第3章轉(zhuǎn)座子與遺傳重組1第3章轉(zhuǎn)座子與遺傳重組1第一節(jié)轉(zhuǎn)座子第二節(jié)遺傳重組本章內(nèi)容2第一節(jié)轉(zhuǎn)座子本章內(nèi)容2第一節(jié)轉(zhuǎn)座子一、轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征二、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座的機(jī)理和效應(yīng)三、常見轉(zhuǎn)座子簡(jiǎn)介3第一節(jié)轉(zhuǎn)座子一、轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征3一、轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征1944年Avery證實(shí)DNA負(fù)責(zé)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，確立了DNA是遺傳物質(zhì)的地位。4一、轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征1944年Avery證實(shí)DNA負(fù)責(zé)1952年，Hershey,A.D.和Chase.M用噬菌體感染實(shí)驗(yàn)徹底證實(shí)了DNA是遺傳物質(zhì)。

51952年，Hershey,A.D.和Chase.M用噬一般認(rèn)為基因在染色體上的位置是固定不變的，所以遺傳學(xué)家才能利用遺傳作圖將基因定位在染色體的某個(gè)位置?？墒沁@種不變是相對(duì)的。6一般認(rèn)為基因在染色體上的位置是固定不變的，所以遺傳學(xué)家才能利二十世紀(jì)40年代有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)有些基因在染色體上的位置不是固定的，可以到處移動(dòng)！可是這個(gè)思想與人們當(dāng)時(shí)對(duì)基因的認(rèn)識(shí)相差太大，以至于一直過了30多年，人們才理解！7二十世紀(jì)40年代有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)有些基因在染色體上的位置不是固定1951年麥克林托克（BarbaraMcClintock）提出跳躍基因?qū)W說。1983年81歲的她因發(fā)現(xiàn)可移動(dòng)遺傳物質(zhì)獲諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。此時(shí)距離她剛發(fā)現(xiàn)時(shí)已經(jīng)三十多年了。81951年麥克林托克（BarbaraMcClintock）芭芭拉·麥克林托克1902年出生于美國康涅狄格州，1923年在康奈爾大學(xué)本科畢業(yè)，4年后獲得植物學(xué)博士學(xué)位。從事植物遺傳學(xué)研究。1944年成為美國國家科學(xué)院第3位女院士，1945年又被選為美國遺傳學(xué)會(huì)第一位女會(huì)長(zhǎng)。9芭芭拉·麥克林托克1902年出生于美國康涅狄格州，1923年1951年，在冷泉港的學(xué)術(shù)研討會(huì)上，麥克林托克做了題為《染色體結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)》的報(bào)告，公開了她六年辛勤努力的研究成果———跳躍基因?qū)W說，她指出：玉米的染色體中含有跳躍基因，會(huì)在染色體上移動(dòng)，并可在不同染色體間轉(zhuǎn)位，并對(duì)其他基因產(chǎn)生影響。101951年，在冷泉港的學(xué)術(shù)研討會(huì)上，麥克林托克做了題為《染色在1956年冷泉港的學(xué)術(shù)研討會(huì)上，麥克林托克再次闡述她的跳躍基因?qū)W說與相關(guān)的機(jī)制，而結(jié)果卻是更多的奚落、批評(píng)與攻擊。她發(fā)現(xiàn)自己的成果很難被其他人理解，于是她決定不再發(fā)表文章和做報(bào)告，只繼續(xù)著自己的研究。11在1956年冷泉港的學(xué)術(shù)研討會(huì)上，麥克林托克再次闡述她的跳躍1967年Shapiro等才在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座因子（transposableelement）。隨后越來越多的發(fā)現(xiàn)印證了她的理論，她的工作才漸漸受到重視和認(rèn)同。1983年她獲得了諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。121967年Shapiro等才在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座因子（tr/ColdSpringHarborLaboratory13/ColdSprin/ColdSpringHarborLaboratory14/ColdSprin冷泉港實(shí)驗(yàn)室（TheColdSpringHarborLaboratory，縮寫CSHL），是一個(gè)非盈利的私人科學(xué)研究與教育中心，位于美國紐約州長(zhǎng)島上，建于1890年。被稱為世界生命科學(xué)的圣地與分子生物學(xué)的搖籃，名列世界上影響最大的十大研究學(xué)院榜首；不僅如此，冷泉港實(shí)驗(yàn)室依山傍水，風(fēng)景優(yōu)美，還是國際生命科學(xué)的會(huì)議中心與培訓(xùn)基地。15冷泉港實(shí)驗(yàn)室（TheColdSpringHarbor轉(zhuǎn)座子是細(xì)胞內(nèi)的可移動(dòng)遺傳因子（mobilegeneticelement）,指可以在基因組中從一個(gè)位點(diǎn)移動(dòng)到另一位點(diǎn)的DNA片斷。在原核生物和真核生物中均有發(fā)現(xiàn)，由于結(jié)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)制、分布、移動(dòng)自由度、自主水平等的不同可分為多種類型。1轉(zhuǎn)座子的概念16轉(zhuǎn)座子是細(xì)胞內(nèi)的可移動(dòng)遺傳因子（mobilegenetic復(fù)制型轉(zhuǎn)座非復(fù)制型轉(zhuǎn)座逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子DNA轉(zhuǎn)座子以RNA為中間體2轉(zhuǎn)座子的分類17復(fù)制型轉(zhuǎn)座非復(fù)制型轉(zhuǎn)座逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子DNA轉(zhuǎn)座子以RNA為中間非復(fù)制型轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座時(shí)，轉(zhuǎn)座子DNA作為一個(gè)整體，從原來的供體位置被切割下來，然后轉(zhuǎn)移到染色體的另外一個(gè)位置。復(fù)制型轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座時(shí)，原來的轉(zhuǎn)座子DNA不從原來的位置被切割下來，而是在轉(zhuǎn)座的過程中原來的轉(zhuǎn)座子DNA進(jìn)行復(fù)制，并轉(zhuǎn)移到染色體的另外的地方，原來的拷貝“原件”沒有發(fā)生位移。逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子：先將轉(zhuǎn)座的片段轉(zhuǎn)錄成RNA，再將RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA，插入到宿主染色體中。18非復(fù)制型轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座時(shí)，轉(zhuǎn)座子DNA作為一個(gè)整體，從原來的供體非復(fù)制型轉(zhuǎn)座cut-and-paste復(fù)制型轉(zhuǎn)座copy-and-paste19非復(fù)制型轉(zhuǎn)座復(fù)制型轉(zhuǎn)座193轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)特征第一類：最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)座子

