基因重组与转座

课次：22教学目的：使学生了解重组的四种类型，了解位点特异重组和异常重组的特点，掌握同源重组的机制。

重点：同源重组的机制难点：同源重组的机制复习旧课：提问1人，了解教学效果。

导入新课：第九章遗传重组第一节概述DNA分子内或分子间发生遗传信息的重新组合，称为遗传重组(genetic recombination)。

重组产物为重组体DNA (recombinant DNA) 。

DNA重组对生物进化起着关键的作用。

基因重组是指由于不同DNA链的断裂和连接而产生的DNA片段的交换和重新组合，形成新的DNA 分子的过程。

重组的类型：（1）同源重组(homologous recombination )：反应涉及到大片段同源DNA序列之间的交换。

其主要特点是需要RecA蛋白的介入。

（2）位点特异性重组（site-specific recombination）：重组发生在特殊位点上，此位点含有短的同源序列，供重组蛋白识别。

（3）转座重组（transposition recombination）：由转座因子产生的特殊的行为。

转座的机制依赖DNA 的交错剪切和复制，但不依赖于同源序列。

（4）异常重组分为两类，末端连接和链滑动。

其特征时重组对中很少或没有序列同源性，所以也称为非同源性重组。

第二节同源重组1 同源重组1.1 同源重组（homologous recombination）:发生在同源DNA序列之间。

1.2 特征-进行同源重组的基本条件：1）在交换区具有相同或相似的序列：涉及同源序列间的联会配对，且交换的片段较大；单链DNA分子或单链DNA末端是交换发生的重要信号2）双链DNA分子之间互补碱基进行配对3）重组酶4）异源双链区的形成: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；存在重组热点。

e.g.：Euk.减数分裂时的染色单体之间的交换；细菌的转化，转导，接合，噬菌体重组同源重组是同源依赖性的，而非序列依赖性。

基因转位的机制是什么原理基因转位是指某些DNA分子在基因组中的不同位置之间发生重新排列的现象。

基因转位可以导致基因突变、基因的重复和重组，从而对生物的进化和表现产生重要影响。

下面将从基因转位的原理、机制和影响三个方面进行详细介绍。

一、基因转位的原理基因转位的原理主要涉及转座子（transposon）的活动。

转座子是一类具有自主转座能力的DNA片段，可以在基因组中的不同位置之间移动。

转座子一般由两个重复序列（终端反转座子序列，TIR）包裹着的转座酶基因构成，其中转座酶是催化转座过程的关键酶。

转座子通过两种方式在基因组中发生转移：1. 可动转座：转座子的自主转座依赖于转座酶。

在该过程中，转座子被切割，并且通过转座酶催化下的剪切-粘贴机制重新插入到基因组的新位置上。

可动转座通常是随机发生的，也可能被一些外部刺激诱导而发生。

2. 间接转座：在间接转座情况下，转座子通过同源重组机制移动。

转座子的两个重复序列会引发同源重组，导致转座子在基因组中发生移动。

二、基因转位的机制基因转位的机制可以通过转座子的两种活性类型解释，具体包括可动转座和间接转座。

1. 可动转座机制：可动转座受到转座酶激活。

转座酶可以切割转座子的两个重复序列，并将转座子插入到新的基因组位置上。

转座酶的作用激活了转座子的移动。

2. 间接转座机制：间接转座通常发生在同源重组的过程中。

转座子的两个重复序列通过同源重组机制相互结合，然后转座子被剪切下来并插入到新的基因组位置上。

间接转座通常发生在转座子重复序列之间的染色体断裂点。

基因转位机制的复杂性涉及转座子的选择性、转座子的自由度以及周围基因的位置等多个因素。

此外，基因转位还可以通过复制转座（整个基因组或某些区域的重复）、非全基因组转座以及滚圈复制等机制实现。

三、基因转位的影响基因转位对生物体的影响是多样的，可以分为以下几个方面：1. 表观遗传：某些转座子可以插入到基因的上游区域，从而产生转座子的调节序列，影响基因的表达。

第一节 DNA重组（recombination）一）、DNA重组1、概念：是指由于不同DNA链的断裂和连接而产生的DNA片段的交换和重新组合，形成新的DNA分子的过程。

