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基因交流
基因重新組合的現象
基本信息
| 中文名 | 基因交流 |
| 屬性 | |
| 性質(zhì) | 交流 |
| 時(shí)間 | 1936年 |
基本原理
原核生物的基因重組有轉化、轉導和接合等方式。受體細胞直接吸收來(lái)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象，稱(chēng)為轉化。通過(guò)噬菌體媒介，將供體細胞DNA片段帶進(jìn)受體細胞中，使后者獲得前者的部分遺傳性狀的現象，稱(chēng)為轉導。自然界中轉導現象較普遍，可能是低等生物進(jìn)化過(guò)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遺傳信息的現象，稱(chēng)為接合。細菌和放線(xiàn)菌均有接合現象。高等動(dòng)植物中的基因重組通常在有性生殖過(guò)程中進(jìn)行，即在性細胞成熟時(shí)發(fā)生減數分裂時(shí)同源錢(qián)染色體的部分遺傳物質(zhì)可實(shí)現交換，導致基因重組。基因重組是雜交育種的生物學(xué)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(guān)鍵性?xún)热荨；蚬こ痰奶攸c(diǎn)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(xué)家首次用重組的人長(cháng)激素釋放抑制因子基因生產(chǎn)人生長(cháng)激素釋放抑制因子獲得成功。此后，運用基因重組技術(shù)生產(chǎn)醫藥上重要的藥物以及在農牧業(yè)育種等領(lǐng)域中取得了很多成果，預計下世紀在生產(chǎn)治療心血管病、鎮痛和清除血栓等藥物方面基因重組技術(shù)將發(fā)揮更大的作用。
重組類(lèi)型
根據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(lèi)型，即同源重組、位點(diǎn)特異性重組和異常重組。同源重組的發(fā)生依賴(lài)于大范圍的DNA同源序列的聯(lián)會(huì )，在重組過(guò)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化、細菌的轉導接合、噬菌體的重組等都屬于這種類(lèi)型。大腸桿菌的同源重組需要RecA蛋白，類(lèi)似的蛋白質(zhì)也存在于其他細菌中。位點(diǎn)特異性重組發(fā)生在兩個(gè)DNA分子的特異位點(diǎn)上。它的發(fā)生依賴(lài)于小范圍的DNA同源序列的聯(lián)會(huì )，重組也只限于這個(gè)小范圍。兩個(gè)DNA分子并不交換對等的部分，有時(shí)是一個(gè)DNA分子整合到另一個(gè)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(shí)往往依賴(lài)于DNA的復制而完成重組過(guò)程。例如，在轉座過(guò)程中，轉座因子從染色體的一個(gè)區段轉移到另一個(gè)區段，或從一條染色體轉移到另一條染色體。這種類(lèi)型的重組也不需要RecA蛋白的參與。
基因重組的類(lèi)型
基因重組是指一個(gè)基因的DNA序列是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的親本DNA組合起來(lái)的。基因重組是遺傳的基本現象，病毒、原核生物和真核生物都存在基因重組現象。減數分裂或體細胞有絲分裂均有可能發(fā)生基因重組。基因重組的特點(diǎn)是雙DNA鏈間進(jìn)行物質(zhì)交換。真核生物，重組發(fā)生在減數分裂期同源染色體的非姊妹染色單體間，細菌可發(fā)生在轉化或轉導過(guò)程中，通常稱(chēng)這類(lèi)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(diǎn)發(fā)生。然而在原核生物中，有時(shí)基因重組依賴(lài)于小范圍的同源序列的聯(lián)會(huì )，重組只限于該小范圍內，只涉及特定位點(diǎn)的同源區，把這類(lèi)重組稱(chēng)作位點(diǎn)專(zhuān)一性重組(site-specificrecombination)，此外還有一種重組方式，完全不依賴(lài)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(shí)依賴(lài)于DNA復制完成重組，稱(chēng)此類(lèi)重組為異常重組(illegitimaterecombination)，也稱(chēng)復制性重組(replicativerecombination)。
噬菌體的基因重組
1946年第11屆冷泉港學(xué)術(shù)討論會(huì )上，在宣布一基因一酶學(xué)說(shuō)的勝利，及Ledernerg、Tatum細菌雜交實(shí)驗報告的同時(shí)，Hershey和Luria宣布發(fā)現了噬菌體的r，h突變，Delbrück和Hershey發(fā)表了他們各自發(fā)現的噬菌體重組，這四項重大的發(fā)現分別在1958年和1969年獲得了諾貝爾獎。后兩項的發(fā)現有力地推動(dòng)了噬菌體遺傳學(xué)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(jìn)行。然后計算重組噬菌體占總的子代噬菌體的比例來(lái)確定重組值。一般可以選用2－4個(gè)基因差異的噬菌體來(lái)混合感染細菌。首先把不同類(lèi)型的噬菌體混合起來(lái)和細菌一起涂布在固體培養基上，細菌的濃度要達到可以長(cháng)成菌苔（lawn）的水平，噬菌體的濃度要很稀。每個(gè)噬菌體感染一個(gè)細菌，經(jīng)過(guò)裂解周期，宿主細胞破裂后，釋放出的子噬菌體又去感染周?chē)募毦Y果在菌苔上形成一個(gè)圓形清亮的斑，稱(chēng)為噬菌斑（plaque），而一個(gè)噬菌斑來(lái)自最初涂布平板時(shí)的一個(gè)噬菌體。噬菌斑的形態(tài)必須選擇容易區別的，以表示噬菌體的相應表型。單個(gè)的噬菌體只能在電鏡下才可觀(guān)察其形態(tài)，突變引起其形態(tài)變化沒(méi)有電鏡是無(wú)法鑒別的，但突變影響到生活周期，會(huì )產(chǎn)生不同的噬菌斑，因此通過(guò)噬菌斑的觀(guān)察很容易觀(guān)察基因型的變化與重組。
Hershey等用T2噬菌體的兩個(gè)不同表型特征：噬菌斑的形態(tài)和宿主范圍來(lái)進(jìn)行雜交。一個(gè)噬菌體的基因型是h+r，另一個(gè)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(cháng)，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(cháng)，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(shí)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(jìn)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(gè)位點(diǎn)的重組值：
重組值=（h+r++hr）/總噬菌斑數×100%
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作者