不含有任何的宿主基因，所以常常被稱為插入序列（insertionalsequence,IS），這種插入序列在細(xì)菌中是染色體或質(zhì)粒DNA的正常組成部分。203轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)特征第一類：最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)座子不含有任何的宿一般來說一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的IS序列常常不到10個(gè),IS的結(jié)構(gòu)一般是這樣的：DNA的兩個(gè)末端是反向重復(fù)序列（又稱倒置重復(fù)序列），中間有一個(gè)基因，編碼一個(gè)與轉(zhuǎn)座有關(guān)的轉(zhuǎn)座酶。除此之外，IS序列中沒有其他基因。21一般來說一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的IS序列常常不到10個(gè),IS的結(jié)構(gòu)一般是第2類復(fù)合轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)

是比較復(fù)雜的轉(zhuǎn)座子,

帶有一些抗藥性基因或其他的宿主基因，轉(zhuǎn)座子的兩端多數(shù)是高度同源的或相同的IS序列（反向重復(fù)區(qū)）（少數(shù)是正向重復(fù)序列）。22第2類復(fù)合轉(zhuǎn)座子(compositetransposo或者說IS序列插到某個(gè)功能基因的兩端就產(chǎn)生了復(fù)合轉(zhuǎn)座子。復(fù)合轉(zhuǎn)座子中的IS序列不能單獨(dú)自由移動(dòng)，只能和復(fù)合體一起移動(dòng)。大多數(shù)情況下，這些復(fù)合轉(zhuǎn)座子的移動(dòng)轉(zhuǎn)座能力由這些IS序列決定和調(diào)節(jié)。23或者說IS序列插到某個(gè)功能基因的兩端就產(chǎn)生了復(fù)合轉(zhuǎn)座子。復(fù)合若干復(fù)合轉(zhuǎn)座子的結(jié)舉例24若干復(fù)合轉(zhuǎn)座子的結(jié)舉例24TnA轉(zhuǎn)座子的末端沒有IS序列，而是一個(gè)38bp的反向重復(fù)序列，體積一般較大，長(zhǎng)度在5000bp以上，轉(zhuǎn)座子帶有3個(gè)基因，其中一個(gè)編碼β-內(nèi)酰胺酶(AmpR)，其他兩個(gè)是轉(zhuǎn)座作用所必須的轉(zhuǎn)座酶和解離酶。第3類TnA家族25TnA轉(zhuǎn)座子的末端沒有IS序列，而是一個(gè)38bp的反向重所有的轉(zhuǎn)座子具有的共同特點(diǎn)1、兩端具有末端反向重復(fù)序列2、轉(zhuǎn)座后靶位點(diǎn)重復(fù)是正向重復(fù)3、編碼一些與轉(zhuǎn)座有關(guān)的蛋白4、可以在基因組中移動(dòng)26所有的轉(zhuǎn)座子具有的共同特點(diǎn)1、兩端具有末端反向重復(fù)序列26二、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座的機(jī)理和效應(yīng)主要搞懂幾個(gè)問題：1、為什么轉(zhuǎn)座子會(huì)轉(zhuǎn)移？2、為什么插入位點(diǎn)兩端都有同向重復(fù)序列？為什么不同轉(zhuǎn)座子末端的同向重復(fù)序列長(zhǎng)度不同？27二、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座的機(jī)理和效應(yīng)主要搞懂幾個(gè)問題：27轉(zhuǎn)座時(shí)有一個(gè)普遍的特征就是受體分子中有一段很短（3－12bp）、被稱為靶序列的DNA會(huì)被復(fù)制一次，插入的轉(zhuǎn)座子就位于兩個(gè)重復(fù)的靶序列之間。這種靶序列的同向重復(fù)序列是由于某種限制型內(nèi)切酶的切割造成的。28轉(zhuǎn)座時(shí)有一個(gè)普遍的特征就是受體分子中有一段很短（3－12b轉(zhuǎn)座子插入產(chǎn)生正向重復(fù)序列29轉(zhuǎn)座子插入產(chǎn)生正向重復(fù)序列29轉(zhuǎn)座子插入產(chǎn)生正向重復(fù)序列正向重復(fù)正向重復(fù)30轉(zhuǎn)座子插入產(chǎn)生正向重復(fù)序列正向重復(fù)正向重復(fù)30不同的轉(zhuǎn)座子的靶序列長(zhǎng)度不同，但同一轉(zhuǎn)座子的靶序列是相同的，如IS1的兩端有為9bp的靶序列，IS2為5bp。31不同的轉(zhuǎn)座子的靶序列長(zhǎng)度不同，但同一轉(zhuǎn)座子的靶序列是相同的，在非復(fù)制型轉(zhuǎn)座中只有轉(zhuǎn)座酶參與。在復(fù)制型轉(zhuǎn)座中，轉(zhuǎn)座酶（transposase）作用于原來的“原件”，而解離酶(resolvase)作用于復(fù)制的轉(zhuǎn)座子。轉(zhuǎn)座有兩種方式：復(fù)制轉(zhuǎn)座和非復(fù)制轉(zhuǎn)座32在非復(fù)制型轉(zhuǎn)座中只有轉(zhuǎn)座酶參與。轉(zhuǎn)座有兩種方式：復(fù)制轉(zhuǎn)座和非復(fù)制轉(zhuǎn)座的基本過程目前有多種模型解釋復(fù)制轉(zhuǎn)座發(fā)生的過程，基本上都是在1979年由Shapiro提出的模型上修改而來的，也稱為對(duì)稱模型。33復(fù)制轉(zhuǎn)座的基本過程目前有多種模型解釋復(fù)制轉(zhuǎn)座發(fā)生的過程，基本轉(zhuǎn)座的效應(yīng)(1)轉(zhuǎn)座引起插入突變引起基因突變或造成基因調(diào)節(jié)區(qū)突變。(2)轉(zhuǎn)座產(chǎn)生染色體畸變，當(dāng)復(fù)制轉(zhuǎn)座發(fā)生在原有位點(diǎn)附近時(shí)，往往導(dǎo)致轉(zhuǎn)座子兩個(gè)拷貝之間的同源重組，引起DNA的缺失或倒位。34轉(zhuǎn)座的效應(yīng)(1)轉(zhuǎn)座引起插入突變引起基因突變或造如果同源重組發(fā)生在兩個(gè)正向重復(fù)區(qū)之間，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致重復(fù)區(qū)之間的DNA缺失；35如果同源重組發(fā)生在兩個(gè)正向重復(fù)區(qū)之間，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致重復(fù)區(qū)之間的如果重組發(fā)生在兩個(gè)反向重復(fù)區(qū)之間，則會(huì)引起重復(fù)區(qū)之間的DNA倒位。