当前课程知识点：现代生物学导论 > 第六讲 遗传的分子基础 > 6.5 DNA重组 > 6.5 DNA重组
我们前面讲到了突变会产生生命多样性，产生多样性的机制还有遗传重组
遗传重组就是指DNA片段断裂并且转移位置的现象
通常是两段DNA分子互相交换一部分片段的过程
这个过程造成了DNA序列的重排，从而导致了一个更具动态性的基因组结构
我们上次课讲到在减数分裂过程中，同源染色体之间会进行染色体间互换
这个过程叫做同源重组，同源重组丰富了遗传多样性
此外，遗传重组还包括保守的位点特异性重组和转座
保守的位点特异性重组发生在两端特定的序列之间
而转座则是发生在特定序列和非特定DNA位点之间
由这些重组活动促成的生物学过程包括
病毒感染过程中病毒基因组插入宿主细胞DNA造成基因结构的变化
以及转座因子从一个染色体位点到另一个位点的移动
下面，我们就来简要介绍这3种重组过程
首先是同源重组，是指两段具有高度相似序列的DNA之间的遗传物质发生交换
产生新的等位基因，但基因在染色体上的顺序是不变的
比如说像这个图上展示的一样，两个同源染色体发生同源重组，等位基因C和c发生了交换
但基因A、B和C在染色体上的顺序是不变的，这就是同源重组
我们下面用一个简化的模型来阐述同源重组的过程
同源重组的开始是同源染色体紧密相邻
然后在酶的作用下发生双链断裂
DNA裂解酶逐步降解断裂的5'端DNA分子，产生缺口
在特定蛋白质的作用下发生DNA链入侵
入侵的链和同源区域进行碱基配对
再经过合成修复把断裂的DNA链连接，这样形成了两个叫作Holliday连接体
下一步就是连接体的切割
不同的切割方式会产生不同的染色体片段的互换
我们可以这样切割，那么产生的染色体片段是这样的
也可以另一种方式切割，产生另外一种染色体片段
第二类重组就是保守的位点特异性重组
这类重组可以发生在非同源DNA之间，改变基因在染色体上的顺序
所以进行重组的两段DNA序列不需要大面积的序列相似
可以发生在两个不同的DNA分子或一条DNA分子内
这种重组需要一种蛋白质---重组酶的参与
保守的位点特异性重组可以有三种形式：插入新的片段，片段的缺失和基因倒位
这种重组的特点是形成重组酶-DNA的共价中间体
在这里，我们主要讨论络氨酸重组酶：Cre重组酶的例子
我们还是使用简化的模型来解释插入外源片段的情况
有两段不同源的DNA分子，红色环状双链DNA分子和蓝色的双链DNA分子
黄色和粉色区域分别代表了重组酶识别区域
Cre重组酶将会在这里和DNA结合
黄色和粉色区域间的位置叫做互换区域
DNA的双链断裂和重新连接将会在这里发生
络氨酸重组酶有4个亚基
每一个亚基负责一条DNA链的断裂和重新连接
需要注意的是，这种酶在作用时，每两个亚基同时作用
整个过程一共分为5步：一，重组酶识别并结合到DNA的重组酶识别区域
就是黄色和粉色的部分
第二，第一次链的断裂，重组酶中的络氨酸基团进攻DNA的磷酸骨架
就是由图中绿色的亚基造成的，造成链的断裂，形成重组酶-DNA复合体
第三步是链交换的发生
断裂DNA的3'羟基端进攻另一端重组酶-DNA复合体中的共价键
完成DNA链的交换和连接，形成Holliday连接体
第四步是第二次链的断裂，由图中紫色的亚基部分完成
还是形成重组酶-DNA的复合体
第五步是链发生交换
断裂DNA的3'羟基端进攻另一端重组酶-DNA复合体中的共价键
完成DNA链的交换和连接
这样，我们就实现了外源DNA插入到基因组中
下面就请同学们思考一下：如果通过络氨酸重组酶怎么来实现缺失
好，第三类重组是转座，和保守型的不同
转座是将特定的遗传因子从DNA的一个地方移动到另外一个地方
这个因子叫做转座因子
当转座因子在进行移位时，转座因子通常对插入位点几乎没有序列选择性
就像图中展示的一样，转座因子可以从DNA的一部分移动到另外一部分
所以转座因子可能会插入到基因内部，造成基因的完全失活
也可能会插入到一个基因的调控序列中，造成基因表达的改变
那么基因表达调控我们将在下一周给大家介绍
所以，转座现象是许多物种中新的突变的来源
而它们也的确是产生导致人类遗传疾病突变的一个重要原因
转座现象是由美国著名的细胞遗传学家Barbara McClintock首先发现的
她因此获得了1983年诺贝尔生理学或医学奖
也是首位单独获得此奖项的女科学家
Barbara McClintock是通过研究为什么玉米粒颜色会有不同的时候发现的转座现象
就像图中展示的一样，我们看到玉米粒上有斑点
那么这些斑点是怎么产生的呢？下面我就给大家解释一下
那么控制玉米粒的这种颜色的基因叫做C，当C正常表达时，玉米粒呈现紫颜色
当这个基因失活的时候，玉米粒就呈现黄色
McClintock发现有一个转座因子叫做Ds，可以在基因组中移动
当Ds移动到基因C中间的时候，导致基因C的失活，从而导致玉米粒呈现黄颜色
