第 31 章 dna 的重组

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第 31 章 DNA 的重组. DNA 分子内或分子间遗传信息的重新组合 重组的形式多种多样: 真核生物减数分裂时染色体的交换 原核生物不同亲代两组 DNA 遗传重组 重组是进化的动力 遗传多样性的基础 将有利突变固定遗传. Recombination. Homologous recombination Site-specific recombination Transposition. Mutation Relevance - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 第 31 章    DNA 的重组

第 31章 DNA 的重组

DNA 分子内或分子间遗传信息的重新组合

重组的形式多种多样:

真核生物减数分裂时染色体的交换

原核生物不同亲代两组 DNA 遗传重组

重组是进化的动力

遗传多样性的基础

将有利突变固定遗传

Page 2: 第 31 章    DNA 的重组

Homologous recombination Site-specific recombination Transposition

RecombinationRecombination

Mutation RelevanceAn important reason for variable DNA sequences among different populations of the same species

Page 3: 第 31 章    DNA 的重组

1. 同源重组:一般性重组,最基本的重组方式

两条同源 DNA 分子经过配对、断裂和再连接,而产生片段交换

主要发生在减数分裂时期染色体交叉,四分体形成

重点: Holiday 中间体

过程:断裂、交叉、分支移动、弯曲、旋转、切开

2.位点特异性重组

3.转座重组

Page 4: 第 31 章    DNA 的重组

Homologous recombination ( 同源重组)

Diploid eukaryotes: crossing overHaploid prokaryotes: recA-dependent,

Holliday modelDNA repair in replication fork

The exchange of homologous regions between two DNA moleculs

Page 5: 第 31 章    DNA 的重组

Homologous Recombination

• occur between Homo-chromosome / Homo-seq.

sister & non-sister chromatids

transformation, transduction

conjugation, transfection…

• large fragment exchange

• Recombination site is in hotspot mostly

• Recombinase be needed (RecA, BCD)

Page 6: 第 31 章    DNA 的重组

同源重组可产生异源双链和同源双链重组十分精确两 DNA 分子具有 75bp 以上的同源区并不要求完全同源重组与复制、重组修复密切相关需要多种酶的参与Rec A 蛋白:促进单链同化及 SOS 反应,最重要的重组蛋白Rec A 蛋白结合在单链上,与同源双链交换,置换出另一条单链Rec BCD 蛋白:产生参与重组的 DNA 单链

具有解链酶活性( ATPase ) & 核酸外切酶活性

Page 7: 第 31 章    DNA 的重组

Rec BCD 蛋白 :三种酶活,移到 chi 位点时,切成具有游离 3 ,端的单链, GCTGGTGG

Ruv A 和 Ruv B 促进异源双链的形成

Ruv C 拆分 Holiday 中间体

细菌的基因转移与重组:

接合: 性因子, F质粒

转化: 感受态

转导: 噬菌体为媒介

融合:

Page 8: 第 31 章    DNA 的重组

• RecBCD-p 特异识别 GCTGGTGGT 序列 并在其下游 4-6bp 处切断 S.S.DNA

使 crossover point 沿 D.S.DNA 解旋的方向移端 (migration)使 heteroduplex region 重新形成螺旋

• 使 D.S. DNA nick release S.S. DNA( 被 RecA-p 结合 )

χ(chi)—sequence 交换热点

Page 9: 第 31 章    DNA 的重组

Diploid eukaryotes: crossing over1. Homologous chromosomes line up in meiosis (when)

2. The nonsister chromatids exchange equivalent sections (what)

Page 10: 第 31 章    DNA 的重组

Holliday Intermediate structure

Page 11: 第 31 章    DNA 的重组

Haploid prokaryotes recombination

Between the two homologous DNA duplex (where)

1. between the replicated portions of a partially duplicated DNA

2. between the chromosomal DNA and acquired “foreign” DNA

Holliday model (How)

Page 12: 第 31 章    DNA 的重组

2. Nicks made near Chi (GCTGGTGG) sites by a nuclease.

3. ssDNA carrying the 5’ ends of the nicks is coated by RecA to form RecA-ssDNA dilaments.

recA-dependent bacterial homologous recombination

1. Homologous DNA pairs

3’ 5’

3’ 5’

3’

3’

5’

5’

Page 13: 第 31 章    DNA 的重组

3. RecA-ssDNA filaments search the opposite DNA duplex for corresponding sequence (invasion).

4. form a four-branched Holliday structure

5. Branch migration

Page 14: 第 31 章    DNA 的重组

6. Resolving Holliday junction

Page 15: 第 31 章    DNA 的重组
Page 16: 第 31 章    DNA 的重组

RuvAB is an asymmetric complex that promotes branch migration of a Holliday junction.