36如果重組發(fā)生在兩個(gè)反向重復(fù)區(qū)之間，則會(huì)引起重復(fù)區(qū)之間的DNA(3)轉(zhuǎn)座子可引起生物進(jìn)化轉(zhuǎn)座可以引起基因的新組合，產(chǎn)生一個(gè)操縱子或表達(dá)單元，也可以產(chǎn)生一些具有新的生物學(xué)功能的基因和新的蛋白質(zhì)分子。37(3)轉(zhuǎn)座子可引起生物進(jìn)化轉(zhuǎn)座可以引起基因的新組合，精確外切和不精確外切這兩個(gè)術(shù)語是用來描述轉(zhuǎn)座子移動(dòng)時(shí)，原來轉(zhuǎn)座子位點(diǎn)處的DNA序列變化情況。如果轉(zhuǎn)座子的所有序列都被轉(zhuǎn)走，原來位點(diǎn)處的DNA序列沒有發(fā)生其他變化，稱為精確外切。如果轉(zhuǎn)座子移動(dòng)時(shí)，還遺留一些序列或帶走一些轉(zhuǎn)座子額外的序列，則稱為不精確外切。38精確外切和不精確外切這兩個(gè)術(shù)語是用來描述轉(zhuǎn)座子移動(dòng)時(shí)，原來轉(zhuǎn)一般來說，精確外切的情況比較少，大多是不精確外切，因此轉(zhuǎn)座的結(jié)果大多會(huì)引起基因突變，只是突變的程度不同。39一般來說，精確外切的情況比較少，大多是不精確外切，因此轉(zhuǎn)座的三、常見轉(zhuǎn)座子簡(jiǎn)介原核細(xì)胞中的轉(zhuǎn)座因子(1)插入序列（IS）(2)類插入序列：(3)復(fù)合轉(zhuǎn)座子(4)TnA家族真核細(xì)胞中的轉(zhuǎn)座因子玉米中的轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)40三、常見轉(zhuǎn)座子簡(jiǎn)介原核細(xì)胞中的轉(zhuǎn)座因子真核細(xì)胞中的轉(zhuǎn)座因子4(1)插入序列（IS）是最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)座子，原核細(xì)胞中的IS有許多成員，兩端都有反向重復(fù)序列，中間的編碼區(qū)長(zhǎng)度為1000bp左右，只編碼轉(zhuǎn)座酶。原核細(xì)胞中的轉(zhuǎn)座因子41(1)插入序列（IS）原核細(xì)胞中的轉(zhuǎn)座因子41(2)類插入序列：這類轉(zhuǎn)座子不單獨(dú)存在，而是存在于復(fù)合轉(zhuǎn)座子的兩端。經(jīng)過修飾，已經(jīng)不能夠單獨(dú)移動(dòng)了，只能和復(fù)合轉(zhuǎn)座子的其他成分一起移動(dòng)。結(jié)構(gòu)和IS類似，如IS10R、IS50R等。42(2)類插入序列：42(3)復(fù)合轉(zhuǎn)座子比IS長(zhǎng)的多，中心區(qū)域編碼抗生素基因或其他宿主基因。兩端的組件由IS和類IS組成，有的兩端組件相同，有的不同，有的反向相反，有的方向相同，有的兩個(gè)組件均有功能，有的只有一個(gè)有功能。43(3)復(fù)合轉(zhuǎn)座子43(4)TnA家族這類家族長(zhǎng)度約為5000bp，兩端具有反向重復(fù)(IR)而不是IS。中部的基因不僅編碼抗性基因，還編碼轉(zhuǎn)座酶和解離酶。這是一種復(fù)制型轉(zhuǎn)座子。末端反向重復(fù)長(zhǎng)度是38bp，產(chǎn)生的靶位點(diǎn)是5bp的正向重復(fù)。44(4)TnA家族44目前在真核的多種生物體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)座子存在，有的還相當(dāng)活躍。如果蠅、玉米、線蟲、水稻、金魚草等。人的基因組內(nèi)也有。真核細(xì)胞中的轉(zhuǎn)座因子45目前在真核的多種生物體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)座子存在，有的還相當(dāng)活躍。玉米中的轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)Ac/Ds系統(tǒng)Spm系統(tǒng)等

玉米中的轉(zhuǎn)座子兩端同樣具有末端反向重復(fù)序列，轉(zhuǎn)座后在靶位點(diǎn)產(chǎn)生的正向重復(fù)序列。46玉米中的轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)Ac/Ds系統(tǒng)Spm系統(tǒng)等玉米中的轉(zhuǎn)玉米中的控制因子可以分為2類：自主性因子和非自主性因子。自主性因子就是具有自主剪切和轉(zhuǎn)座的功能，非自主性因子是自主性因子的缺失突變體，已經(jīng)不能再自發(fā)的剪切和移動(dòng)了。但是當(dāng)基因組中存在與非自主性因子屬于同一家族的自主性因子時(shí)，在自主性因子中的轉(zhuǎn)座酶的協(xié)助下，也可以發(fā)生轉(zhuǎn)座。但是不同家族之間不能協(xié)助轉(zhuǎn)座。47玉米中的控制因子可以分為2類：自主性因子和非自主性因子。自主Ac是自主轉(zhuǎn)座子，長(zhǎng)度為4563bp，含一個(gè)開放閱讀框，編碼長(zhǎng)度為807個(gè)氨基酸的酶。轉(zhuǎn)座子的兩端有11bp的反向重復(fù)序列，轉(zhuǎn)座后在靶位點(diǎn)產(chǎn)生的正向重復(fù)為8bp已知所有的Ds都是由Ac序列突變?nèi)笔Ф傻?，不同的Ds中DNA的缺失情況不同，但是兩端的末端重復(fù)序列是都存在的并且是完整的，所以只要存在轉(zhuǎn)座酶，就可以重新使Ds恢復(fù)轉(zhuǎn)座。48Ac是自主轉(zhuǎn)座子，長(zhǎng)度為4563bp，含一個(gè)開放閱讀框，編49495050逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)座子與前面敘述的DNA轉(zhuǎn)座子不同，逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座時(shí)先將自身的DNA序列轉(zhuǎn)錄成RNA，然后再反轉(zhuǎn)錄成DNA，插入宿主基因組中。DNARNADNA逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在插入位點(diǎn)兩側(cè)也有正向重復(fù)序列，這點(diǎn)與DNA轉(zhuǎn)座子類似，這也是所有轉(zhuǎn)座子的共同特征。51逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)座子與前面敘述的DNA轉(zhuǎn)座子不同，逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座酵母中的Ty元件是逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子與細(xì)菌的轉(zhuǎn)座子類似：具有末端重復(fù)序列，重組位點(diǎn)產(chǎn)生重復(fù)，但它編碼反轉(zhuǎn)錄酶，可產(chǎn)生RNA。52酵母中的Ty元件是逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子與細(xì)菌的轉(zhuǎn)座子類似：具有末端重在人類基因組中發(fā)現(xiàn)一種長(zhǎng)度較長(zhǎng)的重復(fù)序列，因?yàn)榉植疾患卸Q為長(zhǎng)散布元件（longinterspersednuclearelements,簡(jiǎn)稱LINES），現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，他們都屬于逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，占人類的基因組序列的的17%。