基因组进化的分子基础.ppt

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　　标题： 12. 基因组进化的分子基础

　　副标题： 基因组学概论

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　　标题： 基因组如何复制及进化

　　正文： 将复制、突变和重组同基因组随时间缓慢进化联系在一起。 首先仔细探究基因组作为复制 (DNA复制只发生在细胞分裂中，第11章) 、突变和修复、重组 (第12章) 基础的分子过程; 再进一步探究在整个进化的时间长河里，这些过程通过哪些方式来影响基因组的结构和遗传内容 (第13章) 。

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　　标题： 基因组如何复制及进化

　　正文： 基因组的复制 (第11章) 基因组进化的分子机制 (第12章 ) 突变和DNA修复 重组 基因组如何进化 (第13章 或者称为基因组进化的模式)

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　　标题： 12. 基因组进化的分子基础

　　正文： 基因组的组成和结构在整个生命进化过程中是一个不断变化的动态过程，起因于逐代累积的小范围序列突变以及大范围染色体重排。 突变与重组是导致基因组不断变化的2个主要因素，他们在机制上彼此无关。 突变 (mutation) 是基因组小范围的核苷酸序列的改变，大多数是单个核苷酸替换的点突变，其它形式包括一个或几个核苷酸的插入或缺失。 重组 (recombination) 指基因组中发生重新组合的区段。

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　　(Gp:) GACAG TACGA CTGT C ATGCT

　　(Gp:) GACAT TACGA CTGTA ATGCT

　　(Gp:) DNA分子

　　(Gp:) 核苷酸序列的 小规模改变

　　(Gp:) 同源DNA分子—相似的核苷酸序列

　　(Gp:) 交叉

　　(Gp:) +

　　(Gp:) +

　　(Gp:) +

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　　正文： 突变和重组的发生都可对细胞产生重要的影响。一个关键基因的突变，如果造成了它所编码的蛋白的缺陷，可导致细胞死亡;某些重组的发生可导致细胞生化功能的改变，例如免疫球蛋白基因的构建和酵母接合方式的转换。而其他突变和重组事件则对于细胞表型没有明显影响或没有任何影响。 所有非致死性的突变和重组事件都有促进基因组进化的潜在作用，但前提是，当生物体繁殖时，这些突变必须得以遗传。 对于单细胞生物，如细菌或酵母，所有非致死的不可逆的基因组改变都被其子细胞继承并成为最初发生改变的细胞后代的永久特征。 在多细胞生物，只有那些发生于生殖细胞的改变才能关系到基因组进化。 体细胞基因组的改变在进化意义上并不重要，但如果产生了影响机体健康的有害表型，就具有了生物学意义。

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　　标题： 12. 基因组进化的分子基础

　　正文： 12.1 突变和DNA修复 1.突变的起因 2.突变的影响 3.DNA的修复 12.2 重组 1.同源重组 2.位点特异性重组 3.转座

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　　标题： 12.1 突变和DNA修复

　　正文： 突变 (mutation) 是基因组小范围的核苷酸序列的改变。 大多数突变是单个核苷酸替换的点突变 (point mutation)。点突变分为两类： 转换 (transition)：嘌呤到嘌呤 (A->G, G->A)，或嘧啶到嘧啶 (C->T, T->C) 的改变。 颠换 (transversion) ：嘧啶到嘌呤 (C,T->A,G)，或嘌呤到嘧啶(A,G->C,T) 的改变。 其他的突变则有一个或几个核苷酸的插入 (insertion) 或缺失 (deletion) 造成的。

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　　标题： 12.1 突变和DNA修复

　　正文： 对于突变，我们需要考虑的问题是： 他们如何发生?(1.突变的起因) 他们对基因组及基因组所在的生物体有何影响?(2.突变的影响) 突变如何被修复?(3.DNA的修复)

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　　标题： 12.1.1 突变的起因

　　正文： 突变以两种方式发生： 有些突变是复制中的自发错误，这些错误逃避了在复制叉上合成新的多聚核苷酸的DNA聚合酶的校正作用。这些突变称为错配 (mismatch)，因为按碱基配对原则，子代多聚核苷酸突变位置上插入的核苷酸与模板DNA对应位置上的核苷酸并不配对。 其它突变的产生是由于诱变剂与亲代DNA反应，造成了结构改变，影响了改变的核苷酸的碱基配对能力。 若这些突变在子代双螺旋中得以保存，则经第二轮DNA复制将产生一个携带该突变的永久性双链版本的子二代分子。

