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第十二章 突变和重组机理

第十二章 突变和重组机理. 重点： 突变的分子机理、重组的分子机 理、基因转变、遗传重组的 Holiday 模型， DNA 损伤的修复。 难点： 基因转变、遗传重组的 Holiday 模型、转座子及转座机理。. 第一节 突变的分子基础. 一、自发突变 二、诱发突变. 一、自发突变. DNA 复制错误. 自发的化学变化 脱嘌呤. 脱氨基. 脱氨基. 氧化损伤

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第十二章 突变和重组机理

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Presentation Transcript

  1. 第十二章 突变和重组机理 重点：突变的分子机理、重组的分子机 理、基因转变、遗传重组的 Holiday模型，DNA损伤的修复。 难点：基因转变、遗传重组的Holiday 模型、转座子及转座机理。

  2. 第一节 突变的分子基础 一、自发突变 二、诱发突变

  3. 一、自发突变 DNA复制错误

  4. 自发的化学变化 脱嘌呤

  5. 脱氨基

  6. 脱氨基

  7. 氧化损伤 过氧化物原子团(O2-)、(H2O2)，(-OH)等需氧代谢的副产物都是有活性的氧化剂，它们可导致DNA的氧化损伤。T氧化后产生T－乙二醇，G氧化后产生8-氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤、8-氧鸟嘌呤(8-O-G)或“GO”，GO可和A错配，导致G→T。

  8. 第二节 重组的分子基础 一、基因重组的可能机理 二、基因转变 三、遗传重组的分子基础

  9. 一、基因重组的可能机理 • 染色体断裂愈合模型 1、两同源染色体之间的联会和环绕。 2、染色体复制，姐妹染色单体环绕。此时 ，同源染色体由之前的相互吸引变成相 互排斥。 3、螺旋松开，两个非姐妹染色单体断裂。 4、重新愈合，发生交换。此时可观察到交 叉现象。

  10. 即染色体复制完成后发生非姐妹染色单体的断裂和重新愈合，从而造成重组。所形成的4个染色单体中，一半是亲组合类型，一半是重组合类型。即染色体复制完成后发生非姐妹染色单体的断裂和重新愈合，从而造成重组。所形成的4个染色单体中，一半是亲组合类型，一半是重组合类型。 该模型的不足之处在于不能解释一个减数分裂的4个产物不呈2：2分离的现象。

  11. 模写选择模型

  12. 该模型认为重组是由于染色体复制过程中非姐妹染色单体交换模板造成的，从而形成一半的亲组合和一半的重组合，且每条DNA链都是正常配对的。该模型认为重组是由于染色体复制过程中非姐妹染色单体交换模板造成的，从而形成一半的亲组合和一半的重组合，且每条DNA链都是正常配对的。 该模型的不足之处： 不能解释三线或四线双交换现象； 该模型要求DNA的全保留复制，而事实上DNA是半保留复制的。

  13. 二、基因转变 基因转变：一个基因转变为它的等位基因 的现象称为基因转变。 染色单体转变：减数分裂的四个产物中， 有一个产物发生了基因转变的现象。 半染色单体转变：减数分裂的四个产物中 ，有一个产物的一半或两个产物的各 一半出现基因转变的现象。

  14. 基因转变现象

  15. 三、遗传重组的分子基础 遗传重组的Holiday模型 同源染色体复制，形成4条染色单体 两条非姐妹染色单体的DNA单链上产生缺口 缺口交联并移动 产生异源双链区 形成中空的十字构型 产生缺口，重新连接。

  16. 最后形成的染色体类型中，每条DNA双链都存在异源双链区，即存在不配对的区域。异源DNA是不稳定的，如果这些异源DNA区都得到正确修复，则一次单交换所产生的亲组合和重组合呈现正常的分离比(1：1)；如果未全部正确修复或未修复，都会出现基因转变现象，从而出现异常的分离比(6：2，3：1：1：3，5：3)。

  17. 异源DNA的修复 正确修复和错误修复 修复所需酶 核酸外切酶：识别错配DNA片段，随机 切除其中的一条DNA单链。 DNA多聚酶：修复缺口，合成新链与留 下的单链配对。 连接酶：将合成的新链与所在的旧链连 接，成连续的链。

  18. 修复结果 正确修复：A所在的链被切走，最后被修 复为野生型(如果本来的链就应是野 生型)。 错误修复：G所在的链被切走，被修复为 突变型(如果本来的链就应是野生型) 。

  19. 用遗传重组的异源DNA模型说明基因转变的起源：用遗传重组的异源DNA模型说明基因转变的起源： 1）两条单链都得以正确校正，则呈现正常分离； 2）一条单链正确校正，一条单链错误校正，则呈现6：2的异常分离； 3）两条单链都未校正，留给下次有丝分裂，则呈现3：1：1：3的异常分离； 4）一条单链正确校正，一条未校正，则呈现5：3的异常分离。