人基因組中也含有逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子序列53在人類基因組中發(fā)現(xiàn)一種長(zhǎng)度較長(zhǎng)的重復(fù)序列，因?yàn)榉植疾患卸QLINES,長(zhǎng)散布元件，長(zhǎng)度6100bp，人的基因組中有3500個(gè)全長(zhǎng)的拷貝以及數(shù)萬個(gè)殘缺不全的拷貝。54LINES,長(zhǎng)散布元件，長(zhǎng)度6100bp，人的基因組中有3還有一類是逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子類型是短散布元件(SINES)重復(fù)序列以及Alu重復(fù)序列。短散布元件不含有反轉(zhuǎn)錄酶等基因，本身無法主動(dòng)轉(zhuǎn)座，要其他同類的轉(zhuǎn)座子協(xié)助。人的Alu重復(fù)序列在基因組中有30萬拷貝，與7SLRNA有關(guān)，認(rèn)為最初的Alu是由7SLRNA偶爾經(jīng)過反轉(zhuǎn)錄而插入基因組中形成的。55還有一類是逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子類型是短散布元件(SINES)重復(fù)序列逆轉(zhuǎn)錄病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。在感染細(xì)胞時(shí)，逆轉(zhuǎn)錄病毒首先將RNA逆轉(zhuǎn)錄為DNA，然后將DNA插入細(xì)胞基因組中。56逆轉(zhuǎn)錄病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。在感染細(xì)胞時(shí)，大多數(shù)逆轉(zhuǎn)錄病毒造成的疾病都是比較慢性的，有些病毒雖然不直接導(dǎo)致疾病，但可以導(dǎo)致癌癥，有些病毒可以將其基因插入細(xì)胞基因組內(nèi)而不導(dǎo)致疾病。在人類進(jìn)化的過程中有許多逆轉(zhuǎn)錄病毒將它們的基因插入人的基組中并成為人基因組中的一部分。57大多數(shù)逆轉(zhuǎn)錄病毒造成的疾病都是比較慢性的，有些病毒雖然不直接逆轉(zhuǎn)錄病毒可以分為三類（1）致瘤病毒可以導(dǎo)致癌癥如白血病等，它們含有致癌基因，已發(fā)現(xiàn)至少35種致癌病毒能在禽類和老鼠身上造成惡性疾病（2）慢病毒可以導(dǎo)致慢性病如艾滋病等（3）泡沫病毒不導(dǎo)致疾病58逆轉(zhuǎn)錄病毒可以分為三類（1）致瘤病毒可以導(dǎo)致癌癥如白血病由于逆轉(zhuǎn)錄過程比較不穩(wěn)定（與RNA轉(zhuǎn)錄酶的特點(diǎn)有關(guān)），因此逆轉(zhuǎn)錄病毒的變異過程比較快。這使研究針對(duì)逆轉(zhuǎn)錄病毒的免疫抗體的過程非常困難。大多數(shù)針對(duì)逆轉(zhuǎn)錄病毒的治療方法主要是針對(duì)病毒的逆轉(zhuǎn)錄過程。但由于病毒迅速的變異過程病毒往往會(huì)很快就產(chǎn)生對(duì)藥物的阻抗。59由于逆轉(zhuǎn)錄過程比較不穩(wěn)定（與RNA轉(zhuǎn)錄酶的特點(diǎn)有關(guān)），因此逆逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期包括一個(gè)與轉(zhuǎn)座類似的過程，即將自己的基因組RNA反轉(zhuǎn)錄成DNA插入宿主基因組中，同時(shí)和一般的DNA轉(zhuǎn)座子一樣，會(huì)在插入位點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)正向的重復(fù)序列。60逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期包括一個(gè)與轉(zhuǎn)座類似的過程，即將自己的基因逆轉(zhuǎn)錄病毒的DNA序列插入宿主基因組的后果（1）逆轉(zhuǎn)錄病毒自己變成內(nèi)源性病毒(前病毒)而保留在宿主的基因組中；（2）插入位點(diǎn)的序列偶爾會(huì)與逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組序列結(jié)合并一起轉(zhuǎn)座到基因組中的新位點(diǎn)；（3）攜帶宿主基因片段的反轉(zhuǎn)錄病毒再次感染其他細(xì)胞時(shí)會(huì)將此基因一并帶入并可能會(huì)給細(xì)胞帶來新的特性。61逆轉(zhuǎn)錄病毒的DNA序列插入宿主基因組的后果（1）逆轉(zhuǎn)錄病毒自第二節(jié)遺傳重組一、遺傳重組的類型和意義二、同源重組三、位點(diǎn)特異性重組四、遺傳重組的應(yīng)用62第二節(jié)遺傳重組一、遺傳重組的類型和意義62一、遺傳重組的類型和意義“種瓜得瓜，種豆得豆”——遺傳“一母生九子，個(gè)個(gè)都不同”——變異基因組具有穩(wěn)定性又有變異性，基因組在保持其穩(wěn)定的同時(shí)還維持了其變異的特征，在兩者之間維持了很好的平衡。63一、遺傳重組的類型和意義“種瓜得瓜，種豆得豆”——遺傳基因DNA變異有兩條途徑，突變和遺傳重組，它們都會(huì)引起遺傳物質(zhì)的改變進(jìn)而引起蛋白質(zhì)的改變，最終通過自然選擇得以保存并遺傳下去。DNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生的遺傳信息的重新組合，叫做遺傳重組，或叫基因重排。狹義重組是指DNA分子內(nèi)的斷裂并重新連接而造成的基因重新組合的過程。64DNA變異有兩條途徑，突變和遺傳重組，它們都會(huì)引起遺傳物質(zhì)的突變只能使基因組在小范圍內(nèi)變動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生大的變化，只有通過重組才能使基因組的變化加大，增加進(jìn)化的潛能。重組使有害和有利的突變不斷發(fā)生組合，從而除去有害的基因突變，保留有利的突變，使生物體對(duì)變化的境有對(duì)應(yīng)能力。65突變只能使基因組在小范圍內(nèi)變動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生大的變化，只有通過重重組首先在細(xì)胞的水平上被觀察到。它涉及到真核細(xì)胞減數(shù)分裂中同源染色體之間的交換。隨后又在分子水平上觀察到細(xì)菌的結(jié)合、轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)化均與重組有關(guān)。66重組首先在細(xì)胞的水平上被觀察到。它涉及到真核細(xì)胞減數(shù)分裂中同遺傳重組不僅僅發(fā)生在代與代之間，個(gè)體基因組也可以發(fā)生重排，使基因的表達(dá)發(fā)生改變，在同一個(gè)個(gè)體的細(xì)胞之間產(chǎn)生遺傳基因的多樣性，如抗體的產(chǎn)生等。重組不僅僅發(fā)生在減數(shù)分裂和體細(xì)胞的核基因中，也發(fā)生在線粒體基因組、葉綠體基因組、噬菌體整合過程中以及轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座中等。