清楚。 复制性转座是一个非同源重组的过程，通过这一重组，转座子出现在一个新的位置上，可是原来位置上的转座子并不消失，所移动和转位的是原转座子的拷贝。 Tn类转座主要是这种形式。

J.A Shapiro的复制转座模型 （1）切开 （2）连接 （3）复制 （4）重组 X Tn Tn

五、转座的遗传效应 1、转座引起插入突变和失活； 2、转座产生新的基因；例如：外显子改组

3、转座导致染色体畸变，增加新的变异 如切离效应：

6、转座子标记目的基因和用作基因工程的载体 4、转座造成同源序列的整合（同源重组） 5、调节基因表达 很多转座子也带有增强子序列，因而使插入部位附近的基因活性大大增强，这种作用并不改变基因序列或引起突变。 6、转座子标记目的基因和用作基因工程的载体

六、转座的应用 转座因子在细胞遗传、分子生物学和遗传工程等有许多应用，并可作为基因的标记克隆目的基因。 现已利用玉米转座因子克隆出雄性不育、抗病等重要基因。