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　　亲代分子

　　子代分子

　　子二代分子

　　复制错误

　　突变分子

　　标题： 复制中的错误

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　　(Gp:) 亲代分子

　　(Gp:) 子代分子

　　(Gp:) 子二代分子

　　(Gp:) 突变分子

　　(Gp:) 突变分子

　　(Gp:) 改变的 核苷酸

　　(Gp:) 突变分子

　　标题： 诱变剂的可能效应

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　　标题： 复制错误是点突变的基本来源

　　正文： 若完全按照化学反应来考虑，碱基互补配对并非十分精确。假设没有任何酶参与，能够在体外拷贝一条DNA模板，则所得多聚核苷酸中每一百个位点将有5～10个发生点突变。这意味着5%～10%的错误率，这在基因复制中是根本不能接受的。 因此催化DNA复制的模板依赖性DNA聚合酶必须将反应的精确度提高几个数量级。这种改善以两种方式实现： (1)DNA聚合酶对核苷酸进行选择，这一过程可能发生在聚合酶反应的三个不同阶段，以识别出现的错误核苷酸。包括核苷酸开始结合DNA聚合酶时;转移至酶的活性部位时;以及被连接至所合成多聚核苷酸的3’端时。 (2)如果DNA聚合酶具备3’->5’外切酶活性，它就能够去除逃避了碱基选择过程而连至新生多聚核苷酸3’端的错误核苷酸，这样DNA合成的精确性将进一步得到提高。这称为校正 (proofreading)，但这一名明欠妥，因为该过程并非一个主动核对的机制。

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　　标题： 确保DNA复制精确性的机制 —— 实际上，多聚核苷酸合成的每一步都应看作酶的聚合功能与外切功能的竞争过程。

　　(Gp:) DNA聚合酶

　　(Gp:) 核苷酸选择

　　DNA聚合酶自动选择正确的核苷酸插入每个位点。

　　(Gp:) 5’->3’DNA合成，最后一个核苷酸正确配对。 聚合酶活性为主!

　　(Gp:) “校正”

　　(Gp:) 最后一个核苷酸错误配对，DNA聚合酶倒转它的方向。外切核酸酶活性为主!

　　如果聚合酶具有3‘->5’外切核酸酶活性，出现的错误可被“校正”所修正。

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　　正文： 所以，多聚核苷酸合成的每一步都应看作酶的聚合功能与外切功能的竞争过程，通常以聚合作用为主，因为它比外切作用活性更高，至少在3’末端核苷酸与模板碱基正确配对时是这样的。 但如果末端核苷酸不能配对，则聚合效率降低，聚合过程的停顿使外切酶活性占优势而去除错误的核苷酸。

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　　标题： 复制的延伸

　　正文： DNA聚合酶只能从 5’ -> 3’ 方向合成DNA，这使得复制变得非常复杂。

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　　标题： 复制的延伸

　　正文： 前导链 (leading strand)，可以连续复制; 后随链 (lagging strand)，只能以非连续的方式进行复制，即只能一小段一小段合成新链，再彼此连接。这种连续合成的片段称为冈崎片段 (Okazaki fragment)。 在每起始一次DNA复制时，拷贝的单链均要有一段互补核苷酸序列作为引物。DNA复制引物由RNA构成。

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　　标题： 复制的延伸

　　正文： 前导链 (leading strand) 后随链 (lagging strand) 两条链复制时候发生错误的概率是一样的吗?为什么?

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　　标题： DNA单链的非对称性进化

　　正文： 大肠杆菌能以1/107的错误率合成DNA。有趣的是，这些错误并不是平均分布于两个子代DNA分子，往往后随链的错误率是前导链的20倍。 DNA双链复制的非对称性是造成子链差错率非均一性的主要原因之一。 后随链的复制总比先导链慢一拍，后随链要求很长一段单链暴露，增加了后随链模板受到伤害的机会。 仅在后随链复制中起作用的DNA聚合酶I的碱基选择与校正活性的效率都低于主要复制酶DNA聚合酶III。

