教學目的:掌握重組的型別;明確位點專一性重組、異常重組的過程,了解重組的分子機理。
教學重點:位點專一性重組、異常重組的過程。
教學難點:重組的分子機理。
第一節遺傳重組的型別
一、普遍性重組/同源重組
二、位點專一性重組
三、異常重組
第二節細菌的同源重組
一、細菌同源重組的特點
二、細菌轉化重組機制
三、細菌的接合與轉導中的重組機制
第三節位點專一性重組
一、噬菌體的溶菌週期和溶源週期
二、噬菌體的整合和切除
三、位點專一性重組的核苷酸序列
第四節同源重組的分子機制
一、 異源dna雙鏈的斷裂與重接
二、同源重組的holliday模型
三、基因轉變及其分子機制
第五節異常重組
一、原核生物中的轉座因子(transposable elements)
二、真核生物的轉座子
第六節轉座的機制和遺傳學效應
一、 轉座機制
二、轉座子的遺傳學效應
第八章遺傳重組(4h)
第一節遺傳重組的型別
一、普遍性重組/同源重組
其發生是依賴於大範圍的dna同源序列的聯會,重組過程中,兩個染色體或dna分子相互交換對等的部分(如真核生物的非姊妹染色單體的交換)。
重組的普遍性和意義:生物適應和進化的基礎是遺傳的變異,而變異的**是突變和重組。但突變的頻率很低,且基因的突變有的有利,有的有害。
故變異的主要**是基因間重組,結果產生各種不同型別的基因型個體。早在2023年由和研究香豌豆兩對性狀遺傳實驗中就發現連鎖基因之間重組。2023年morgan在果蠅有關性狀遺傳中對此做出科學的解釋。
後來發現基因重組是所有生物遺傳的基本現象,無論是高等生物還是細菌、病毒中都存在基因重組;不只是在減數**中發生基因重組,在高等植物的體細胞中也發生重組;重組不只是在核基因之間發生,葉綠體基因、線粒體基因間也發生基因重組,可以說只要有dna就會發生重組。
二、位點專一性重組
這種重組是依賴小範圍同源序列的聯會,重組也只是限於小範圍內,而且兩個dna分子並不交換對等的部分,有時是乙個dna分子整合到另乙個dna分子中,因此將這種形式的重組又稱為整合式重組(如噬菌體dna通過其attp位點和大腸桿菌dna的attb位點之間的專一性重組而實現整合過程。又稱為保守性重組。
三、異常重組
這種重組是發生在順序不相同的dna分子間,但在形成重組分子時往往是依賴於dna複製而完成重組過程,因此又稱為複製性重組(如轉座因子從染色體的乙個區段轉移到另乙個區段或從一條染色體轉移到另一條染色體,這種轉座作用既不依賴於轉座因子dna序列與插入區段dna序列之間的同源性,又不需要reca蛋白參與作用,只依賴於轉座區域dna複製和轉座有關的酶而完成重組)。
第二節細菌的同源重組
一、細菌同源重組的特點
1. 形成部分二倍體
hfr × f-由於供體的染色體一段一段轉移到f-。且它們間的接合隨時會斷裂。所以f-得到的位置是hfr的部分基因形成部分合子。
又因為致育基因位於大腸桿菌基因的最後,所以只有當hfr的基因全部轉移進去,致育基因才轉進入。部分二倍體:這種含有乙個親體f-全部基因組和另一親體部分基因組的合子叫部分合子/部分二倍體。
2. 偶數次交換,形成有活性的重組體
部分二倍體中,假如發生一次交換,只產生二倍性線狀體,在**過程中被淘汰,只有發生偶數次交換,才產生有活性的重組體。單交換二倍體線狀體,雙交換重組體+線性片斷。偶次交換結果:
只產生一種重組體,而無相應的重組體。
二、細菌轉化重組機制
用體外dn**段的模式反應表示reca蛋白的活性
三、細菌的接合與轉導中的重組機制
1、細菌接合中的重組機制
其機制與轉化類似,但更複雜。其單鏈更長。
2、細菌轉導中的重組機制
其重組發生在雙鏈dn**段與完整dna分子之間,發生2次交換,需要reca、recbc蛋白的參與。
普遍性轉導的重組機制
特異性轉導的重組機制
第三節位點專一性重組
一、噬菌體的溶菌週期和溶源週期
感染週期:是指噬菌體從吸附細菌到子代噬菌體從宿主細菌細胞中放出來的過程。
(一) 烈性噬菌體的感染週期:
eg 烈性噬菌體t4,其宿主是大腸桿菌,故稱之為大腸桿菌t4-噬菌體。t4-噬菌體對大腸桿菌的侵染過程,就是我們在前面講過的噬菌體感染週期。t4-噬菌體由頭、尾兩部分組成,外為蛋白質外殼+內部dna分子。
侵染時t4噬菌體的尾部吸附在大腸桿菌的細胞壁上,放出溶菌酶將細胞壁溶成一小孔,借助於尾鞘的收縮,將自己的dna(t4-dna)通過小孔注入大腸桿菌細胞內,t4-噬菌體的基因e立即有順序地進行表達:①首先早前期基因表達,這些多為調節基因,其作用是啟動自身基因表達。而抑制宿主大腸桿菌細胞的dna合成。
②晚前期基因表達,這些是與dna複製有關的基因。其產物是:核酸酶:
