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DNA分子的断裂和重新连接导致遗传信息的重新组合，称为重组（recombination）。重组的产物称为重组DNA（recombinantDNA）。由于重组，一个DNA分子的遗传信息可以和另一个DNA分子的遗传信息结合在一起，也可以改变一条DNA分子上遗传信息的排列方式。DNA重组广泛存在于各类生物中，说明重组对物种生存具有重要意义。通过重组可加快物种变异的过程。此外，DNA重组还参与许多重要的生物学过程，比如重组在DNA损伤修复中发挥重要作用。一、重组DNA重组包括:同源重组（homologousrecombination）位点特异性重组（site-specificrecombination）1、同源重组（homologousrecombination）同源重组（homologousrecombination）发生在两个同源DNA分子之间。真核细胞减数分裂过程中，同源染色体彼此配对，同源染色体DNA片段发生交叉与互换。两条同源DNA分子彼此并排对齐，相互配对DNA中两个方向相同的单链在DNA内切酶的作用下,在相同位置上同时切开。在切口处发生链的交换，形成所谓的连接分子（jointmolecule），也称Holliday结构（Hollidaystructure）。分支点可以发生移动，称为分支迁移（branchmigration），分支迁移的结果是在两个DNA分子中形成异源双链区（heteroduplex）。1.1、Holliday模型重组体重组体1.2、Meselson-Radding模型Holliday模型要求在两个并排对齐的同源DNA分子的对应位点形成单链切口，从而产生游离的单链末端。然而，在Meselson-Radding遗传重组模型中，仅在一个双螺旋上产生单链切口，形成的游离端在同源位点侵入未打开的双螺旋并取代其中一条链，形成一个D－环（D-loop）（P529)。1.3、同源重组的双链断裂模型（P530)根据该模型，重组时两个彼此配对的DNA分子的中的一个发生双链断裂，而另一个保持完整。双链断裂后，在核酸外切酶的作用下，切口被扩大，并且形成2个3’单链末端。其中一个单链末端侵入未打开的双螺旋的同源区，并取代其中的一条链，形成D环。后形成两个Holliday结构。Holliday中间体是否真的存在？从细菌和动物细胞中可以分离出正在发生重组的质粒和病毒DNA。从它们的电镜照片上，我们可以发现与Holliday中间体的交叉结构和围绕着交叉点旋转形成的Holliday异构体。1.2、同源重组的分子机制通过遗传分析，在大肠杆菌中已经发现了3种重组途径，即RecBCD、RecE、RecF途径（P532)。这3种途径所共有：（1）产生一个具有3’－OH末端的单链DNA片段；（2）单链DNA侵入其同源双链DNA分子；（3）形成Holliday中间体，并发生分支迁移；（4）内切核酸酶对中间体进行切割，连接后产生重组体；（5）三种重组途径均需要RecA蛋白。1.2.1、大肠杆菌的同源重组机制RecBCD通路RecBCD与dsDNA的末端结合，然后以大约每秒1000bp的速度解开DNA双链，同时降解解旋产生的ssDNA。RecBCD对两条单链的降解速度是不一致的，它优先降解3’末端链。一个正在被RecBCD加工的DNA的末端会形成一个5’端拖尾。Chi位点RecBCD的酶活性受重组热点Chi的调节。Chi位点大肠杆菌基因组中的一种不对称的8bp核苷酸序列，5′-GCTGGTGG-3′，Chi位点能够改变RecBCD的酶活性，它是大肠杆菌重组过程的必需组分，是重组的热点。一旦RecBCD识别出Chi序列，RecBCD核酸酶活性便发生变化，其3’→5’外切酶活性受到抑制，5’→3’外切酶活性被激活，由原来优先降解3’末端链，改变为只降解5’末端链。但是它的解旋酶活性未受到影响。RecBCD酶活性变化的结果是产生3’末端带有Chi位点的ssDNA。单链的侵入（strandinvasion）由RecA蛋白介导。RecA是一种单链DNA结合蛋白，参与大肠杆菌中所有的同源重组事件。它催化一个双链DNA分子的3′末端单链区侵入另一个双链DNA分子，形成异源双链区，同时置换出同源单链，形成Holliday结构。RecA介导的链交换可以分为三个阶段：RecA聚集在ssDNA上形成丝状结构的联会前阶段；RecA－ssDNA丝装结构寻找同源双链DNA分子并与之配对的联会阶段，在这一阶段可能形成三螺旋（triplex）结构；发生链的交换，形成连接分子的阶段，入侵的单链置换出双链中的同源单链，产生一个长的异源双链区。