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基因交流
基因重新組合的現(xiàn)象
基本信息
| 中文名 | 基因交流 |
| 屬性 | |
| 性質(zhì) | 交流 |
| 時間 | 1936年 |
基本原理
原核生物的基因重組有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導和接合等方式。受體細胞直接吸收來自供體細胞的DNA片段，并使它整合到自己的基因組中，從而獲得供體細胞部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)化。通過噬菌體媒介，將供體細胞DNA片段帶進受體細胞中，使后者獲得前者的部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)導。自然界中轉(zhuǎn)導現(xiàn)象較普遍，可能是低等生物進化過程中產(chǎn)生新的基因組合的一種基本方式。供體菌和受體菌的完整細胞經(jīng)直接接觸而傳遞大段DNA遺傳信息的現(xiàn)象，稱為接合。細菌和放線菌均有接合現(xiàn)象。高等動植物中的基因重組通常在有性生殖過程中進行，即在性細胞成熟時發(fā)生減數(shù)分裂時同源錢染色體的部分遺傳物質(zhì)可實現(xiàn)交換，導致基因重組?；蛑亟M是雜交育種的生物學基礎，對生物圈的繁榮昌盛起重要作用，也是基因工程中的關鍵性內(nèi)容?；蚬こ痰奶攸c是基因體外重組，即在離體條件下對DNA分子切割并將其與載體DNA分子連接，得到重組DNA。1977年美國科學家首次用重組的人長激素釋放抑制因子基因生產(chǎn)人生長激素釋放抑制因子獲得成功。此后，運用基因重組技術生產(chǎn)醫(yī)藥上重要的藥物以及在農(nóng)牧業(yè)育種等領域中取得了很多成果，預計下世紀在生產(chǎn)治療心血管病、鎮(zhèn)痛和清除血栓等藥物方面基因重組技術將發(fā)揮更大的作用。
重組類型
根據(jù)重組的機制和對蛋白質(zhì)因子的要求不同，可以將狹義的基因重組分為三種類型，即同源重組、位點特異性重組和異常重組。同源重組的發(fā)生依賴于大范圍的DNA同源序列的聯(lián)會，在重組過程中，兩條染色體或DNA分子相互交換對等的部分。真核生物的非姊妹染色單體的交換、細菌以及某些低等真核生物的轉(zhuǎn)化、細菌的轉(zhuǎn)導接合、噬菌體的重組等都屬于這種類型。大腸桿菌的同源重組需要RecA蛋白，類似的蛋白質(zhì)也存在于其他細菌中。位點特異性重組發(fā)生在兩個DNA分子的特異位點上。它的發(fā)生依賴于小范圍的DNA同源序列的聯(lián)會，重組也只限于這個小范圍。兩個DNA分子并不交換對等的部分，有時是一個DNA分子整合到另一個DNA分子中。這種重組不需要RecA蛋白的參與。異常重組發(fā)生在順序不相同的DNA分子間，在形成重組分子時往往依賴于DNA的復制而完成重組過程。例如，在轉(zhuǎn)座過程中，轉(zhuǎn)座因子從染色體的一個區(qū)段轉(zhuǎn)移到另一個區(qū)段，或從一條染色體轉(zhuǎn)移到另一條染色體。這種類型的重組也不需要RecA蛋白的參與。
基因重組的類型
基因重組是指一個基因的DNA序列是由兩個或兩個以上的親本DNA組合起來的?；蛑亟M是遺傳的基本現(xiàn)象，病毒、原核生物和真核生物都存在基因重組現(xiàn)象。減數(shù)分裂或體細胞有絲分裂均有可能發(fā)生基因重組?；蛑亟M的特點是雙DNA鏈間進行物質(zhì)交換。真核生物，重組發(fā)生在減數(shù)分裂期同源染色體的非姊妹染色單體間，細菌可發(fā)生在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導過程中，通常稱這類重組為同源重組(homologousrecombination)，即只要兩條DNA序列相同或接近，重組可在此序列的任何一點發(fā)生。然而在原核生物中，有時基因重組依賴于小范圍的同源序列的聯(lián)會，重組只限于該小范圍內(nèi)，只涉及特定位點的同源區(qū)，把這類重組稱作位點專一性重組(site-specificrecombination)，此外還有一種重組方式，完全不依賴于序列間的同源性，使一段DNA序列插入另一段中，在形成重組分子時依賴于DNA復制完成重組，稱此類重組為異常重組(illegitimaterecombination)，也稱復制性重組(replicativerecombination)。
噬菌體的基因重組
1946年第11屆冷泉港學術討論會上，在宣布一基因一酶學說的勝利，及Ledernerg、Tatum細菌雜交實驗報告的同時，Hershey和Luria宣布發(fā)現(xiàn)了噬菌體的r，h突變，Delbrück和Hershey發(fā)表了他們各自發(fā)現(xiàn)的噬菌體重組，這四項重大的發(fā)現(xiàn)分別在1958年和1969年獲得了諾貝爾獎。后兩項的發(fā)現(xiàn)有力地推動了噬菌體遺傳學的發(fā)展。
噬菌體的基因重組和細菌不同，而和真核的重組十分相似。雜交是用標記不同的噬菌體之間進行。然后計算重組噬菌體占總的子代噬菌體的比例來確定重組值。一般可以選用2－4個基因差異的噬菌體來混合感染細菌。首先把不同類型的噬菌體混合起來和細菌一起涂布在固體培養(yǎng)基上，細菌的濃度要達到可以長成菌苔（lawn）的水平，噬菌體的濃度要很稀。每個噬菌體感染一個細菌，經(jīng)過裂解周期，宿主細胞破裂后，釋放出的子噬菌體又去感染周圍的細菌，結(jié)果在菌苔上形成一個圓形清亮的斑，稱為噬菌斑（plaque），而一個噬菌斑來自最初涂布平板時的一個噬菌體。噬菌斑的形態(tài)必須選擇容易區(qū)別的，以表示噬菌體的相應表型。單個的噬菌體只能在電鏡下才可觀察其形態(tài)，突變引起其形態(tài)變化沒有電鏡是無法鑒別的，但突變影響到生活周期，會產(chǎn)生不同的噬菌斑，因此通過噬菌斑的觀察很容易觀察基因型的變化與重組。
Hershey等用T2噬菌體的兩個不同表型特征：噬菌斑的形態(tài)和宿主范圍來進行雜交。一個噬菌體的基因型是h+r，另一個噬菌體的基因型是hr+。h+表示宿主范圍（hostrange），是野生型，能在E.coliB菌株上生長，r表示快速溶菌（rapidlysis），產(chǎn)生的噬菌斑大，邊緣清楚。h噬菌體能在E.coliB和B/2品系上生長，r+產(chǎn)生小而邊緣模糊的噬菌斑，能產(chǎn)生透明的噬菌斑，而h+因只能裂解E.coliB，所以在B和B/2的混合菌上產(chǎn)生的噬菌斑是半透明的。
雜交時hr+和h+r混合感染E.coliB和B/2，在B和B/2混合菌苔上出現(xiàn)了四種噬菌斑，表明hr+和h+r之間有一部分染色體在B菌株的細胞中進行了重組，釋放出的子噬菌體有一部分的基因型為h+r+和hr。利用下面的公式就可以計算出和兩個位點的重組值：
重組值=（h+r++hr）/總噬菌斑數(shù)×100%
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