眼可见的菌落。某些化学物质需经代谢活化才有致变作用，在测试系统中加入哺乳动物微粒体酶，可弥补体外试验缺乏代谢活化系统之不足。

鉴于化学物质的致突变作用与致癌作用之间密切相关，故此法现广泛应用于致癌物的筛选。 第35章 DNA的重组

⒈DNA重组有何生物学意义？是否可以说没有DNA重组就没有生物进化？ 答：DNA分子内或分子间发生遗传信息的重新组合，称为遗传重组。

DNA重组能迅速增加群体的遗传多样性，使有利突变与不利突变分开，通过优化组合积累有意义的信息。DNA重组参与许多重要的生物化学过程，为DNA损伤或自制障碍提供修复机制。某些基因的表达受DNA重组的调节。基因发育过程也受到基因加工的控制。另外，DNA重组对生物进化起着关键性作用。 可以说没有DNA重组就没有生物进化。

⒉是分析DNA复制 、修复和重组三者之间的关系。

答：DNA复制是DNA修复和重组的基础，修复保证了DNA复制的准确性，重组是修复的方式之一。

⒊DNA重组可分为哪几种类型？它们的主要特点是什么？

答：DNA重组有3种类型，分别是同源重组、特异位点重组和转座重组。

同源重组发生是依赖大范围的DNA同源序列的联会。重组过程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。其特点是：需要重组的蛋白质参与；蛋白质因子对DNA碱基序列的特异性要求不高；真核生物染色质的状态影响重组的频率。

特异位点重组的特点：重组依赖于小范围同源序列的联会，发生精确的断裂、连接，DNA分子并不对等交换。

转座重组的特点：完全不依赖于序列间的同源性而使一段DNA序列插入另一段中，但在形成重组分子时往往是依赖于DNA复制而完成重组过程。

⒋什么是同源重组？它有何功能？

答：同源重组又叫一般性重组，它是由两条同源区的DNA分子，通过配对、链的断裂和再连接，而产生片段交换的过程。

同源重组的功能是在减数分裂中使四联体某些位置的非姊妹染色单体之间可以发生交换。

⒌简要说明Holliday模型。

答：一对同源染色体有4个染色单体，每一染色单体是一条DNA双链，所以一对同源染色体有4条DNA双链。在晚偶线期和早粗线期染色体配对时，同源非姊妹染色单体的DNA分子配合在一起；核酸内切酶识别DNA分子上的相应断裂点（breakage point），在断裂点的地方把磷酸二酯键切断，使两个非姊妹DNA分子各有一条链断裂；两断链从断裂点脱开，螺旋局部放松，单链交换准备重接；在连接酶的作用下，断裂以交替方式跟另一断裂点相互联结，形成一个交联桥（cross-bridge），这结构又称Holliday中间体（Holliday intermediate）；这交联桥不是静态的，可以靠拉链式活动沿着配对DNA分子向左右移动，其中互补碱基间形成的氢键从一条亲本链改为另一条亲本链，于是移动后在两个亲本DNA分子间留下较大片段的异源双链DNA，这种结构又称为Holliday结构；随后这交联桥的两臂环绕另外两臂旋转成为十字形，并在交联部分断开，消除交联体，恢复为两个线性DNA分子，即形成Holliday结构的异构体；断开方向或沿东西轴进行，或沿南北方向进行；如沿东西方向切断，即上连、

下连，则产生的两个异源双链的两侧基因为AB和ab，仍保持亲代类型，如沿南北方向切割，即左连、右连，则两侧基因为Ab和aB，产生两个重组类型，但不论是那种情况，即Holliday结构断裂是否导致旁侧遗传标记的重组，它们都含有一个异源双链DNA区，有关的两核苷酸区段分别来自不同的亲本，从而由原来的G-C、A-T配对变为G-A、C-T非配对。

⒍细菌基因转移有哪几种方式？它们有何生物学意义？

答：细菌的基因转移方式有转化、转导、溶原性转换、接合和原生质体融合等五种方式。 细菌可通过细胞间基因转移，并通过基因重组以适应随时改变的环境。

⒎参与同源重组主要的酶和辅助因子有哪些?简要说明其作用机制。

答：参与同源重组主要的酶和辅助因子有：Rec A蛋白、Rec BCD酶、Ruv A 蛋白、Ruv B 蛋白、Ruv C 蛋白、DNA 聚合酶和DNA连接酶。

Rec A蛋白，能促使两个同源DNA分子的碱基配对，形成杂种分子。Rec A蛋白首先与单链DNA结合（约每分子可结合５个核苷酸），形成一条DNA－蛋白质细丝（需消耗ATP）。于是Rec A蛋白即被活化而可将双螺旋解旋和分离，同时企图将它结合的单链与被解旋区域退火，如此继续下去，直到找到互补顺序。只要一旦有一小部份被真正“退火”，ATP供应的能量就会继续驱使配对反应趋于完成，其方向是５’→３’（单链部分）。当新的杂交双链形成时，Rec A蛋白即从原来的单链掉下来。

