分子生物学第7章 DNA的重组与转座
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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。
分⼦⽣物学—同源重组、位点专⼀性重组、转座同源重组遗传交换、染⾊体上基因重排、断裂DNA的修复(1)同源重组的形式常发⽣在同源染⾊体之间(分⼦间重组)也可发⽣在同⼀DNA分⼦内(分⼦内重组)(2)Holliday 模型解释同源重组的⼀个经典模型基于重组过程中有⼗字形的中间产物(3)RecBCD重组途径存于E. coli中,需要RecBCD蛋⽩(RecBCD protein,recB、recC、recD基因的产物)参与DNA损伤造成的双链断裂以及外源DNA线性分⼦的DNA断端。
RecBCD是⼀种具多功能的酶,依赖于DNA的ATPase(⽔解ATP, 为DNA的解螺旋提供能量);DNA helicase; DNA nuclease,可作⽤于单链或双链DNA, 切割χ位点(GCTGGTGG)χ(chi): crossover hotspot instigator RecBCD的切点与底物的序列有关,可在χ位点3’端4 ~ 6 ntRecA :38 kD 的蛋⽩质,具多种功能,在重组中促进同源DNA单链的交换(主要是⼀单链与⼀双链中的同源单链交换);交换过程需ATP。
RuvA和RuvB :RuvA和RuvB均具DNA helicase活性,RuvB还有ATPase活性;RuvA特异性识别并结合到Holliday junction,并促使RuvB蛋⽩结合到这⼀位点;RuvB⽔解ATP,提供能量,促使分⽀迁移RuvC :解开Holliday junction的核酸内切酶,特异地与Holliday junction结合,在特异位点切开Holliday junction。
RuvC是⼆聚体,有2个活性位点,能切开Holliday junction的两条链,切割位点有特异的序列,必须等branch migration 到达特异序列后,RuvC才能起作⽤,以何种⽅式解开Holliday junction取决于RuvC切割位点在两对同源单链上的频率。
基因组重组和转座子活动作为生命的基本单元,细胞在生长发育、适应环境等过程中需要不断地调控基因表达。
而基因组重组和转座子活动作为基因表达中的一个重要过程,也在细胞发育和进化过程中发挥着重要作用。
一、基因组重组基因组重组是指在细胞分裂过程中,染色体上一段DNA序列与另一段DNA序列交换位置的现象。
这一过程可以发生在减数分裂过程中,也可以发生在有丝分裂过程中。
在减数分裂过程中,有趣的是,同源染色体之间的互换过程可以促进基因的多样性,对在进化过程中的适应性有重要作用。
同样,在有丝分裂过程中,由于在细胞周期的S期复制中,丝粘连复合物的结构可以导致同源染色体之间的交叉而重组,从而形成新的基因组序列。
基因组重组既重要又复杂,因此,它需要细胞中的一些特殊酶来协助完成,包括重组酶、拼接酶和核酸酶等。
二、转座子活动转座子是指在基因组中具有自主转移能力和引起基因组重组的DNA片段。
插入到一个基因区域可以革命性地改变基因的表达,所以转座子的活动可以起着丰富、多样化物种基因组的作用。
然而,由于转座子的位置特异性和非特异性种族特异性的现象时有喜见,转座子也可以带来某些负面效应,如遗传疾病和基因突变。
转座子可以通过不同的机制来使它们移动和影响基因组。
其中,一种被称为复制粘贴转移机制。
这种机制涉及在高危核酸中逆转录酶的作用下,从转座子中复制DNA片段,并插入到宿主的相同或不同部位。
另一种机制被称为切-粘式转移机制,其中转座子内部的酶可以切除DNA,然后插入到宿主某个区域的特定位点。
三、基因组重组和转座子活动协同作用基因组重组和转座子活动是不可分割的。
转座子的运动和基因组的重新组合是一个复杂的动态过程,对于各种生命现象都有很大的影响,包括不同物种之间的进化、种群的遗传多样性、染色体数目的变化、疾病的产生等。
例如,转座子可以插入到调控基因的区域,导致这些基因的表达被调节。
基因组重组可以导致整个基因和调控区域之间的距离发生变化,从而影响基因组的整体表达。