67遺傳重組不僅僅發(fā)生在代與代之間，個(gè)體基因組也可以發(fā)生重排，使所有的有機(jī)體都有一些基因重組的機(jī)制，說明重組對(duì)于物種生存的重要性。重組是遺傳物質(zhì)變異的來源之一，可以使不利基因合有利基因分離，提供一種使有利基因得以保存，有害基因得以清除的方式，同時(shí)在DNA的修復(fù)中也起重要作用。所以重組在生物學(xué)中處于中心位置。68所有的有機(jī)體都有一些基因重組的機(jī)制，說明重組對(duì)于物種生存的重重組可以直接改變基因組的遺傳組成，所以大家十分關(guān)注它的分子機(jī)制。根據(jù)重組機(jī)制的不同可以分為四種類型：√同源重組√位點(diǎn)特異性重組√轉(zhuǎn)座重組√異常重組重組方式的劃分也是人為的，每一種重組發(fā)生時(shí)，都會(huì)或多或少的同時(shí)涉及到幾種機(jī)制。69重組可以直接改變基因組的遺傳組成，所以大家十分關(guān)注它的分子機(jī)研究基因重組在理論和實(shí)踐都有重要意義理論上：研究細(xì)胞活動(dòng)機(jī)制，揭示大自然奧秘。實(shí)踐中：通過研究重組機(jī)制，發(fā)明基因定點(diǎn)突變技術(shù)，獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，以及進(jìn)行基因治療等。70研究基因重組在理論和實(shí)踐都有重要意義理論上：研究細(xì)胞活動(dòng)機(jī)制2007年度諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)由美國猶他大學(xué)醫(yī)學(xué)院的馬里奧-R-卡佩奇（MarioR.Capecchiand）、英國卡迪夫大學(xué)醫(yī)學(xué)院的馬丁-J-伊文思（MartinJ.Evans）和北卡羅萊納大學(xué)醫(yī)學(xué)院的奧利弗-史密西斯（OliverSmithies）三人贏得該獎(jiǎng)項(xiàng)。712007年度諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)由美國猶他大學(xué)醫(yī)學(xué)院的馬里奧-2007年度諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主722007年度諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主72獲獎(jiǎng)理由：他們用胚胎干細(xì)胞在小鼠特定的基因修飾技術(shù)中的重大發(fā)現(xiàn)（"fortheirdiscoveriesofprinciplesforintroducingspecificgenemodificationsinmicebytheuseofembryonicstemcells"）基因修飾技術(shù)主要是“基因打靶”(genetargeting)技術(shù)。73獲獎(jiǎng)理由：他們用胚胎干細(xì)胞在小鼠特定的基因修飾技術(shù)中的重大發(fā)二、同源重組(homologuerecombination)又叫普遍重組或一般性重組(generalrecombination)這是一種細(xì)胞內(nèi)最常見的重組類型，發(fā)生在DNA的同源序列之間，真核生物減數(shù)分裂時(shí)的染色單體之間的交換、某些低等真核生物和細(xì)菌的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、結(jié)合，噬菌體的重組，以及DNA的復(fù)制修復(fù)等均與這種重組有關(guān)。74二、同源重組(homologuerecombination染色體的聯(lián)會(huì)發(fā)生在減數(shù)分裂時(shí)75染色體的聯(lián)會(huì)發(fā)生在減數(shù)分裂時(shí)75減數(shù)分裂中的同源染色體配對(duì)和交換發(fā)生在第一次減數(shù)分裂前期76減數(shù)分裂中的同源染色體配對(duì)和交換發(fā)生在第一次減數(shù)分裂前期76在減數(shù)分裂時(shí)，同源染色體的配對(duì)和交換發(fā)生有相同或幾乎相同的順序的兩個(gè)DNA節(jié)段之間。通常這兩個(gè)節(jié)段是同源染色體的兩個(gè)相應(yīng)區(qū)域；但是交叉也可發(fā)生在非相應(yīng)區(qū)域的同源片段之間。77在減數(shù)分裂時(shí)，同源染色體的配對(duì)和交換發(fā)生有相同或幾乎相同的順a在交換區(qū)域有相同或相似的序列。同源重組的特點(diǎn)b雙鏈DNA分子之間互補(bǔ)堿基進(jìn)行配對(duì)。減數(shù)分裂中，兩個(gè)雙鏈的DNA分子通過鏈互補(bǔ)的堿基對(duì)被維系在一起，叫聯(lián)會(huì)78a在交換區(qū)域有相同或相似的序列。同源重組的特點(diǎn)b雙鏈DNc在同源重組中有多種酶參加，保證雙螺旋的斷裂、修復(fù)、連接、重組體的釋放等。d形成異源雙鏈區(qū)在重組部位，配對(duì)的雙鏈?zhǔn)莵碓从诓煌腄NA分子形成的，這個(gè)部分稱為異源雙鏈（heteroduplex），或稱雜種DNA。79c在同源重組中有多種酶參加，保證雙螺旋的斷裂、修復(fù)、連接任意兩個(gè)同源性DNA片段在細(xì)胞內(nèi)均可能發(fā)生重組。重組時(shí)，兩個(gè)同源雙鏈DNA分子必須緊密接觸，相對(duì)應(yīng)的DNA方能交換，這稱為聯(lián)會(huì)(synapsis)。重組時(shí)，兩個(gè)DNA片段必須有一個(gè)發(fā)生斷裂或有一段單鏈缺失（稱“空隙”gap）。許多引起DNA損傷的因素，如UV照射、X輻射和誘變劑等均可使DNA發(fā)生斷裂，引發(fā)重組。80任意兩個(gè)同源性DNA片段在細(xì)胞內(nèi)均可能發(fā)生重組。重組時(shí)，兩個(gè)同源重組的分子機(jī)制（1）Holliday模型1964年由RobinHolliday提出。（2）雙鏈斷裂模型1983年JackSzostak和FranklinStahl提出81同源重組的分子機(jī)制（1）Holliday模型1964Holliday模型Holliday模型用來解釋有相同或相近序列的兩條同源雙鏈分子之間的重組，也可以適用于具有有限同源區(qū)的兩條不同的分子，或含有兩個(gè)相互同源區(qū)域而可以自我重組的單個(gè)分子。82Holliday模型Holliday模型用來解釋有相同或相同源重組的過程將要發(fā)生重組的兩個(gè)DNA分子必須首先對(duì)齊。在對(duì)應(yīng)的同一部位的兩個(gè)單鏈產(chǎn)生斷裂83同源重組的過程將要發(fā)生重組的兩個(gè)DNA分子必須首先對(duì)齊。在對(duì)斷裂產(chǎn)生的單鏈游離末端彼此交換，每一條鏈同另外的DNA分子的互補(bǔ)序列配對(duì)形成一個(gè)異源雙鏈（heteroduplex）。84斷裂產(chǎn)生的單鏈游離末端彼此交換，每一條鏈同另外的DNA分子的然后末端彼此連接產(chǎn)生一個(gè)十字結(jié)構(gòu)，叫做Holliday連接體（junction）4條染色單體通過一個(gè)點(diǎn)連接在一起85然后末端彼此連接產(chǎn)生一個(gè)十字結(jié)構(gòu)，叫做Holliday連接體Holliday連接體是一個(gè)動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，可以因?yàn)閮蓷l鏈的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生改變。