Rec BCD酶首先结合在又螺旋的游离端上，然后利用ATP供给的能量沿着双螺旋向前推进。在其行经之处，一路上解旋并又复旋。但由于解旋的速度快于复旋速度，所以解旋的双链区就越来越长。

Ruv A 蛋白识别 Holliday联结体的交叉点，Ruv A 蛋白四聚体结合其上形成四方平面的构象，使得分支点易于移动，Ruv A蛋白还帮助Ruv B 蛋白六聚体环结合在双链DNA上。Ruv B是一种解旋酶，可推动分支移动。同源重组最后由Ruv C可将Holliday联结体切开，并由DNA 聚合酶和DNA连接酶进行修复合成。

⒏何谓特异位点重组？其作用特点是什么？

答：位点专一性重组 这类重组在原核生物中最为典型。它发生在特殊的序列对之间，这种重组依赖于小范围同源序列的联会。在重组对之间的短的同源序列是供重组蛋白识别用的，它对同源性的要求不象同源性重组那么重要，蛋白质和DNA、蛋白质和蛋白质之间的作用更为关键。重组时发生精确的切割、连接反应，DNA不失去，不合成。两个DNA分子并不交换对等的部分，有时是一个DNA分子整合到另一个DNA分子中，因此又将这种形式的重组称为整合式重组(integrative recombination)。例如l噬菌体DNA通过其att位点和大肠杆菌DNA的attB位点之间专一性重组而实现整合过程。在重组部分有一段15 bp的同源序列，这一同源序列是重组的必要条件，但不是充分条件，还须位点专一性的蛋白质因子参与催化。这些蛋白质因子不能催化其他任何两条不论是同源的还是非同源序列间的重组，这就保证了l噬菌体DNA整合方式的专一性和高度保守性。这一重组不需要RecA蛋白质的参与。

⒐说明λ噬菌体DNA的整合和切除过程。

答：这是一种特异位点重组，其基本过程如下：attB由称为BOB’的序列组成，而attP由POP'组成。O是核心序列，是attB和attP所共同的。而其两侧的序列是B，B’和P，P’，被称为臂。噬菌体DNA是环状的，重组时被整合入细菌染色体中，成为线性序列。前病毒的两侧是两个新的杂种att位点，左侧称为attL，由BOP’组成，而右侧为attR，由POB’组成。可见，整合和切出并不涉及相同的一对序列：整合需要识别attP和attB，而切出要

求识别attL和attR。因此，重组位点的识别就决定了位点专一性重组的方向??整合或切出。虽然位点专一重组是可逆的，但反应的方向取决于不同环境条件，这对决定噬菌体的生命力周期是非常性重要的。整合的。整合酶和IHF对整合和切出都是是必需的，而切出酶在控制反应方向上起重要作用??它对切出是必须的，但能抑制整合。在切除的环化过程中如果发生错误，前噬菌体可能失去某些基因而代之以其相邻的细菌基因。因为整合位点处于细菌染色体的gal和bio基因之间，切除过程中噬菌体DNA偶尔会带走gal基因，生成λgal（或称λdb）。λgal或λbio转导（感染）新的宿主时常常把gal或bio基因带到新的宿主中去，所以把λgal或λbio这些带有某些宿主基因的噬菌体称为转导噬菌体（transducing phage）。

⒑何谓鞭毛相转变？它如何控制鞭毛基因的表达？

答：鼠伤寒沙门杆菌由鞭毛蛋白决定的H抗原有两种,分别为H1鞭毛蛋白和H2鞭毛蛋 白。在单菌落的沙门氏菌中经常出现少数呈另一H抗原的细菌,这种现象称为鞭毛相转变。 沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变 hix为反向重复序列,它们之间的H片段可在Hin控制下进行特异位点重组(倒位)。H片段上有两个启动子P,其一驱动hin基因表达,另一正向时驱动H2和rH1基因表达,反向(倒位)时H2和rH1不表达。

⒒试总结免疫球蛋白基因重组的规则。

答：免疫球蛋白由两条轻链（L链）和两条重链(H链)组成，它们分别由三个独立的基因族编码，其中两个编码轻链(λ链和κ链)，一个编码重链。重链基因的V-D-J重排和轻链基因的V-J重排均发生在特异位点上。免疫球蛋白基因重组的规则如下：

a） λ链的重组：每个C片段前有J跟随；只在V和J-C之间发生一次重组(V和J的重组)。 b） κ链的重组：一条κ轻链也由两部分组装而成，但在C基因的组织过程中有所不同。一组5个J片段包含500-700个碱基对并被Cκ外显子上的一个2-3kb的内显子所隔离。在鼠中，中心J片段是无功能的（ΨJ3）。一个Vκ片段可以被连接到任何一条J片段上去。 无论用的是哪个J片段，都可以成为原始可变外显子的终端部分。整合J片段左边的每个J片段都会缺失掉。而右边的J片段都会被作为可变和不可变外显子之间的内显子的一部分。 c) 重链基因V、D和J片段的重组: 重链的可变区由V和J基因及第三个D基因片段 编码；V-D-J连接由两个阶段组成，第一个阶段是D片段和一个JH片段重组，然后是一个VH片段再和DJH片段重组。这个重构导致了邻近的CH片段（包含几个外显子）的表达。重组只发生在间隔为12 bp与间隔23 bp的不同信号序列之间，称为12-23规则。