DNA的重组与转座第六章DNA的重组与转座1.简述DNA重组的概念与意义。
DNA重组:DNA分⼦内或分⼦间发⽣遗传信息的重新组合,称为遗传重组或基因重组。
重组产物称为重组体DNA。
DNA重组的意义:能迅速增加群体的遗传多样性2.细菌基因转移的机制有哪些?细菌的基因转移主要有四种机制:接合、转化、转导和细胞融合。
3.简述转座⼦的概念,转座⼦如何分类?什么是插⼊序列?转座⼦:是基因组中可以移动的⼀段DNA序列。
⼀个转座⼦由基因组的⼀个位置转移到另⼀个位置的过程称为转座或移位。
转座⼦的分类:①插⼊序列:只含有与转座有关的酶基因,不含有任何宿主基因(包括抗药性基因)②复合型转座⼦:是⼀类除了转座酶基因之外,还带有抗药性基因(或其他宿主基因)的标志,结构较⼤⽽且复杂。
插⼊序列:是最简单的转座⼦,只含有与转座有关的酶基因,不含有任何宿主基因(包括抗药性基因)。
4.复合转座⼦与IS因⼦有什么异同点?同:都含有有转座有关的酶基因异:IS因⼦结构简单,不含任何宿主基因;复合转座⼦结构较⼤⽽且复杂,含有抗药性基因或其他宿主基因的标志。
5.简述复制型转座与⾮复制型转座的机制。
复制型转座:在转座过程中,当形成靶位点与转座⼦连接的中间体后,转座⼦进⾏了复制,使原转座⼦位置与新的靶位点各存在⼀个转座⼦,因此转座过程伴随着转座⼦拷贝数的增加。
其过程涉及两种酶,⼀是转座酶,作⽤于原转座⼦的末端;另⼀中是解离酶,在转座过程中促使转座的中间产物接⼒,使转座⼦复制。
⾮复制型转座:①转座酶先识别转座⼦的IR,在两翼末端反向重复序列外沿切断;②宿主靶位点的双链交错切开,每侧9bp,交错形成单链;③转座⼦移动,靶位点的5’端与转座⼦的3’端连接,留下两个9bp的缺⼝;④缺⼝修复补齐。
6.转座⼦转座的特征有哪些?①转座不依赖RecA蛋⽩②转座后靶序列重复③转座⼦有插⼊选择性④区域性优先⑤转座具有排他性⑥转座有极性效应⑦活化邻近的沉默基因7.DNA转座引起了什么遗传学效应?①转座引起插⼊突变②转座产⽣新的基因③影响插⼊位置邻近基因的表达,使宿主表型改变④转座产⽣的染⾊体畸变⑤转座引起⽣物进化8.什么是逆转座⼦?逆转座⼦对基因组功能有哪些重要的影响?逆转座⼦:指通过RNA为中介,逆转录成DNA后进⾏转座的可移动元件。
DNA的重组与转座培训DNA的重组与转座培训DNA的重组与转座是生物学中一项重要的技术,用于改变生物体的基因组,以实现特定的目的。
在这篇文章中,我们将详细介绍DNA的重组与转座技术,并提供相关实验操作的培训。
1. DNA的重组DNA的重组是指将来自不同来源的DNA片段进行重新组合,形成新的DNA序列。
这种技术的应用非常广泛,可以用于产生具有特定功能的蛋白质、疫苗的研发以及疾病的基因治疗等领域。
实验操作:步骤1:准备工作- 准备试管、酶切体系、反应缓冲液和DNA片段等。
- 温度、时间和酶切酶的浓度都是影响DNA重组效率的重要因素,所以需要根据具体实验来确定。
步骤2:酶切反应- 将待重组的DNA片段用限制性内切酶切剪,产生可粘性末端。
- 确保酶切反应的温度和时间符合要求。
步骤3:连接反应- 将两个经酶切的DNA片段混合,在酶切缓冲液中加入连接酶。
- 反应温度和时间的选择与步骤2类似。
步骤4:DNA重组产物的分离与提取- 通过琼脂糖凝胶电泳分离连接反应产物,并使用Gel Extraction Kit提取感兴趣的目标DNA。
2. 转座转座是指某些特殊的DNA序列(转座子)具有自主移动性,可以在基因组内发生位置的改变。
这种现象在进化中起到重要作用,并且可以被利用于基因突变的研究和修饰。
实验操作:步骤1:获得转座子DNA- 转座子可以在细菌、真核生物或植物中找到。
根据实验需要,可以使用PCR扩增或基因组DNA提取方法获得转座子DNA。
步骤2:构建转座载体- 选择合适的载体,将转座子DNA连接到载体上,并转化到适当的宿主细胞中,以扩增转座子。
步骤3:转座实验操作- 将转座载体引入到目标细胞中。
- 通过选择合适的培养基和筛选条件,筛选出带有转座子的目标细胞。
3. 实验操作的注意事项- 实验室操作要根据具体的实验方案和操作手册进行,严格按照操作流程进行。
- 培养容器、试剂和仪器要经过严格消毒,在实验操作时保持无菌环境。