文档介绍：第四章 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(ic bination),或者基因重排(gene rearrangement) 。重组产物为重组体DNA (binant DNA) 。DNA的重组广泛存在于各类生物。真核生物基因间重组多发生在减数分裂(meiosis)时同源染色体之间的交换(crossover) 。细菌及噬菌体的
基因组为单倍体,来自不同亲代两组DNA之间可通过多种方式进行遗传重组。
DNA重组对生物进化起着关键的作用。生物进化是生物随时间发生变化和多样化的过程。生物进化以不断产生可遗传的变异为基础。首先有突变和重组,由此产生遗传的变异,然后才有遗传漂变(ic drift)和自然选择(natural selection),才有进化。可遗传变异的根本原因是突变。然而,突变的机率很
低,而且多数突变是有害的。如果生物只有突变没有重组,在积累具有选择优势的突变同时不可避免积累许多难以摆脱的不利突变,有利突变将随不利突变一起被淘汰,新的优良基因就不可能出现。重组的意义在于,它能迅速增加群体的
遗传多样性(diversity);使有利突变与不利突变分开(separation);通过优化组合(optimization)积累有意义的遗传信息。
此外,DNA重组还参与许多重要的生物学过程。它为DNA损伤或复制障碍提供修复机制。某些生物的基因表达受DNA重组的调节。
DNA重组包括同源重组(homologous bination)、位点专一性重组(site-specific bination)和转座重组(transposition bination)等类型,以下分别介绍。
一、同源重组
同源重组又称一般性重组。同源重组发生在DNA的同源序列之间,真核生物非姊妹染色单体的交换,姊妹染色单体的交换,细菌及某些低等真核生物的转化,细菌的转导、接合等都属于这—类型。
Holliday对遗传重组的可能机制成功提出了一个模型予以说明。在分子水平上了解重组过程是在细菌的研究中加以解决的。
(一) Holliday模型
Robin Holliday于1964年提出一个模型,对于认识同源重组起了十分重要作用(图4-1)。在这一模型中,关键步骤有四个:①两个同源染色体DNA排列整齐;②一个DNA的一条链裂断并与另一个DNA对应的链连接,形成的连接分子(joint molecule),称为Holliday中间体(intermediate);③通过分支移动(branch migration)产生异源双链
(heteroduplex)DNA;④ Holliday中间体切开并修复,形成两个双链重组体DNA。切开的方式不同,所得到的重组产物
也不同。如果切开的链与原来断裂的是同一条链(见Holliday模型左边的产物),重组体含有一段异源双链区,其两侧来自同一亲本DNA,称为片段重组体(patch binant)。但如切开的链并非原来断裂的链(模型右边产物),重组体异源双链区的两侧来自不同亲本DNA,称
为拼接重组体(splice binant)。
Holliday模型能够较好解释同源重组现象,但也存在问题。该模型认为进行重组的两个DNA分子在开始时需要在对应链相同位置上发生断裂。DNA分子单链断裂是经常发生的事,但很难设想两个分子何以能在同一位置发生断裂。Meselson M和Radding C对此提出了修正意见,他们认为同源DNA分子中只有一个分子发生单链
断裂,随后单链入侵另一DNA分子的同源区,造成链的置换,被置换的链再切断并与最初断链连接,即形成Holliday中间体。但是更多的事实表明,重组是由双链断裂所启动。现在认为,同源重组是减数分裂的原因,而不是减数分裂的结果。DNA分子双链断裂才能与同源分子发生链的交换,藉以将同源染色体分配到子代细胞中去。因此,双链断裂启动重组,也启动了减数分裂。
DNA的重组
Holliday模型
图4-1 同源重组的Holliday模型两同源DNA分别以粗线和细线表示