⒓免疫球蛋白基因重组过程中产生的P核苷酸和N核苷酸是如何来的？它们产生的意义和需要付出的代价是什么？

答：免疫球蛋白基因在重组过程中，RAG1/RAG2复合物切开七核苷酸与基因接头处的一 条链，形成3，－OH、5，－P未端。游离的3，－OH攻击 另一条链的酯键，在基因片段末端形成发夹结构。然后复合物进一步将发夹结构切开，单链切开的位置往往不是原来通过转酯反应连接的位置，多出的核苷酸与末端序列相同，但方向相反，称为P核苷酸。末端可以被外切酶切除一些核苷酸，也可以由脱氧核苷酸转移酶外加一此核苷酸，称为N核苷酸。 在接头处随机插入或删除核苷酸可以增加抗体基因的多样性，但如果插入或删除核苷酸数不是3的倍数，就将改变阅读框架而使基因失活。

⒔何谓转座重组？它有何生物学意义？

答：由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座重组。转座重组的生物学意义有： 可引起基因突变——插入或切离；改变染色质的结构（缺失、倒位等）；可以插入新基（ampR、

terR等）；在靶序列上引入新的转座子序列，原来序列保持不变；在靶序列上造成同向重复序列；产生新的变异，有利于进化。

⒕细菌的转座因子有几种？它们的结构有何特点？

答：微生物的某些DNA片段作为一个独立单位可在染色体上移动，此种移动甚至可发生在不同种细胞之间。这种可移动的DNA片段称之为转座因子。细菌的转座因子有两种类型：插入序列(insert sequence，IS)和转座子(transposon，Tn)。

插入序列不含任何宿主基因，是最简单的转座子，它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。所有插入序列的两端都有反向重复。

转座子除编码转座功能有关的基因外还携带抗性或其它标记基因。按结构可分为组合因子和复合因子。

⒖何谓Shspiro中间体？何谓共整合体？它们之间有何关系？

答：转座酶识别转座子的末端反向重复序列并且在其3，端切开，同时在靶部位交错切开单链，它的5,端突出末端与转座子的3，端连接，形成Shspiro中间体。

在复制转座过程中，由转座酶分别切割转座子的供体和受体DNA分子，转座子的末端与受体DNA分子连接，并将转座子复制一份拷贝，由此生成的中间体即共整合体(cointegrat，)。 共整合体可以理解为是一种特殊的Shspiro中间体。

⒗为什么真核生物转座因子可分为自主因子和非自主因子？它们转座的生物效应是否相同？

答：真核生物由于有核存在，其转录和翻译在时空是的隔开的。因此，真核生物细胞内只要存在转座酶，任何序列片段只要存在该酶识别的反向重复末端均可发生转移，而无需由转移序列自身编码这些酶。因此真核生物转座因子可分为自主因子和非自主因子。 它们转座的生物效应是不同的。自主因子能自主发生转座，而非自主因子能抑制邻近基因的表达，它本身不能转座，但在自主因子存在时，可发生转座。

⒘比较玉米的Ac-Ds系统和Smp-dSmp系统的特点。

答：在Ds-Ac系统中，大部分自主因子AC的长度由含5个外显子的单个基因组成，其产物是转座酶，它的末端有11bp的IR和8bp的DR，DR是由靶位点重复而成。

各种Ds因子的长度和序列都不相同，但和Ac相关。其末端同样有11bp的IR。Ds比Ac短，其缺失的长度不同。Ac/Ds发生的转座是通过非复制机制，并且伴随着它们从供体位置的消失。

Spm和En自主因子实际上是相同的。它们仅在不到10个位置上有差异。就像其它的转座子一样，末端含有13bp的IR，此重复序列对于转座是必须的，末端缺失就会形成转座的缺陷型。与Spm相关的转座子在其它的植物中也有发现，它们的结构相似，属于同一个家族。它们末端IR都邻接着靶DNA重复而产生的3bp的DR。末端的IR称为转座的CACTA群。 这个家族所有的非自主因子（dSpm是缺陷的Spm）都和Spm因子本身的结构密切相关。它们是tnpA缺失了外显子。

Spm的插入能控制位点基因的表达，受体位点可能受到正的的或负的调控。一个Spm-可抑制基因座（Spm- suppressible locus）受到抑制而不能表达。一个spm- 依赖性座位（spm- dependent locus）只有在spm的帮组下才表达。当被插入的因子是一个dSpm时，对转移功能的抑制或依赖由一个自主性Spm来提供。这两个相反作用的基础是什么呢？

一个dSpm-可抑制等位基因中其外显子内插入了一个dSpm，人们对这个结构会立即产生疑