2、意义：重组是遗传学的灵魂，没有重组就没有生物的进化；没有重组也就没有现代的分子克隆技术二）、DNA重组的类型1、同源重组（Homologous Recombination）2、位点特异性重组（Site-specific Recombination）3、DNA的转座（transposition）同源重组一、概述1、定义：两个DNA分子同源序列之间进行的重组2、条件：（1）两个DNA分子有同源序列（相关的酶可以用任何一对同源序列为底物）（2）两个DNA分子必须紧密接触3、发生：真核生物: 非姐妹染色单体交换相对应的区域。

原核生物: 依赖recA蛋白，并形成 Holliday 结构Holiday模型（1964年）二、大肠杆菌同源重组的分子基础（一）RecA1、作用：可促进单链同化或单链吸收RecA具有使DNA单链置换双链中同源链的能力2、单链同化发生的三个条件（1）其中一个DNA必须存在单链区（2）其中一个DNA必须有一个自由3’末端（3）此单链区和3’末端必须位于两分子之间互补的区域内（二）RecBCD复合体1、酶的活性：（1）核酸酶（2）解旋酶（3）ATPase2、作用：在CHi位点处产生含3`游离末端单链。

（三）CHi位点——RecBCD识别的靶位点5`GCTGGTGG3`3`CGACCACC5`是重组频率较高的部位E.coli每隔约5~10kb有一个拷贝，Holliday 结构的形成：1. 同源序列排列在一起；2. 酶切。

通过核酸酶和RecBCD蛋白复合体的作用在一对同源DNA上产生切口；3.入侵。

含有3’端切口的ssDNA被recA蛋白包裹形成recA蛋白-ssDNA细丝；RecA-ssDNA细丝寻找相对的DNA双螺旋上的相应序列。

基因组重组和转座元件的研究和应用基因组重组是生物学研究领域中的一个重要方向，其可以引导生命体在进化过程中获得新的遗传性状和适应性，也可以用于人工基因工程。

而转座元件则是一类具有多种功能的 DNA 序列，在基因组内具有可移动性，可以嵌入或剪切外来 DNA，影响基因表达和基因组结构，也可以成为基因传递和遗传病变的原因。

它们的研究和应用，对于生命科学、医学和农业领域的发展具有重要的意义。

一、基因组重组的意义和应用基因组重组是指 DNA 分子在基因组内的断裂和重组，是基因组进化和多样性维持的重要机制。

基因重组可以通过重组酶介导的基因重组、同源重组和非同源重组等多种方式实现，它可改变基因序列和基因组结构，创造新的基因表达模式，引入新的遗传变异和基因修饰，从而使生物体获得更好的适应性、稳定性和优势性。

基因组重组在生物进化、种质资源开发、基因工程、医学等领域都有广泛的应用。

在生物进化中，基因组重组是新基因革命的重要途径，能跨越物种隔离和克服基因“后效性”，增强适应性和表型可塑性；合理利用基因组重组可以加快新品种和新物种的培育，优化农作物和牲畜的特性，提高生产效益。

在基因工程中，基因组重组技术是制造转基因植物和转基因动物的主要手段之一，可以插入外源基因、缺失或静默原有基因、调节基因表达、实现细胞发育和组织修复、治疗疾病等。

二、转座元件的发现和功能转座元件是在基因组中具有可移动性的 DNA 序列，也称为跳跃因子或移动元件，是细胞遗传元件中最活跃的部分之一。

转座元件包括一系列形态、大小、进化关系和活动机制不同的 DNA 元件，其中最常见的是类似“跳跃鼠标”的普通转座子，这些转座子能负责将其自身序列插入到基因组其他部分中，部分转座子引发突变导致一些常见疾病的发生。

转座元件具有多种生物学功能，比如可以编码转座酶，参与基因重组和修复、基因表达和转录调节；能散播多种稳定序列、共轭转座子、复制转座子等遗传元素，形成基因家族、转殖种群和基因再分配；还可以调制基因组结构、影响细胞周期、参与细胞死亡及免疫等细胞过程。