第十二章 基因重组与转座遗传

本章要求 第一节 DNA的重组

DNA重组 同源重组 (homologous recombination) 接合作用 (conjugation) 转化作用 (transformation) 转导作用 (transduction) 位点特异的重组(site-specific recombination) 转 座 (transposition)

第 一 节 DNA的重组 DNA Recombination

一、同源重组 发生在同源序列间的重组称为同源重组(homologous recombination)，又称基本重组。是最基本的DNA重组方式，通过链的断裂和再连接，在两个DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交换。

重组机制 一.交叉理论（chiasmatatype hypothesis） 1909年Janssens并提出了交叉型理论 二.断裂和重接模型 1937年Darlington提出 三.模板选择学说（copy choice ） Belling J.首先提出的，1933年他又撤回了 这一假设。 四 .1948年Hershey提出模板选择学说

断裂重接模型和模板选择复制模型的否定 断裂重接模型不能解释基因转变和极化子现象 模板选择复制模型存在的问题： (1) 违背了半保留复制； (2) DNA复制应在S期，重组应在偶线期， 不应同时发生。 (3)不能解释3线和4线交换。

基因转变----与遗传重组有关 1930年Winkler把真菌中不规则分离现象解释为基因转变（conversion） Lindegren,C.C（1949）报道了酵母有规律的异离常分离现象：交配型A×a的杂交中，有些子囊所含的孢子为（3A+1a），也称为基因转变。 50年代中期Mitchell,M. B. 异常分离不是由于整个染色体的异常行为，而是由于特定位点的“基因转变”所致，即属于基因内重组。 Olive, E1-Ani和Kitani等在粪壳菌(Sodaria fimicola)中也发现了异常分离。认为这种异常分离是有丝分裂的产物，称为减数后分离(postmeiotic segreation)

Holliday 模型 以E.coli的同源重组为例，了解同源重组机制的Holliday模型。

Holliday模型中，同源重组主要4个关键步骤 ①两个同源染色体DNA排列整齐 ②一个DNA的一条链断裂、并与另一个DNA对应的链连接，形成Holliday中间体 ③通过分支移动产生异源双链DNA ④Holliday中间体切开并修复，形成两个双链重组体DNA，分别为： 片段重组体(patch recombinant) 拼接重组体(splice recombinant)

内切酶 内切酶 DNA (recBCD) DNA侵扰 (recA) 分支迁移 (recA) (recBCD) 连接酶 Holiday中间体 5´ 3´ 5´ 3´ 内切酶 (recBCD) DNA侵扰 (recA) 5´ 3´ 3´ 5´ 分支迁移 (recA) 内切酶 (recBCD) 5´ 3´ DNA 连接酶 5´ 3´ Holiday中间体 目 录

片段重组体 （见模型图左边产物）： 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，其两侧来自同一亲本DNA。 拼接重组体（见模型图右边产物）： 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DNA。

Holiday中间体 内切酶 (ruvC) 内切酶 (ruvC) DNA 连接酶 DNA 连接酶 片段重组体 拼接重组体 5´ 3´ 5´ 目 录

Holiday模型说明了遗传重组过程,也说明了基因转变的现象

二、细菌的基因转移与重组 （一）接合作用 当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时，质粒DNA从一个细胞（细菌）转移至另一细胞（细菌）的DNA转移称为接合作用(conjugation)。

质粒 —— 细菌染色体外的小型环状双链DNA分子 可接合质粒如 F 因子(F factor)

（二）转化作用 通过自动获取或人为地供给外源DNA，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型，称为转化作用 (transformation)。

例：溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。

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（三）转导作用 当病毒从被感染的（供体）细胞释放出来、再次感染另一（供体）细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组即为转导作用(transduction)。

例 溶菌生长途径 (lysis pathway) 溶源菌生长途径 (lysogenic pathway) λ噬菌体的生活史 目 录

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三、位点特异重组 位点特异重组(site-specific recombination) 是由整合酶催化，在两个DNA序列的特异位点间发生的整合。

一．λ在aat位点的整合 二．倒位重组 沙门氏细菌（Salmonella）的相转变 Mu噬菌体G片段的倒位 三.免疫球蛋白基因的重排

例（一）λ噬菌体DNA的整合 λ噬菌体的整合酶识别噬菌体和宿主染色体的特异靶位点发生选择性整合； 反转录病毒整合酶可特异地识别、整合反转录病毒cDNA的长末端重复序列(long terminal repeat, LTR)。

例（二）细菌的特异位点重组 沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变

hix为反向重复序列，它们之间的H片段可在Hin控制下进行特异位点重组(倒位)。H片段上有两个启动子P，其一驱动hin基因表达，另一正向时驱动H2和rH1基因表达，反向(倒位)时H2和rH1不表达。rH1为H1的阻遏蛋白基因。

hin hin 沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变 H2 I DNA 启动序列 H1 Hin重组酶 H2鞭毛素 阻遏蛋白 H2 I H1 转位片段 H1鞭毛素

例（三）免疫球蛋白基因的重排 免疫球蛋白(Ig)，由两条轻链(L链)和两条重链(H链)组成，分别由三个独立的基因族编码，其中两个编码轻链(和)，一个编码重链。 轻链的基因片段： L V J C 重链的基因片段： L V D J C

CACAGTG(12/23)ACAAAAACC GTGTCCAC TGTTTTTGG 重组信号序列 基因片段 重链(IgH)基因的V-D-J重排和轻链(IgL)基因的V-J重排均发生在特异位点上。在V片段的下游，J片段的上游以及D片段的两侧均存在保守的重组信号序列(recombination signal sequence, RSS)。此重排的重组酶基因rag (recombination activating gene)共有两个，分别产生蛋白质RAG1和RAG2。

免疫球蛋白基因重排过程 V片段 J片段 RSS 间插DNA V J RAG1 单链切开 RAG2 OH 分子内转酯反应 单链切开 转移核苷酸 修复、连接 V J 目 录

四、转座重组 由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座(transposition)。 由McClintock（1956）在玉米上首先发现遗传学发展史上的重要里程碑之一。 转座子可在染色体组内移动，从一个位点切除，插入到一个新的位点,引起基因的突变或染色体重组。

（一）插入序列转座 插入序列(insertion sequences, IS)组成： 二个分离的反向重复(inverted repeats, IR)序列 特有的正向重复序列 一个转座酶（transposase)编码基因 IR Transposase Gene 发生形式： 保守性转座(conservative transposition) 复制性转座(duplicative transposition)

插入序列的复制性转座 目 录

（二）转座子转座 转座子(transposons) ——可从一个染色体位点转移到另一位点的分散重复序列。 转座子组成：反向重复序列 转座酶编码基因 抗生素抗性等有用的基因 IR Transposase Gene 有用基因

由转座子介导的转座 目 录

否定模板选择复制模型的试验