降解大腸桿菌的dna,為自己dna合成提供游離的核苷酸;dna複製有關的酶:大量合成新t4-dna。③晚期基因表達-是控制形態發生過程的基因;編碼噬菌體結構蛋白的基因。
其產物是大部分直接參與外殼的建成和少數具有酶的作用。
t4-噬菌體dna上約有160個基因,已定位的有70多個基因,裝配成完整的噬菌體的全部資訊也都在此dna上。④包裝完成後,由噬菌體裂解基因表達,產生裂解酶。消化宿主細胞壁。
大腸桿菌細胞裂解,放出大量的子代t4-噬菌體。
(二) 溫和噬菌體的感染週期
eg :-噬菌體,其宿主是大腸桿菌。感染宿主。噬菌體基因有順序地表達。
①先是早期基因和部分晚期基因的表達。產物--阻遏蛋白。作用--調節或抑制自身其它基因的表達。
②噬菌體的整個基因組整合到宿主染色體的特定區域, 噬菌體的大部分基因處於失活狀態,隨宿主染色體一起複製。
原噬菌體:整合到宿主染色體中的噬菌體基因組,稱為原-噬菌體。溶源性細菌:帶有原-phage的細菌叫溶源性細菌。以上過程稱為溶源週期。
溶源性細菌具有2個重要特性:
①免疫性:由於大腸桿菌含原噬菌體而產生一種阻遏蛋白( i )。這種阻遏蛋白不但可抑制原噬菌體dna複製。
也可抑制再度感染的同類噬菌體dna的複製。故能抵抗同類噬菌體的超感染。
②可誘導性:原-phage的自發誘導,每一代可能有1/10000溶源性細菌被裂解,釋放出大量-phage,這一過程為裂解週期。
失去原-phage的細菌稱為非溶源性細菌。
假如用紫外線或化學物質(絲裂黴素c)誘導,90%溶源細菌進入裂解週期。-phage的基因有順序地表達,-phage的dna獨立複製,形成蛋白質外殼,從而組裝成完整的噬菌體釋放出來。象這種在感染週期中具有裂解和溶源兩種途經的噬菌體稱為溫和噬菌體。
二、噬菌體的整合和切除
如進入溶源狀態,則dna將整合到宿主基因組中;
由溶源狀態轉為裂解生長狀態,則dna從宿主dna上切除下來。
附著位點(attachment site 簡寫為att)
大腸桿菌上的att位點:att或attb,其長度大約為25bp,位於bio和gal兩基因之間,包含b、o、b`三個序列組分 。
dna上的att位點:attp,其長度為240bp。由p、o、p`三個序列組分組成,
整合反應:
bob` + pop`(噬菌體)
ihf ↓int
bop`—pob`(原噬菌體)
噬菌體的位點專一性重組
切除反應:
bop`—pob`(原噬菌體)
ihf↓int,xis
bob` + pop`(噬菌體)
噬菌體的位點專一性重組
三、位點專一性重組的核苷酸序列
核心序列:「o」,含15bp,富含a-t對,序列內無鹼基回文對稱性。
attp:4個int結合位點、3個ihf結合位點。
attb:1個int結合位點(15bp)。
第四節同源重組的分子機制
一、異源dna雙鏈的斷裂與重接
用**說明
二、同源重組的holliday模型
robin holliday於2023年提出了重組的雜合dna模型(hybrid dna model)
異源雙鏈 :
在重組位點上,每個雙鏈都有乙個由兩個親本dna分子中的一股單鏈共同組成的雙鏈區,稱為hybrid dna/heteroduplex
分支遷移:兩個雙螺旋形成的交叉連線是兩個原來的分子等量鹼基交換的所在,交叉連線很容易以拉鍊式效應擴散,即鏈交換可沿著雙鏈滑動,這個過程稱為branch migration。
連線分子的拆分:
切口發生在形成連線分子中原先沒有切割過的配對鏈上
切口發生在重組過程中曾並切開過的一對同源單鏈上
三、基因轉變及其分子機制
1、異常分離與基因轉變
mitchell設計實驗:
pdxp:不能合成維生素b6,對ph敏感。
pdx:不能合成維生素b6,對ph不敏感
2、基因轉變的型別
染色單體轉變
半染色單體轉變
3、基因轉變的分子機制
第五節異常重組
一、原核生物中的轉座因子(transposable elements)
1、插入序列(inserton sequence is)
20世紀60年代末starlinger在大腸桿菌中發現半乳糖基因的突變體,稱為gal-。
gal-:由於dn**段插入而形成產生的(插入序列)
插入序列:是發現的最小的一種轉座因子,稱為is1。
其全部序列已在2023年由和測定。其全長為768bp,兩端有18/23bp的反向重複序列。
某些插入序列的引數
2、轉座子(transposon,tn)(復合轉座子)
是由兩個重複序列夾著攜帶抗藥性物標記的**區段(含乙個/多個結構基因),常以tn和後面加數碼來命名。
tn的特徵
第八章總結
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