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　　标题： 复制错误还可造成插入或缺失突变

　　正文： 并非所有复制错误都是点突变，异常复制也可造成合成的多聚核苷酸中插入少量多余核苷酸 (insertion)或模板中部分核苷酸未被拷贝 (deletion)。 插入与缺失若出现在编码区，可导致编码特异性蛋白的基因的读码框发生移动，所以常称为移码 (frameshift) 突变。 不过，用移码来描述所有插入和缺失是欠准确的，因为它们可出现在任何位置，而不仅在基因中，而且并非所有编码区的插入和缺失都导致移码：三或三的整数倍核苷酸的插入或缺失仅是添加或去除一些密码子或者间隔开来原来相邻密码子而不影响阅读框。

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　　正文： 插入和缺失可影响基因组的任何部分，当模板DNA含有短重复序列时尤为普遍，像在微卫星DNA中就是这样。这是因为重复序列可诱发复制滑移 (replication slippage)，即模板链及其拷贝发生相对移动，使部分模板被重复复制或者被遗漏。其结果是新的多聚核苷酸拥有多一些或少一些重复单位。这就是为何微卫星序列如此多变的主要原因，复制滑移不时地在业已存在的等位基因群体中产生新的长度不同的变异体。

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　　(Gp:) 亲代分子

　　(Gp:) 子代分子

　　(Gp:) 子二代分子

　　(Gp:) 复制滑移的结果

　　(Gp:) 增加的重复单位

　　正文： 本图表示两个核苷酸插入DNA中的微卫星序列，这是复制滑移的例子。 一个5单位CA微卫星重复序列的复制。滑移出现在亲代复制过程中，在一个子代分子新合成聚核苷酸中添加了一个重复单位。子代分子复制时产生了一个子二代分子，微卫星序列较远亲本多出一个重复单位。

　　标题： 复制滑移(replication slippage)

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　　正文： 复制滑移与近年发现的人类三核苷酸重复序列扩增疾病 (trinucleotide repeat expansion disease) 有关。 这些神经退行性疾病是由于相对较短的三核苷酸重复序列延长为正常长度的两倍或多倍而造成的。例如，人类Hdh基因含有串联重复10～35次的5’-CAG-3’序列，编码蛋白产物中的多聚谷酰胺。在亨廷顿氏舞蹈症 (Hunitington’s) 中，这些重复序列扩增至36～121个拷贝，增加了多聚谷酰胺的长度，造成蛋白功能障碍。

　　亨廷顿氏舞蹈症：每天24小时不论是吃饭还是睡觉，四肢都会不停的做出各种不规则动作，每个关节犹如跳舞一般不时的抖动。

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　　标题： 变异也可以由物理和化学诱变剂造成

　　正文： 很多环境中自然存在的化学物质具有致突变性特性，近年来人类的工业活动产生了更多其他诱变剂。物理因素如辐射也有致突变性。大部分生物都或多或少地暴露在这些诱变剂中，结果其基因组受到损害。 “诱变剂” 的定义是一种导致突变的化学或物理因素。诱变剂以三种不同方式导致突变： 某些诱变剂作为碱基类似物，被错误地当作底物在新链DNA复制时掺入。 某些诱变剂可直接作用于DNA，引起结构改变导致模板链的错误复制。 某些诱变剂间接作用于DNA。它们自身不影响DNA结构，而是使细胞合成诸如过氧化物等可直接致突变的化学物质。

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　　正文： 较为重要的物理诱变剂为： 紫外线辐射：诱发相邻嘧啶碱基的二聚化，尤其当两个碱基都是胸腺嘧啶时，形成环丁二聚体。其他嘧啶组合也可形成二聚体，发生频率的次序为5’-CT-3’>5’-TC-3’>5’-CC-3’。嘌呤二聚体很少见。UV诱导的二聚化在该链被拷贝时常造成一次缺失突变。另外一类UV诱导的光产物是损伤，即相邻嘧啶的4位和6位碳原子发生共价交联。 离子辐射：点突变、插入和缺失突变均可能发生，亦有可能发生更严重的阻碍基因复制的DNA损伤。某些类型的电离辐射直接作用于DNA，而其他则通过在细胞内激发形成过氧化物类反应分子而间接起作用。 热诱变：通过热能使核苷酸中连接碱基与糖组分的β-N糖苷键发生水解断裂。这更常见于嘌呤而非嘧啶，造成一个AP(无嘌呤/无嘧啶)或无碱基位点。