不过Ds这个因子它不会自己主动进行移动
必须要受到另外一个因子，Ac的激活才能够移动
而且Ds也可以从基因C中移动出来，当它离开后，C基因又恢复了正常
玉米粒的颜色是通过糊粉层的细胞呈现的
当玉米粒在发育过程中，糊粉层细胞不断分裂
在细胞分裂过程中，转座现象（在这里也就是Ds在基因组中跳来跳去的现象）
也同时发生，这就导致了图中玉米粒的斑点的颜色
-1.1 生物学的基本主题
-1.2 科学方法
--1.2 科学方法
-1.3 如何正确地评价科学结果
-1.4 施一公老师和不同院系本科生座谈（上）
-1.5 施一公老师和不同院系本科生座谈（下）
-课前小短片
--课前短片
-2.1 元素和化学键
-2.2 水和生命
--2.2 水和生命
-2.3 碳和生命的分子多样性
-2.4 大生物分子
-2.5 营养以及身体健康
-第二讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-3.1 细胞的结构和功能
-3.2 细胞膜和跨膜运输
-3.3 细胞间交流
-3.4 细胞分裂和细胞周期
-3.5 癌症与细胞分裂
-第三讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-4.1 热动力学和代谢
-4.2 自由能和代谢
-4.3 ATP的工作原理
-4.4 活化能和酶
-4.5 酶的反应特性和酶的调控
-4.6 细胞呼吸
--4.6 细胞呼吸
-4.7 光合作用
--4.7 光合作用
-第四讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-5.1 减数分裂和生命周期
-5.2 孟德尔遗传学
-5.3 孟德尔遗传学的延伸
-5.4 基因连锁和染色体互换
-5.5 伴性遗传
--5.5 伴性遗传
-5.6 非孟德尔遗传
-5.7 人类遗传学疾病及诊断
-第五讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-6.1 DNA是遗传物质
-6.2 DNA结构和染色体结构
-6.3 DNA的复制
-6.4 DNA的突变、损伤和修复
-6.5 DNA重组
-第六讲 遗传的分子基础--第六讲小测验
-课前小短片
--课前小短片
-7.1 基因表达综述
-7.2 基因表达的具体步骤
-7.3 突变和表型
-7.4 基因表达调控的特点
-7.5 原核生物的基因表达调控
-7.6 真核生物的基因表达调控
-7.7 表观遗传
--7.7 表观遗传
-第七节小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-8.1 重组DNA
-8.2 电泳技术、PCR和DNA测序
-8.3 转基因动物、克隆动物和干细胞研究
-8.4 转基因植物
-8.5 DNA技术的应用
-8.6 生物的信息时代
-8.7 新药研发的基本过程
-第八章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-9.1 演化理论的介绍
-9.2 演化的证据
-9.3 Hardy-Weinberg定律
-9.4 改变种群中等位基因频率的机制
-9.5 自然选择
--9.5 自然选择
-9.6 物种的形成
-9.7 地球上生命的历史
-第九章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-10.1 动物的结构与功能
-10.2 反馈调节
-10.3 植物的结构和生长
-10.4 植物的营养和运输
-第十讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-11.1 病原体
--11.1 病原体
-11.2 免疫系统介绍
-11.3 先天性免疫
-11.4 适应性免疫中的受体识别
-11.5 体液免疫和细胞免疫
-11.6 免疫系统疾病
-11.7 免疫知识的应用
-第十一讲 免疫系统--第十一讲小测验
-12.1 神经元的结构和功能
-12.2 静息电位和动作电位
-12.3 突触传导和神经递质
-12.4 神经系统的组成
-12.5 脑的结构和功能
-12.6 神经系统疾病
-第十二章小测验--作业
-13.1 激素的介绍
-13.2 内分泌系统
-13.3 动物的生殖---配子的形成
-13.4 动物的生殖---激素调节动物生殖
-13.5 动物的生殖---胚胎在子宫中的发育
-13.6 动物发育(1)
-13.7 动物发育(2)
-13.8 动物发育(3)
-第十三讲小测验--作业
-14.1 生态学的基本内容
-14.2 种群生态学
-14.3 种群间的相互作用
-14.4 生态系统
-14.5 生态系统中的物质循环
-14.6 生物多样性和物种