Holliday連接體及異構(gòu)體的構(gòu)象之間的轉(zhuǎn)變是不需要能量的。86Holliday連接體是一個(gè)動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，可以因?yàn)閮蓷l鏈的旋轉(zhuǎn)在一些酶和其他蛋白的作用下，Holliday連接體還可以沿著DNA鏈通過氫鍵的斷裂形成而發(fā)生左右移動(dòng)，這叫分支遷移(branchmigration).87在一些酶和其他蛋白的作用下，Holliday連接體還可以沿著8888分支遷移的結(jié)果增加了異源雙鏈的長(zhǎng)度。一般長(zhǎng)度為幾個(gè)kb。遷移的起點(diǎn)可以是任意位置，方向可以是雙向的，但是一般只有沿著一個(gè)方向才能進(jìn)行有效的重組。89分支遷移的結(jié)果增加了異源雙鏈的長(zhǎng)度。一般長(zhǎng)度為幾個(gè)kb。遷移通過分支遷移，某條單鏈上相當(dāng)長(zhǎng)的一段可從一條雙螺旋上轉(zhuǎn)移到另一條上去，形成大段的雜種雙鏈DNA。分支遷移的速度一般為30bp/秒。因此從原來的DNA斷裂處開始，DNA鏈可以在兩條雙螺旋之間進(jìn)行交換相當(dāng)長(zhǎng)的距離。從原始配對(duì)區(qū)由于分支遷移向鄰近區(qū)域延伸，將兩個(gè)染色體中有遺傳差異的位點(diǎn)也包括進(jìn)去，這樣的重組才有意義。90通過分支遷移，某條單鏈上相當(dāng)長(zhǎng)的一段可從一條雙螺旋上轉(zhuǎn)移到另但最終這兩條DNA鏈彼此要分開，這個(gè)過程稱為“拆分”，就是連接2個(gè)DNA分子的Holliday連接體分開，使它們重新成為兩條獨(dú)立的雙螺旋。Holliday連接體在蛋白和酶的作用下，進(jìn)行重排而改變鏈的彼此關(guān)系（這一步叫做Holliday連接體的分離或離析）。有兩種結(jié)果完全不同的重排方式。91但最終這兩條DNA鏈彼此要分開，這個(gè)過程稱為“拆分”，就是連一種結(jié)果是以上下方向切開Holliday連接體(垂直分離)，這種切割發(fā)生在整個(gè)過程一直保持完整的一對(duì)同源鏈上，至此所有的4條鏈全部發(fā)生過斷裂92一種結(jié)果是以上下方向切開Holliday連接體(垂直分離)，經(jīng)過重新組合，釋放出來的2條重組分子，每一條是由一條DNA分子與另外一條DNA分子的組合，其中含有一段異源雙鏈區(qū)。這種重組叫做交互重組，結(jié)果有大片段的DNA交換發(fā)生。93經(jīng)過重新組合，釋放出來的2條重組分子，每一條是由一條DNA分另外一種切割方式是水平切割，發(fā)生在重組過程中已經(jīng)被切開一次的一對(duì)同源鏈上，原來保持完整的2條同源鏈仍然保持完整。94另外一種切割方式是水平切割，發(fā)生在重組過程中已經(jīng)被切開一次的最后釋放出來的2條DNA鏈中，有一條鏈沒有發(fā)生變化，另一條鏈發(fā)生了一段異源雙鏈區(qū)的交換。結(jié)果所發(fā)生的只是小片段DNA鏈在兩個(gè)分子之間的交換。這個(gè)不能稱為重組。95最后釋放出來的2條DNA鏈中，有一條鏈沒有發(fā)生變化，另一條鏈9696Holliday模型特點(diǎn)Holliday模型又叫做雙鏈入侵模型，因?yàn)樵撃Ｐ椭?，每一個(gè)DNA分子有一條鏈入侵到另外一個(gè)DNA分子中。但是本模型要求重組時(shí)兩個(gè)DNA分子要并排對(duì)齊，而且必須在同一個(gè)部位幾乎同時(shí)產(chǎn)生斷裂，以分別產(chǎn)生一個(gè)單鏈。這個(gè)要求對(duì)于細(xì)胞來說太高，無法解釋為什么會(huì)同時(shí)同地出現(xiàn)斷裂。97Holliday模型特點(diǎn)Holliday模型又叫做雙鏈入侵模目前認(rèn)為這個(gè)模型在解釋異源雙鏈的最初起源方面是不正確的，但是其中提出的“Holliday連接體”和“支鏈遷移”兩個(gè)概念則被保留下來繼續(xù)使用。98目前認(rèn)為這個(gè)模型在解釋異源雙鏈的最初起源方面是不正確的，但是雙鏈斷裂模型1983年利用高靈敏技術(shù)在酵母中所做的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，酵母中的同源重組的發(fā)動(dòng)是由一條DNA分子雙鏈斷裂而引起的。后來在細(xì)菌和噬菌體和低等真核生物中也發(fā)現(xiàn)這種雙鏈斷裂開始的同源重組。更多的試驗(yàn)表明，同源重組的啟動(dòng)是由于雙鏈斷裂，而不是單鏈斷裂。99雙鏈斷裂模型1983年利用高靈敏技術(shù)在酵母中所做的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Szostak,J.W.,Orr-Weaver,T.L.,Rothstein,R.J.,andStahl,F.W.(1983).Thedouble-strand-breakrepairmodelforrecombination.Cell33,25-35.100Szostak,J.W.,Orr-Weaver,T.雙鏈斷裂模型認(rèn)為，重組發(fā)生于一個(gè)DNA分子的兩條鏈均被切斷，細(xì)胞中的一種II型DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶將被切斷的DNA分子連接起來確保不會(huì)彼此完全脫離。每一端中有一條鏈被核酸外切酶修剪，結(jié)果末端形成有大約500bp左右的3’端突出結(jié)構(gòu)。101雙鏈斷裂模型認(rèn)為，重組發(fā)生于一個(gè)DNA分子的兩條鏈均被切斷，其中的一個(gè)以單鏈入侵的方式侵入同源的DNA分子，尋找同源的序列。斷裂的鏈被DNA聚合酶延長(zhǎng)，結(jié)果也會(huì)形成Holliday連接體，沿著異源雙鏈區(qū)域移動(dòng)。102其中的一個(gè)以單鏈入侵的方式侵入同源的DNA分子，尋找同源的序這里，被剪切的DNA延伸時(shí)是以未被切除的DNA一方的對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)槟０宓?。同樣，這里的Holliday連接體也會(huì)以某種方式被解開，從而產(chǎn)生重組。103這里，被剪切的DNA延伸時(shí)是以未被切除的DNA一方的對(duì)應(yīng)區(qū)域雙鏈斷裂模型

104雙鏈斷裂模型104SpoII是一種拓?fù)洚悩?gòu)酶，雙鏈斷裂后，它將雙鏈連接起來，防止分開。105SpoII是一種拓?fù)洚悩?gòu)酶，雙鏈斷裂后，它將雙鏈連接起來，雙鏈斷裂模型目前得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，在酵母體內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了類似與大腸桿菌重組時(shí)的各種蛋白的同源蛋白。目前認(rèn)為，生物體內(nèi)的一般性重組都是由雙鏈斷裂發(fā)動(dòng)的，減數(shù)分裂也是由雙鏈斷啟動(dòng)的。但是也有的遺傳學(xué)家認(rèn)為在高等的動(dòng)物體內(nèi)，DNA雙螺旋反復(fù)經(jīng)常性的斷裂不大可能的，因此該模型也不能解釋所有的現(xiàn)象，有待進(jìn)一步完善。106雙鏈斷裂模型目前得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，在酵母體內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了類似進(jìn)行同源重組至少要有多長(zhǎng)的同源序列呢？實(shí)驗(yàn)證明如果同源順序短于75bp，則重組頻率大降低。這個(gè)長(zhǎng)度要比兩條互補(bǔ)的單鏈形成雙鏈所需的長(zhǎng)度（約10bp）要長(zhǎng)得多。