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　　标题： 12.1 突变和DNA修复

　　正文： 对于突变，我们需要考虑的问题是： 他们如何发生?(1.突变的起因) 他们对基因组及基因组所在的生物体有何影响?(2.突变的影响) 突变如何被修复?(3.DNA的修复)

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　　标题： 12.1.2 突变的影响

　　正文： 考虑突变的影响时，我们必须区分突变对基因组功能的直接影响及其对生物体表型的间接影响。 直接影响相对容易评估，因为我们可以运用基因结构与表达的知识来推测突变对基因组功能的影响。 间接影响较为复杂，因为这涉及突变生物体的表型，很难将表型与单独基因的活性联系起来。

　　重点

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　　标题： 突变对基因组的影响

　　正文： 很多由突变引起的核苷酸序列改变对基因组功能没有影响，成为沉默突变 (silent mutation)。发生在基因组哪些地方的突变是沉默突变? 这些沉默突变实际包括所有那些出现在基因之间的DNA及基因非编码区的突变。换句话说，约97%的人类基因组可以突变而无显著影响。 基因编码区的突变要重要得多。首先，看一看改变三连密码子序列的点突变。一个这类突变可能有以下四种中一种效应：

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　　标题： 点突变对基因编码区的影响

　　同义突变

　　非同义突变

　　无义突变

　　连读突变

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　　正文： 同义突变：仍然指令同一个氨基酸，因而同义突变是沉默突变。同义突变避免了直接的选择压力，因而被大量保留。同义突变发生的位置在密码子的第3位碱基，是产生密码子偏好的主要原因。 非同义突变，也称错义突变：改变了密码子，从而编码一个不同的氨基酸。发生的位置是密码子的第1位和第2位碱基。如果错义突变发生在酶的活性位置，对蛋白质的功能有重大影响。 无义突变：也称终止突变，可使原来编码氨基酸的密码子翻译成终止密码，导致残缺的蛋白质。 连读突变：与无义突变刚好相反。导致合成的蛋白质多出一段多肽序列，会对蛋白质的折叠产生干扰，使活性降低。

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　　(Gp:) 三核苷酸缺失

　　(Gp:) 单核苷酸缺失

　　赖氨酸lys丢失

　　赖氨酸 Lys -> 天冬酰胺 Asn ……

　　标题： 缺失与插入突变对于基因的编码能力也有不同程度的影响

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　　标题： 基因组编码区以外(即非编码区)的突变呢?

　　正文： 突变出现在基因上游区域 因而这些突变有使启动子或调节序列失活的潜在作用，对基因表达产生可预测的影响 内含子或内含子-外显子交界区的突变 如果发生突变的核苷酸与各类内含子拼接时出现的RNA相关的相互作用时，这些突变对基因组有很大的影响。 可能正确的内含子-外显子交界将不再被识别，意味着内含子不能从mRNA前体中去除，或者导致错误拼接。 除了突变，还有哪些作用于基因上游区域的生物机制 会影响基因表达? 表观遗传 ……

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　　标题： 出现在基因上游区域的缺失突变的两个可能影响

　　调节序列

　　核心启动子

　　不可控制的转录

　　无法进行转录

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　　标题： 突变对多细胞生物的影响 (对生物体表型的间接影响)

　　正文： 现在我们转向突变对生物体的间接影响，先看一下像人类这样的多细胞二倍体真核生物。 体细胞不将其基因组拷贝传给下一代，所以体细胞的突变仅对于其所在机体是重要的：它没有潜在的进化意义。实际上即使造成细胞死亡，大部分体细胞突变也没有大的影响。例外情况是当突变造成了细胞某种有损机体的功能异常时，例如诱发肿瘤形成或其他致癌性活动。 生殖细胞 ……