分支迁移和Holliday中间体的拆分分支迁移由结合在Holliday分支点上的RuvA和RuvB蛋白催化。RuvA以四聚体的形式识别并结合到Holliday分支点上。RuvB蛋白为催化分支迁移的解旋酶，但RuvB自身不能有效地与DNA结合，它需要与RuvA一起起作用。RuvC蛋白催化断裂反应，切开极性相同的两条单链，拆分Holliday中间体。1.2.2、真核细胞的同源重组在真核细胞中已经发现了两种与细菌RecA蛋白同源的蛋白质：RAD51和DMC1。这两种蛋白质在减数分裂重组中发挥重要作用。RAD51在进行有丝分裂和减数分裂的细胞中广泛表达，而DMC1则仅在细胞进入减数分裂时被表达。依赖DMC1的重组倾向于发生在非姊妹染色单体之间。真核生物中Holliday结构的解离机制？1.2.3、DNA修复和同源重组（P533）同源重组的首要功能是复制后修复同源重组修复DNA损伤的机理二、位点特异性重组位点特异性重组是发生在DNA上特定序列之间的重组，该过程能由两个只具有很短相同序列的DNA分子引发，由能识别特异DNA序列的蛋白质介导，不需要RecA蛋白和单链DNA。1、λ噬菌体（P534）λ噬菌体侵入大肠杆菌后，面临着裂解生长和溶原生长的选择。要进入溶原状态，游离的λ噬菌体DNA要插入到宿主的染色体DNA中去，这个过程称为整合（integration）。由溶原生长进入裂解生长，λDNA又必须从宿主染色体上切除下来，这个过程称为外切（excision）。这里，整合和外切均需要通过细菌DNA和λDNA特定位点之间的重组来实现。att位点（attachmentsite）核心序列（O）旁侧序列2、位点特异性重组在基因工程中的应用Cre-LoxP重组酶系统三、转座在生物的基因组中存在一类特殊的DNA序列，它们能够作为独立的单位从基因组的一个位置移动到另一个位置，这种能够改变自身位置的DNA序列被称为转座子（transposons）。转坐不是一种重组类型，而是利用重组过程。转座子的类型：a.复制型DNA转座子b.保守型DNA转座子c.逆转录元件1、复制型和保守型DNA转座（P538)复制型和保守型DNA转座的区别复制型和保守型DNA转座的模型2、逆转录元件的转座已研究过的所有真核生物，从酵母到人类，都含有逆转录元件转座子（retrotransposons）。反转录转座子是一类通过DNA-RNA-DNA方式进行转座的可移动因子，即转座子转录产生相应的RNA，再经逆转录生成新的转座子DNA并整合到基因组中。反转录转座子被划分为二个主要类群：含LTRs的转座子和不含LTRs的转座子。(1)含LTRs的转座子，又称为病毒型反转录转座子。这类转座子在结构上与反转录病毒的基因组相似，都具有250～600bp长末端重复（longterminalrepeats,LTRs）。LTRs反转录转座子与反转录病毒的基本区别是LTR反转录转座子缺少反转录病毒的包膜蛋白基因，因此LTR反转录转座子不能形成有感染能力的胞外病毒粒子，而只能形成局限于宿主细胞内病毒样颗粒。(2)第二类反转录转座子的成员不含LTRs，也称为非病毒型反转录转座子。Ty因子Ty是酵母转座子（transponsonyeast）的缩写。酵母基因组中随机分布着331个拷贝的Ty因子，约占酵母基因组的3.1％，分别属于5个不同的转座子家族，分别是Ty1，Ty2，Ty3，Ty4和Ty5。这5个转座子家族在结构和转座机制上均类似于反转录病毒。2.1、LTRs反转录转座子(P538)长散布元件（longinterspersedelements,LINES）和短散布元件（shortinterspersedelements,SINES）是哺乳动物基因组中最丰富的中度重复DNA。在人类基因组中，LINES的全长为6～7Kb，SINES的长度约为300bp。它们属于非病毒型反转录转座子。2.2、非病毒型反转录转座子哺乳动物基因组中最丰富的LINES是L1家族。L1元件缺少LTR，其末端具有一串长度不等的AT碱基对。完整的L1元件长6.5Kb，5’、3’端为非编码区（untranslatedregion，UTR），中间含两个阅读框，ORF1和ORF2。ORF1相当于gag基因，编码一种DNA结合蛋白，ORF2编码逆转录酶。2.2.1、长散布元件2.2.2、短散布元件短散布元件的结构特点是：具有一个内部RNA聚合酶III启动子，具有一长度不同富含A/T的3’末端，以及两侧由靶DNA倍增形成的短正向重复序列。短散布元件的结构使它们能够以RNA为中介在基因组中扩增。