  20. 第三节 转座遗传因子 一、转座元件的发现和鉴定 二、原核生物的转座因子 三、真核生物的转座因子

  21. 一、转座元件的发现和鉴定 Emerson（1914）玉米种子色素的遗传： 回复突变  花斑 Rhoades（1938）玉米种子糊粉层色素遗 传：二个基因相互作用，与回复突变 有关。

  22. Ds Wx Sh C McClintock（1944）： 玉米第 9 条染色体三个连锁基因： 想通过 “桥－断片－桥” 去掉染色体末端的基因 C。 但是发现： • 常常得到的是从着丝粒与Wx之间断裂的，丢失三 个基因的染色体。她定义为“ Ds ”（dissociation） • 偶尔发现 Ds 可以跳到 C 内的某一位置：种子为无色 • 在种子发育过程中，Ds 可以从 C 跳出：种子大部分无色，少量斑点。

  23. 二、原核生物的转座因子 原核转座因子的类型 1）插入序列 插入序列(Insertion sequence，IS)是一种转座子，可以整合到宿主非同源位点上。若IS插入到某基因内，通常该基因就会失活。正常的细菌基因组和质粒都含有IS。

  24. 插入序列的结构特征： 含短的末端反向重复序列； 含编码转座酶的基因。转座酶的编码起始点位于一端的反向重复序列内。终止点则正好位于另一端的反向重复序列之前或中间； 靶位点存在5-9 bp的短正向重复序列。

  25. IS的转座是由转座酶催化的，首先转座酶交错切开宿主靶位点，然后IS插入，与宿主的单链末端相连接，余下的缺口由DNA聚合酶和连接酶加以填补，结果使插入的IS两端形成了DR或靶重复。

  26. 2）复合转座子： 一类带有某些抗药性基因（或其它宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列。表明IS序列插入到某个功能基因两端时就有可能产生复合转座子。一旦形成复合转座子，IS序列就不能再单独移动，因为它们的功能已被修饰，只能作为复合体移动。

  27. 复合转座子的结构特征： 中间区域含编码转座酶以外的标记基因； 两端具有插入序列； 两末端是反向重复序列； 靶位点存在短正向重复序列。

  28. 转座机制 所有转座子的共同机制： 在靶DNA上造成交错切口，转座子与突出的末端相连，填补缺口。

  29. 转座类型 据转座子的移动机制，可分为： 复制型转座(replicative transposition) 非复制型转座(nonreplicative transposition) 保守型转座(conservative transposition)

  30. 复制转座：转座因子在转座期间先复制 一份拷贝，而后拷贝转座到新的位 置，在原先的位置上仍然保留原来 的转座因子。复制转座有转座酶和 解离酶的参与。转座酶作用于原来 的转座因子的末端，解离酶则作用 于复制的拷贝。

  31. 复制型转座

  32. 非复制转座：转座因子直接从原来位置 上转座插入新的位置，并留在插入 位置上，这种转座只需转座酶的作 用。非复制转座的结果是在原来的 位置上丢失了转座因子，而在插入 位置上增加了转座因子。这可造成 表型的变化。

  33. 非复制型转座

  34. 保守型转座：也是非复制转座的一种类 型。其特点是转座因子的切离和插 人类似于λ噬菌体的整合作用，所 用的转座酶也是属于入整合酶家族 。出现这种转座的转座因子都比较 大，而且转座的往往不只是转座因 子自身，而是连同宿主的一部分DNA 一起转座。

  35. 保守型转座

  36. 转座引起的遗传学效应： 引起插入突变 产生新的基因 引起生物进化 引起染色体畸变

  37. 某些转座子只具有一种转座机制，而另一些可能具备两种途径。两个正向重复(DR)之间的重组使夹在两个DR中间的DNA序列被切离而产生缺失。两个反向重复(IR)之间的重组使夹在两个IR中间的DNA序列发生倒位。

  38. 三、真核生物的转座因子 玉米中的控制因子 玉米基因组中含有几个控制元件家族。每个家族的成员可分为两类： 1）自主控制元件 Autonomous controlling element 特点：具外切和转座的能力 2) 非自主控制元件 Nonautonomous controlling element 特点：稳定；可被自主控制元件激活

  39. 在Ac-Ds系统中，大部分自主元件Ac由含有5个外显子的单个基因组成，其产物是转座酶，它的末端有11bp的IR和8bp的DR，DR是由靶位点重复而成。Ds元件与Ac的结构相同，但内部有缺失。各种Ds的长度和序列都不相同，但和Ac有关，其末端同样有11bp的IR。

  40. 第四节 DNA损伤的修复 一、紫外线照射对DNA的损伤 二、光复活 三、暗复活 四、复制后修复

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