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　　正文： 生殖细胞中的突变更为重要，因为它可以传至下一代成员，并存在于继承突变的个体的所有细胞中。突变效应分为2类。 功能丧失 (loss-of-function)：通常是一个减弱或消除蛋白活性的突变所造成的结果。 多数功能丧失突变是隐性性状，因为杂合子的一对同源染色体中，第二条染色体带有未突变的同一基因用于编码功能完全的蛋白，其存在弥补了突变的影响。 有一些例外，即功能丧失突变是显性的，例如单倍体失活，机体不能承受杂合子中约50%蛋白活性的下降。这可以解释人类的一些遗传病，如马凡氏综合症，它起因于称为纤维蛋白的结缔组织蛋白的基因突变。 功能增益 (获得) (gain-of-function) 这种突变赋予了蛋白异常活性。很多功能获得性突变发生在调节序列而不是编码区，因而可产生多种后果。

　　标题： 突变对多细胞生物的影响 (对生物体表型的间接影响)

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　　标题： 功能丢失突变通常是隐性的，因为另一条染色体拷贝上存在该基因有功能的形式。

　　其他占位符： 基因组学概论

　　其他占位符： 36

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　　标题： 12.1 突变和DNA修复

　　正文： 对于突变，我们需要考虑的问题是： 他们如何发生?(1.突变的起因) 他们对基因组及基因组所在的生物体有何影响?(2.突变的影响) 突变如何被修复?(3.DNA的修复)

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　　标题： 12.1.3 DNA修复

　　正文： 基因组每天都要经受数千次的损伤事件，伴随着DNA的复制而随时发生，可以预期细胞自身一定具备一套有效的修复系统。 如果没有这些修复系统，在关键基因因DNA损伤而失活之前，基因组维持细胞的基本功能不超过几个小时。与此类似，细胞系将高速积累复制错误，以至几次细胞分裂之后，基因组将失去功能。

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　　标题： 12.1.3 DNA修复 (1)

　　正文： 多数细胞具有四类不同的DNA修复系统： 直接修复系统 (direct repair system) 顾名思义，直接作用于受损核苷酸，将之恢复为原来的结构。 碱基切除修复 (base excision repair) 除去受损的核苷酸的碱基，在产生的AP位点周围切除一小段多聚核苷酸，并以DNA聚合酶重新合成。 核苷酸切除修复 (nucleotide excision repair) 与碱基切除修复类似，但之前并不去除受损碱基，可作用于更严重的DNA受损区。 错配修复 (mismatch repair) 修正复制错误时，也是通过切除含有异常核苷酸的DNA单链区段，在修复所造成的缺口。

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　　标题： DNA 修复系统

　　(Gp:) 直接修复

　　(Gp:) 受损核苷酸

　　(Gp:) 切除修复

　　(Gp:) 错配修复

　　(Gp:) 受损核苷酸

　　(Gp:) 错配

　　(Gp:) 切除片段

　　(Gp:) 切除片段

　　(Gp:) 重新合成DNA

　　(Gp:) 重新合成DNA

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　　标题： 12.1.3 DNA修复(2)——在基因组复制时绕过DNA损伤

　　正文： 如果基因组的一个区域存在广泛的损伤，修复过程将会无能为力。细胞要面对一个严酷的选择，即死亡?还是试图复制损伤区域?，即使这种试图复制损伤区域可能倾向于错误并导致突变的子代分子。 在面对如此选择是，大肠杠菌无一例外的选择第二条路，即诱导一个或多个应急途径，绕过主要损伤位点。 SOS应答是复制受损基因组的一种应急措施，是一种 无模板指导的DNA复制。细菌必须完成DNA复制以便在不利的条件下生存。 SOS应答在原核生物和真核生物中都有发生。

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　　标题： 大肠杆菌中的SOS应答——依赖SOS的DNA损伤复制机制

　　(Gp:) DNA 聚合酶III

　　(Gp:) 高度损伤的模板DNA

　　(Gp:) SOS应答开始

　　(Gp:) DNA 聚合酶V

　　(Gp:) 错误倾向的DNA合成

　　(Gp:) 复制错误

　　正文： RecA蛋白质是整个SOS应答的一个激活蛋白。

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　　标题： DNA修复缺陷造成的人类疾病

　　正文： 从人类由于某个修复途径的缺陷而导致的遗传疾病的数目和严重性可以看出DNA修复的重要性。 如着色性干皮病，是由于参与核苷酸切除修复的几个蛋白质基因中任意一个的突变引起的。症状包括对紫外线超敏感，暴露于阳光下的患者的突变比常人更多，常常导致皮肤癌。

