复旦大学：《基因组学》课程教学资源（课件讲稿）第12、13章 基因组进化的分子机制与模式

第12章基因组进化的分子机制 1)突变 2)重组 3)转座

第12章 基因组进化的分子机制 1) 突变 2) 重组 3) 转座

DNA重组 DNA重组有两种方式 1)同源重组 2)双链断裂重组

DNA重组 DNA重组有两种方式： 1）同源重组； 2）双链断裂重组

Leptotene Chromatin LIMI5 Zygotene 染色体配对与交叉 Axial element Diplotene Central Recombination nodul Chiasma formation 同源姐妹染色体的交换与重组产生的表型 改变称为变异.变异不涉及基因或染色体的 突变,但能提供大量的基因型,是重要的进 化动力之

染 色 体 配 对 与 交 叉 同源姐妹染色体的交换与重组产生的表型 改变称为变异. 变异不涉及基因或染色体的 突变, 但能提供大量的基因型, 是重要的进 化动力之一

两条同源DNA分子 工山DNA分子间单链交 工江换组成异源双链 ⊥DNA连接酶 同源重组 第一步:形成交叉 Holliday结构 1分又迁移 第二步:分叉前移 第三步:叉点交接 Ho‖j 形成叉口(chi) day 水平分割 模型 垂直分割 相互交换

同源重组- Holli day 模型

环化DNA 工二 大 3) T二 ■■■■ ■■■■ 肠 线性DNA chi位 RecBCD o RecA结合 杆 解旋 菌 ■■■■ 同 链入侵 源 Rec BCD在chi3′56位 核苷酸位置产生单链 ■■■■■ 重 组 RecBCDi酶与线性分子的未端结合然后解旋,随后朝 前寻找第一个8碱基基序5- GCTGGTGG-3,又称 过 叉点( chi site)。大肠杆菌基因组平均6kb有一个 程 叉点。 RecBcD的核酸酶在离叉点3’端约56个核苷 酸处切开单链产生游离单链未端,然后侵入基因组 同源区段内部

大 肠 杆 菌 同 源 重 组 过 程（ 1） RecBCD酶与线性分子的未端结合然后解旋，随后朝 前寻找第一个8碱基基序5‘GCTGGTGG3’ ，又称 叉点（chi site）。大肠杆菌基因组平均6 kb有一个 叉点。RecBCD的核酸酶在离叉点3’端约56个核苷 酸处切开单链产生游离单链未端，然后侵入基因组 同源区段内部

双链连DNA 单链DNA 重组时单链侵入同源 RecA 取代的DNA单链 链DNA结构 侵入的单链-RecA复合物 RecA与DNA结合后形成一个蛋白质包裹的DNA纤 丝,侵入同源双螺旋DNA形成D-环结构。D-环 双的中间产物是个二链pcx,侵入的多豪 链春酸碱基建立氢键连接

重 组 时 DNA 单 链 侵 入 同 源 双 链 RecA与DNA结合后形成一个蛋白质包裹的DNA纤 丝，侵入同源双螺旋DNA形成D环结构。D环 的中间产物是一个三链（triplex），侵入的多聚 核苷酸位于完整的双螺旋主沟内并与其配对的核 苷酸碱基建立氢键连接

分叉前移的机制 功能性结合 分叉迁移 交割分离 RuvA RuvA 叉点迁移 叉点迁移 RuvC 叉点前移在5-A/TG/C-3顺序优先停止该顺序在大肠杆菌基因组中 经常出现当 RUVAB复合物离开叉点后,两个RuvC蛋白取而代之,并完 成 Holliday结构的解体任务.交叉DNA中的异源配对双链必需交互切 割才能彼此分开,切割事件在5-ATTG(C-3顺序的T和GC之间

分叉前移的机制 叉点前移在5‘-A/TTG/C-3’顺序优先停止,该顺序在大肠杆菌基因组中 经常出现. 当RuvAB复合物离开叉点后, 两个RuvC蛋白取而代之,并完 成Holliday结构的解体任务. 交叉DNA中的异源配对双链必需交互切 割才能彼此分开, 切割事件在5‘-A/TTG/C-3’顺序的T和G/C之间

转座 1)DNA转座 2)RNA转座

转 座 1）DNA转座 2）RNA转座

gp120 糖蛋白蛋白 160 gp41 RNA 核心蛋白 逆转录酶 核心(core) 病毒的结构 协助复制的核心蛋白 基质蛋白( matrix protein) 脂双层 囊膜 隆突(knob 注:HV病毒结构示意图HV病毒核心含有遗传物质RNA基因组 和复制必需蛋白质.病毒衣壳蛋白由寄主细胞来源的双脂层包围 病毒蛋白质嵌入膜内

HIV病毒的结构

增强子 启动子 加尾信号 整合位置 整合位置 LTR 逆转录病毒基因组 Chromosomal DNA LTR gag po env LTR tRNa binding site 3′ splice site 5′ splice site Second-strand Packaging signal primer-binding 寄主染色体 HIV原病毒 5 LU3R05=3 LTR LTR 转录 tRNA( 编码顺序 病毒基因组5RU5Pes 11 (A)3 (1) PBs: Primer binding sequence,引物结合顺序

逆转录病毒 RNA 基因组 (1)