107進(jìn)行同源重組至少要有多長(zhǎng)的同源序列呢？實(shí)驗(yàn)證明如果同源順序短同源重組中所需要的酶的種類和功能目前發(fā)現(xiàn)大腸桿菌中有幾個(gè)不同的重組系統(tǒng)，分別稱為RecBCD，RecE和RecF途徑。其中最重要的是RecBCD途徑，當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)不能工作時(shí)由RecE系統(tǒng)代替，而當(dāng)RecE途徑不能發(fā)揮作用時(shí)就由RecF途徑取代，確保細(xì)胞內(nèi)的重組能夠進(jìn)行。108同源重組中所需要的酶的種類和功能目前發(fā)現(xiàn)大腸桿菌中有幾個(gè)不同參與同源重組的酶有很多，如RecA、RecB、RecC、RecD、RecF、RecO、RecR、RuvA、RuvB、RuvC等等。其中最重要的是RecA，參與各種途徑的重組系統(tǒng)。首先在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)這些酶，隨后在其他的不同生物中均發(fā)現(xiàn)了這些酶的同源基因。109參與同源重組的酶有很多，如RecA、RecB、RecC、ReRecA主要功能是促進(jìn)DNA單鏈與同源雙鏈分子發(fā)生鏈的交換，使DNA配對(duì)、Holliday中間體的形成，分支移動(dòng)等得以產(chǎn)生。當(dāng)RecA與DNA單鏈結(jié)合時(shí)，數(shù)千RecA單體協(xié)同聚集在單鏈上，形成螺旋狀纖絲。110RecA主要功能是促進(jìn)DNA單鏈與同源雙鏈分子發(fā)生鏈的交換，RecA蛋白分子質(zhì)量為38000，它與單鏈DNA結(jié)合形成螺旋纖絲。此復(fù)合物可與雙鏈DNA作用，部分解旋以便閱讀堿基序列，迅速尋找與單鏈互補(bǔ)的序列?；パa(bǔ)序列一旦被找到，單鏈與雙鏈中的互補(bǔ)鏈配對(duì)，同源鏈被置換出來。交換沿單鏈5'-3'方向進(jìn)行，直至交換終止，在此過程中由RecA水解ATP提供能量。111RecA蛋白分子質(zhì)量為38000，它與單鏈DNA結(jié)合形成螺RecA蛋白的功能112RecA112單鏈DNA上覆蓋RecA蛋白形成的粗絲113單鏈DNA上覆蓋RecA蛋白形成的粗絲113任何部位的單鏈DNA均可借助RecA與同源雙鏈DNA進(jìn)行鏈的交換。114任何部位的單鏈DNA均可借助RecA與同源雙鏈DNA進(jìn)行鏈的RuvARuvBRuvC的功能由于DNA分子具有螺旋結(jié)構(gòu)，在持續(xù)進(jìn)行鏈的交換時(shí)需要兩DNA分子發(fā)生旋轉(zhuǎn)。RecA能夠介導(dǎo)單鏈繞入另一DNA分子，一旦Holliday中間體形成，即由RuvA和RuvB蛋白促進(jìn)異源雙鏈的形成。115RuvARuvBRuvC的功能由于DNA分子具有螺旋結(jié)RuvA蛋白能夠識(shí)別Holliday聯(lián)結(jié)體的交叉點(diǎn)，RuvA四聚體結(jié)合其上形成四方平面的構(gòu)象，使得分支點(diǎn)易于移動(dòng)，RuvA還幫助RuvB6(或8)聚體結(jié)合在雙鏈DNA上，位于交叉點(diǎn)上游。RuvB是—種解螺旋酶，通過水解ATP而推動(dòng)分支移動(dòng)。RuvAB復(fù)合物的移動(dòng)速度約為10-20bp／s。116RuvA蛋白能夠識(shí)別Holliday聯(lián)結(jié)體的交叉點(diǎn)，RuvARuvA與交叉點(diǎn)結(jié)合RuvB與雙鏈DNA結(jié)合RuvC分開連接體117RuvA與交叉點(diǎn)結(jié)合RuvB與雙鏈DNA結(jié)合RuvC分開連接RuvA四聚體與交叉點(diǎn)結(jié)合118RuvA四聚體與交叉點(diǎn)結(jié)合118RuvA,RuvB與DNA結(jié)合形成的復(fù)合物119RuvA,RuvB與DNA結(jié)合形成的復(fù)合物119同源重組最后由RuvC將Holliday聯(lián)結(jié)體切開，并由DNA聚合酶和DNA連接酶進(jìn)行修復(fù)合成。RuvC是一種核酸內(nèi)切酶，特異識(shí)別Holliday聯(lián)結(jié)體并將其切開。RuvC識(shí)別四核苷酸ATTG，此序列因而成為切開Holliday聯(lián)結(jié)體的熱點(diǎn)，并決定結(jié)果是片段重組還是拼接重組。120同源重組最后由RuvC將Holliday聯(lián)結(jié)體切開，并由DNRuvC與交叉點(diǎn)結(jié)合121RuvC與交叉點(diǎn)結(jié)合121RuvARuvBRuvC的功能122RuvARuvBRuvC的功能122在人鼠酵母等真核生物內(nèi)發(fā)現(xiàn)有多個(gè)RecA蛋白，其中rad51是最重要的一個(gè)。該基因突變?cè)斐呻p鏈斷裂積累，并且無法形成正常的聯(lián)會(huì)復(fù)合物，但此蛋白質(zhì)不能在體外與單鏈DNA形成纖絲，表明原核生物與真核生物的同源重組機(jī)制可能有所不同。123在人鼠酵母等真核生物內(nèi)發(fā)現(xiàn)有多個(gè)RecA蛋白，其中rad5三、位點(diǎn)特異性重組位點(diǎn)特異性重組不依賴于DNA順序的同源性（雖然也可以有很短的同源序列），而依賴于能與某些酶相結(jié)合的DNA序列的存在。這些特異的酶能催化DNA鏈的斷裂和重新連接，它們能發(fā)動(dòng)位點(diǎn)特異性重組。124三、位點(diǎn)特異性重組位點(diǎn)特異性重組不依賴于DNA順序的同源性（位點(diǎn)特異性重組廣泛存在于各類細(xì)胞中，起著十分特殊的不同的作用。它們的作用包括某些基因表達(dá)的調(diào)節(jié)，發(fā)育過程中程序性DNA重排，以及有些病毒和質(zhì)粒DNA復(fù)制循環(huán)過程中發(fā)生的整合與切除等。125位點(diǎn)特異性重組廣泛存在于各類細(xì)胞中，起著十分特殊的不同的作用常見的位點(diǎn)特異性重組的例子1、λ噬菌體的整合

2、沙門氏菌的相轉(zhuǎn)變3、抗體的產(chǎn)生（DVJ重組）126常見的位點(diǎn)特異性重組的例子1、λ噬菌體的整合1261、λ噬菌體的整合（integration）噬菌體λ侵染大腸桿菌后有2條途徑1271、λ噬菌體的整合（integration）噬菌體λ侵染大溶源途徑中，λ噬菌體DNA整合進(jìn)入大腸桿菌