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　　标题： 12.1 突变和DNA修复总结

　　正文： 突变是指DNA分子中核苷酸序列的变化，包括点突变，插入或缺失。 DNA聚合酶具有核苷酸选择性和校正性，保证很高的精确度，然而DNA复制中还是产生了突变。 突变对基因组的影响。 突变可能导致功能丢失，少量的导致功能获得。 常见的DNA修复系统? 还存在一些DNA复制时绕过大片段DNA损伤的机制，这些机制很多是作为基因组受到严重损伤的应急系统。

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　　标题： 12. 基因组进化的分子基础

　　正文： 12.1 突变和DNA修复 1.突变的起因 2.突变的影响 3.DNA的修复 12.2 重组 1.同源重组 2.位点特异性重组 3.转座

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　　标题： 12.2 重组

　　正文： 重组在基因组进化中的作用：重组可以引起基因组的重要改变和长片段的重构。如果没有重组，基因组可以保持一个相对稳定的结构。那么一段长时间内，逐渐积累的突变将造成基因组核苷酸序列小规模的改变，但作为重组职责的更广泛的重构就不会发生，这样基因组的进化潜能将严重受限。 重组最初被认为是一个与真核细胞减数分裂时同源染色体DNA片段的交叉与互换有关的过程，后来认为重组在接合、转导或转化后外源DNA与细菌基因组的整合中起作用。这些过程的生物学重要性激发了对重组中的分子事件的研究并导致了Holliday模型的提出。

　　重点

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　　标题： 12.2 重组 类型

　　正文： 同源重组 (homologous recombination) 发生在具有高度序列同源性的DNA片段之间。这些片段可能处于不同的染色体上，或者也可以是同一个染色体的不同部分。同源重组负责减数分裂中的互换。 位点特异性重组 (site-specific recombination) 发生在只含有很短的序列相似性的DNA分子之间，这种相似性甚至可能只是几个碱基。位点特异性重组主要负责如λ噬菌体基因组插入到细菌染色体。 转座 (transposition) 导致DNA片段从基因组的一个位置转移到另外一个位置。

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　　标题： 12.2.1 同源重组 (homologous recombination)

　　正文： 发生在具有高度序列同源性的DNA片段之间。这些片段可能处于不同的染色体上，或者也可以是同一个染色体的不同部分。 同源性愈大，重组愈频繁。 同源重组负责减数分裂中的互换。

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　　其他占位符： 基因组学概论

　　其他占位符： 49

　　(Gp:) 间期

　　(Gp:) 前期I

　　(Gp:) 中期I

　　(Gp:) 后期I

　　(Gp:) 前期II

　　(Gp:) 中期II

　　(Gp:) 后期II

　　(Gp:) 末期I

　　(Gp:) 配子

　　(Gp:) 发生交换

　　(Gp:) 同源染色体联会

　　标题： 减数分裂只发生在生殖细胞中。减数分裂时姐妹染色单体之间发生区段交换。

　　同源染色体配对是发生姐妹染色体交换与重组的先决条件。

　　同源染色体配对，然后分离

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　　其他占位符： 基因组学概论

　　其他占位符： 50

　　识别同源染色体，并将他们在减数分裂一期分配到两个子细胞中。 在配对的时候 DNA 必须被切断。DNA 断了怎么办，修!而怎么修最好呢?这就是交换与重组的意义了。 为了保证染色体的精确分离，减数第一次分裂后每对同源染色体之间会产生至少一次交换

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　　标题： 同源重组的模型

　　正文： 20世纪60~70年代，Robin Holliday、Matthew Meselson在对同源重组的研究上取得了大量的突破，使我们得到了一系列用于解释DNA分子断裂和再连接 如何导致染色体片段交换的模型。 同源重组的 Holliday模型，用以描述具有相同或相近序列的两条同源双链分子间的重组。