Page 17: 第 31 章    DNA 的重组

Recombination based DNA repair at replication fork

a. Replication encounter a DNA lesion

b. Skip the lesion & re-initiate on the side of the lesion

c. Fill the daughter strand gap by replacing it with the corresponding section from the parental sister strand

d. post-replication repair of the left lesion

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Page 19: 第 31 章    DNA 的重组

Rec.A-p

Hydrogen bond reform

heterodulpex

Page 20: 第 31 章    DNA 的重组

χ(chi)—sequence 具有物种,基因和 genome seq. 的特异性

in E.coli genome 1000 chi-seq.

chiRecBCD

4-6bpOH

RecA-p

DNA 解旋 再螺旋

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Page 22: 第 31 章    DNA 的重组

2. 位点特异性重组

重组发生在特异的重组位点上

可以是分子内,也可以是分子间

都是四条单链

同一 DNA 分子同向:切除

同一 DNA 分子反向:倒位

不同 DNA 分子:整合

Ig的基因重排

Page 23: 第 31 章    DNA 的重组

Site-specific recombination ( 位点专一重组)

1. Exchange of non-homologous but specific pieces of DNA (what)

2. Mediated by proteins that recognize specific DNA sequences. (how)

Page 24: 第 31 章    DNA 的重组

Site-Dependent

Specific Recombination

• Integrase

(Int-ase be needed & not need RecA-p )

• Conservative recombination

Page 25: 第 31 章    DNA 的重组

1. l-encoded integrase (Int): makes staggered cuts in the specific sites

2. Int and IHF (integration host factor encoded by bacteria): recombination and insertion

3. l-encoded excisionase (XIS): excision of the phage DNA

Site-specific recombination:bacteriophage insertion

Site-specific recombination:bacteriophage insertion

Page 26: 第 31 章    DNA 的重组

attP of λ p O p’

attB of E.coli B O B’

B O P’ P O B’

Int (Integrase)

IHF (Integration host factor)

Xis (Excisionase)

FIS (factor of inversion stimulation)

Page 27: 第 31 章    DNA 的重组

Site-specific recombination: Antibody diversity

Site-specific recombination: Antibody diversity

H and L are all encoded by three gene segments: V, D, J

V D J

Two heavy chains (H)

250 15 5

Two light chains (L)

250 4

Enormous number (>108) of different H and L gene sequences can be produced by such a recombination

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Page 29: 第 31 章    DNA 的重组

3. 转座重组

转座因子:可以从染色体的一个位置移到另一个位置

插入序列

转座子

非复制转座与复制转座

都具有反向重复的序列

Page 30: 第 31 章    DNA 的重组

Transposition ( 转座作用)

1. Requires no homology between sequences nor site-specific

2. Relatively inefficient3. Require Transposase encoded by the transpo

son ( 转座 子)

Page 31: 第 31 章    DNA 的重组

Various transposons:

In E. coli: • IS elements/insertion sequence, 1-2 kb, comprise a transposase gene flanked by a short inverted terminal repeats • Tn transposon series carry transposition elements and b-lactamase (penicillin resistance)

Eukaryotic transposons, many are retrotransposons:Yeast Ty element encodes protein similar to RT (reverse transcriptase)

Page 32: 第 31 章    DNA 的重组

Simplified Transposition process

Simplified Transposition process

Page 33: 第 31 章    DNA 的重组

Transposition Recombination

(replication recombination)

• Specific tansposable genetic element

• Independent on homo-sequence between

Tn & target site

• Transpotase be needed

• Leads to insertion, deletion, inversion,

rearrangement…

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