染色體的過程就是一個(gè)位點(diǎn)特異性重組的過程。128溶源途徑中，λ噬菌體DNA整合進(jìn)入大腸桿菌染色體的過程就整合的位點(diǎn)叫做att，在噬菌體和大腸桿菌中均有。他們有一個(gè)15bp的序列相同，當(dāng)噬菌體基因組進(jìn)入到細(xì)菌基因組后，att位點(diǎn)就有2個(gè)，分別位于噬菌體基因組的兩端，所以還可以再次發(fā)生位點(diǎn)特異性重組，只是結(jié)果相反，將噬菌體的DNA從細(xì)菌的基因組中剪切下來，從而噬菌體進(jìn)入裂解循環(huán)。129整合的位點(diǎn)叫做att，在噬菌體和大腸桿菌中均有。他們有一個(gè)1整合的位點(diǎn)稱為att，當(dāng)噬菌體基因組進(jìn)入細(xì)菌基因組后，att位點(diǎn)就有2個(gè)。130整合的位點(diǎn)稱為att，當(dāng)噬菌體基因組進(jìn)入細(xì)菌基因組后，att這個(gè)過程需要一個(gè)整合酶(integrase)參加，整合酶可將DNA在整合位點(diǎn)切開，也形成一個(gè)單鏈末端，形成Holliday連接體結(jié)構(gòu)，最后進(jìn)行拆分，將噬菌體的DNA與細(xì)菌的基因組連接在一起，完成整合。131這個(gè)過程需要一個(gè)整合酶(integrase)參加，整合酶可將①這種交換是可逆的，原先存在的DNA順序全部被保存下來，并無丟失；②噬菌體和細(xì)菌的DNA之間有一段很短的同源序列，重組交換必須通過其中的一個(gè)特定的核苷酸進(jìn)行。λ的整合作用有兩個(gè)特點(diǎn)這兩個(gè)特點(diǎn)也是位點(diǎn)特異性重組的共同特點(diǎn)。132①這種交換是可逆的，原先存在的DNA順序全部被保存下來，并無如果λ前病毒受到誘導(dǎo)，則整合作用將被逆轉(zhuǎn)，此過程稱為切出（excision）。切出后，細(xì)菌和噬菌體DNA恢復(fù)至原來完整狀態(tài)。前病毒受到誘導(dǎo)時(shí)產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)，稱切出酶（excisionase）。切出酶和整合酶一起催化前病毒DNA兩端的雜種att位點(diǎn)之間的重組，促使反應(yīng)向反方向進(jìn)行。133如果λ前病毒受到誘導(dǎo)，則整合作用將被逆轉(zhuǎn)，此過程稱為切出（e134134135135如果兩個(gè)正向重復(fù)序列之間發(fā)生位點(diǎn)特異性重組，就導(dǎo)致中間的DNA缺失。2、鼠沙門氏傷寒桿菌的相轉(zhuǎn)變136如果兩個(gè)正向重復(fù)序列之間發(fā)生位點(diǎn)特異性重組，就導(dǎo)致中間的DN如果兩個(gè)反向重復(fù)序列之間發(fā)生位點(diǎn)特異性重組，就導(dǎo)致中間的DNA序列的倒位。137如果兩個(gè)反向重復(fù)序列之間發(fā)生位點(diǎn)特異性重組，就導(dǎo)致中間的DN有些生物正是利用這種重組倒置來控制基因的表達(dá)。因?yàn)镈NA的一正一倒兩種排列法可以相應(yīng)地表達(dá)兩種不同的蛋白質(zhì)，細(xì)胞就可根據(jù)需要作出選擇。138有些生物正是利用這種重組倒置來控制基因的表達(dá)。因?yàn)镈NA的一鼠沙門氏傷寒桿菌（Salmonellatyphimurium

）139鼠沙門氏傷寒桿菌139有2種鞭毛蛋白hin基因長(zhǎng)度970bp，編碼重組酶，基因的兩端有14bp長(zhǎng)度的反向重復(fù)序列。140有2種鞭毛蛋白hin基因長(zhǎng)度970bp，編碼重組酶，基因其他的例子（1）噬菌體Mu的尾蛋白即由其可倒置的DNA節(jié)段gin所控制，從而決定了侵染不同大腸桿菌的能力。（2）錐蟲（trypanosomes）的表面抗原更是千變?nèi)f化，用以逃脫宿主免疫系統(tǒng)的攻擊，這也是通過一系列DNA重排達(dá)到的，其復(fù)雜程度有點(diǎn)類似于抗體基因的結(jié)構(gòu)。141其他的例子（1）噬菌體Mu的尾蛋白即由其可倒置的DNA節(jié)段g1421423、抗體的產(chǎn)生（DVJ重組）脊椎動(dòng)物和人的淋巴細(xì)胞在其成熟過程中抗體基因的重排，是有關(guān)基因重排研究中一個(gè)最重要的實(shí)例。按照克隆選擇學(xué)說，每一個(gè)漿細(xì)胞只能產(chǎn)生一種或幾種抗體，無數(shù)由淋巴細(xì)胞分化而來的漿細(xì)胞就能產(chǎn)生無數(shù)種類的抗體分子。1433、抗體的產(chǎn)生（DVJ重組）脊椎動(dòng)物和人的淋巴細(xì)胞在其成熟抗體的結(jié)構(gòu)重鏈(H)輕鏈(L)可變區(qū)(V)恒定區(qū)(C)抗體分子分別由三個(gè)獨(dú)立的基因族編碼，其中兩個(gè)(κ和λ)編碼輕鏈，一個(gè)編碼重鏈。144抗體的結(jié)構(gòu)抗體分子分別由三個(gè)獨(dú)立的基因族編碼，其中兩個(gè)(κ和小鼠的κ和λ和重鏈分別位于第6、16和12號(hào)染色體上。決定輕鏈的基因族上分別有L、V、J、C四類基因片段。L代表前導(dǎo)片段(leadersegment)，V代表可變片段(variablesegment)，J代表連接片段(joiningsegment)，C代表恒定片段(constantsegment)。決定重鏈的基因族上共有L、V、D、J、C五類基因片段，其中D代表多樣性片段(diversitysegment)。在J和C片段之間存在增強(qiáng)子(enhancer)。145小鼠的κ和λ和重鏈分別位于第6、16和12號(hào)染色體上。決定輕抗體基因可通過倍增和歧化來增加其數(shù)量，在種系中基因數(shù)目有較大變動(dòng)，因此難于確定。146抗體基因可通過倍增和歧化來增加其數(shù)量，在種系中基因數(shù)目有較大小鼠λ鏈基因V片段數(shù)異常少，可能是其在過去曾遭劇變而丟失大部分的V片段。輕鏈的恒定區(qū)只1個(gè)，但λ鏈每個(gè)J片段都與其本身C片段相連。147小鼠λ鏈基因V片段數(shù)異常少，可能是其在過去曾遭劇變而丟失大部重鏈基因除V片段、J片段外，還有10～30個(gè)D片段，并有多個(gè)恒定區(qū)(C片段)以決定抗體的效應(yīng)功能，即抗體的類型和亞類型。小鼠IgH的基因恒定區(qū)存在8個(gè)C片段。人的IgH的基因恒定區(qū)C片段依次為：Cμ、Cδ、Cγ3、Cγ1、ψε、Cα1、ψγ、Cγ2、Cγ4、Cε、Cα2(其中ψε和ψγ是兩個(gè)無活性的假基因)，它們分別相當(dāng)于免疫球蛋白IgM、IgD、IgC3、IgG1、IgAl、IgG2、IgG4、IgE和IgA2。148重鏈基因除V片段、J片段外，還有10～30個(gè)D片段，并有多個(gè)除淋巴細(xì)胞外，所有細(xì)胞免疫球蛋白基因族的結(jié)構(gòu)都是相同的，稱為種系結(jié)構(gòu)，只有骨髓干細(xì)胞在分化為成熟B淋巴細(xì)胞的過程中才出現(xiàn)免疫球蛋白基因的體細(xì)胞重排(somaticrearrangement)。利根川進(jìn)(TonegawaS)揭示了抗體基因重排機(jī)制，獲得1987年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。149除淋巴細(xì)胞外，所有細(xì)胞免疫球蛋白基因族的結(jié)構(gòu)都是相同的，稱為在B細(xì)胞分化過程中，首先出現(xiàn)免疫球蛋白基因位移，然后才進(jìn)行重排。重排具有嚴(yán)格的順序，第一次重排發(fā)生在前B細(xì)胞中，最先由編碼免疫球蛋白重鏈的基因族片段參與重排，使在種系中相互分離的片段經(jīng)重排后連接在一起，稱為V-D-J連接。其間，D片段與J片段先連接，接著V片段加到D-J上，形成V-D-J復(fù)合體。150在B細(xì)胞分化過程中，首先出現(xiàn)免疫球蛋白基因位移，然后才進(jìn)行重免疫球蛋白重鏈基因的重排(V-D-J連接)151免疫球蛋白重鏈基因的重排(V-D-J連接)151重排中選擇的片段是隨機(jī)的，片段之間序列在重排中被刪除。重鏈重排后接著是輕鏈κ鏈基因重排，形成V-J復(fù)合體。只有κ鏈基因重排失敗，才發(fā)動(dòng)λ鏈基因重排，故抗體中大部分輕鏈?zhǔn)铅舒?，λ鏈只占少部分。淋巴?xì)胞在繁殖過程中還發(fā)生體細(xì)胞突變，以增加抗體的多樣性。152重排中選擇的片段是隨機(jī)的，片段之間序列在重排中被刪除。重鏈免疫球蛋白輕鏈基因的重排(V-J)153免疫球蛋白輕鏈基因的重排(V-J)153由于淋巴細(xì)胞是二倍體，因而H鏈、κ鏈和λ鏈都有兩個(gè)等位基因族，然而重排表現(xiàn)出等位基因排斥(all