第14章基因重组和基因工程

第14章

基因重组和基因工程Genetic Recombination and Genetic Engineering

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DNA克隆、测序与重组技术的历史 1973年，Stanley Cohen等人首次获得体外 重组DNA的分子克隆 1977年，Allan Maxam和Walter Gilbert的 化学裂解DNA测序问世 不久，Sanger 等的双脱氧测序法

20世纪90年代启动人类基因组计划(human genome project,HGP) 重组DNA技术学(Recombinant DNA Technology)目录

第一节

自然界DNA重组和基因转移 是经常发生的DNA Recombination and Gene Transfer Occur Frequently in Nature目录

DNA重组 一、同源重组 (homologous recombination) 二、细菌的基因转移和重组

1、接合作用 (conjugation) 2、转化作用 (transformation)3、转导作用 (transduction)

三、位点特异的重组(site-specific recombination) 四、转 座 (transposition)目录

一、同源重组是最基本的DNA重组方式 发生在同源序列间的重组称为同源重组(homologous recombination),又称基本重 组(general recombination)。是最基本的 DNA重组方式，通过链的断裂和再连接， 在两个DNA分子同源序列间进行单链或双

链片段的交换。 提供遗传多样性。

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同源重组(Homologous recombination)是两 条DNA分子的同源序列间所发生的交换 (crossing over )过程。也称非特异性重组 (Generalized recombination) 。 以E.coli的同源重组为例，了解同源重组机制 的Holliday模型。

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Holliday模型的4个关键步骤： 两个同源染色体DNA排列整齐； 一个DNA的一条链断裂、并与另一个DNA 对应的链连接，形成Holliday中间体； 通过分支移动产生异源双链DNA; Holliday中间体切开并修复，形成两个双链 重组体DNA,分别为：

片段重组体(patch recombinant) 拼接重组体(splice recombinant)目录

片段重组体 (见模型图右边产物): 切开的链与原来断裂的是同一条链，重组

体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲本DNA。 拼接重组体(见模型图左边产物): 切开的链并非原来断裂的链，重组体异源双

链区的两侧来自不同亲本DNA。

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5´ 3´ 3´ 5´

3´ 5´ 5´

内切酶

3´ (recBCD)3´ 5´ 5´ 3´

5´ 3´ 3´ 5´

3´ 5´ 5´ 3´ 5´ 3´

DNA侵扰 (recA)5´ 3´ 3´ 5´ 3´ 5´ 5´ 3´

5´ 3´ 3´ 5´

分支迁移 (recA)

内切酶 (recBCD)

5´ 3´ 3´ 3´

3´ 5´ 5´ 3´

DNA 连接酶

5´ 3´ 3´ 5´

3´ 5´ 5´ 3´

Holiday中间体

5´ 3´ 3´ 5´

3´ 5´ 5´ 3´

3´ 5´ 5´ 3´ 5´ 3´ 3´ 5´

Holiday中间体

内切酶 (ruvC)5´ 3´ 3´ 5´

内切酶 (ruvC)3´ 5´

3´ 5´

3´ 5´

P347

5´ 3´

DNA 连接酶3´

5´ 3´

5´ 3´

5´

5´3´

3´ 5´ 拼 接 重 组 5´3´ 体

片 5´ 段 3´ 重 组 体 5´3´

DNA 连接酶

3´ 5´

3´ 5´

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二、细菌的基因转移与重组(一)接合作用当

细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互 接触时，质粒DNA从一个细胞(细菌)转 移至另一细胞(细菌)的DNA转移称为接 合作用(conjugation)。

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质粒 —— 细菌染色体外的小型环状双链DNA分子 可接合质粒如 F 因子(F factor)

(致育因子，编码性鞭毛蛋白的基因)

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(二)转化作用通过自动获取或人为地供给外 源DNA,使细胞或培养的受体细胞 获得新的遗传表型，称为转化作用 (transformation)。

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通过自动获取或人为地供给外源 DNA,k 可使细胞或培养的受体细胞获得新的遗 传表型，这就是转化作用。即由外来 DNA引起生 物类型的改变过程。 本质 ：外来DNA重组(整合)到宿主细胞内，经 过该转化，细胞出现遗传类型改变。

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例：溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。

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自然转化现象首先是在肺炎链球菌中发现 的。现已发现许多细菌当中的某些菌种或 某些菌株有自然转化的能力。近十多年来 的研究发现，自然转化广泛存在于自然界 中，可能是自然界进行基因交换的重要途 径。

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(三)转导作用当病毒从被感染的(供体)细胞释放 出来、再次感染另一(供体)细胞时，发 生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移

及基因重组即为转导作用(transduction)。接合、转化、转导是细菌变异的基础。

(感染，转染)目录

λ噬菌体的生活史 溶菌生长途径 (lysis pathway) 溶源菌生长途径 (lysogenic pathway)

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三、位点特异重组，即特异位点间发生的整合 位点特异重组(site-specific recombination) 是由整合酶催化，在两个DNA序列的特异 位点间发生的整合。

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