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　　(Gp:) 两条同源DNA分子

　　(Gp:) 分叉点移动

　　(Gp:) 弯曲

　　(Gp:) 水平分割

　　(Gp:) 垂直分割

　　(Gp:) 链的相互交换

　　(Gp:) 链的相互交换

　　(Gp:) 链的相互交换

　　标题： Holliday模型

　　(C) 两条同源分子之间交换多聚核苷酸片段而形成异源双链。

　　小片段多聚核苷酸在两分子间的转移

　　一个分子的末端与另一个分子的末端进行互换

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　　标题： 同源重组和DNA修复

　　正文： 其实同源重组的首要功能是复制后修复，而它在交换中的作用对大多数细胞而言只能排在第二位。

　　重点

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　　正文： 当遇到DNA片段严重损伤时，模板链不能进行复制，DNA聚合酶只能简单地跳过这个地方并在靠近它的非损伤区域重新开始复制。如此就会导致一条子代分子存在缺口。 修复这种缺口的方式之一就是通过进行重组将另外一条子代双螺旋中来自亲代的多聚核苷酸的相同片段转移过来。 而第二条双螺旋中的缺口由DNA聚合酶利用双螺旋中未损伤的子代多聚核苷酸作为模板进行重新填补。

　　标题： 大肠杆菌中RecF通路进行单链缺口修复

　　(Gp:) 单链缺口

　　(Gp:) DNA转移

　　(Gp:) 重新合成供体DNA片段

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　　正文： 当遇到DNA片段严重损伤时，模板链不能进行复制，DNA聚合酶只能简单地跳过这个地方并在靠近它的非损伤区域重新开始复制。如此就会导致一条子代分子存在缺口。 修复这种缺口的方式之一就是通过进行重组将另外一条子代双螺旋中来自亲代的多聚核苷酸的相同片段转移过来。 而第二条双螺旋中的缺口由DNA聚合酶利用双螺旋中未损伤的子代多聚核苷酸作为模板进行重新填补。

　　标题： 大肠杆菌中RecF通路进行单链缺口修复

　　(Gp:) 单链缺口

　　(Gp:) DNA转移

　　(Gp:) 重新合成供体DNA片段

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　　标题： 12.2 重组

　　正文： 同源重组 (homologous recombination) 发生在具有高度序列同源性的DNA片段之间。这些片段可能处于不同的染色体上，或者也可以是同一个染色体的不同部分。同源重组负责减数分裂中的互换。 位点特异性重组 (site-specific recombination) 发生在只含有很短的序列相似性的DNA分子之间，这种相似性甚至可能只是几个碱基。位点特异性重组主要负责如λ噬菌体基因组插入到细菌染色体。 转座 (transposition) 导致DNA片段从基因组的一个位置转移到另外一个位置。

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　　标题： 12.2.2 位点特异性重组 (site-specific recombination)

　　正文： 发生在只含有很短的序列相似性的DNA分子之间，这种相似性甚至可能只是几个碱基。 位点特异性重组主要负责如λ噬菌体基因组插入到细菌染色体。 遗传工程

　　短同源区域

　　位点特异性重组

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　　标题： 12.2 重组

　　正文： 同源重组 (homologous recombination) 发生在具有高度序列同源性的DNA片段之间。这些片段可能处于不同的染色体上，或者也可以是同一个染色体的不同部分。同源重组负责减数分裂中的互换。 位点特异性重组 (site-specific recombination) 发生在只含有很短的序列相似性的DNA分子之间，这种相似性甚至可能只是几个碱基。位点特异性重组主要负责如λ噬菌体基因组插入到细菌染色体。 转座 (transposition) 导致DNA片段从基因组的一个位置转移到另外一个位置。

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　　标题： 12.2.3 转座 (transposition)

　　正文： 转座是基因组进化的一种重要方式。 转座不是一种重组类型，而是一个利用重组的过程，其结果是将DNA片段或其拷贝从基因组的一个位置转移到另一个位置。 转座的一个特征是转移片段两端具有一对短正向重复序列 (见下图)，这是转座过程中形成的。

　　(Gp:) 转座子

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　　标题： 12.2.3 转座 (transposition)

　　逆转录转座子，其所有转座通过RNA介导。 从人类角度看，最重要的逆转录元件是逆转录病毒，包括引起艾滋病 (AIDS) 的人类免疫缺陷病毒及各种其他致病病毒。病毒RNA分子->DNA->RNA (新的病毒产生)，合成由病毒基因组编码的外壳蛋白，然后再进行包装。 具有类似内源逆转录病毒的序列，分布于非脊椎动物基因组中。

　　正文： 根据转座机制，可将转座元件分为两大类。 (书154页，355页) DNA转座子 复制型转座的DNA转座子 保守型转座的DNA转座子

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　　标题： 细胞如何将转座的有害影响降低到最小?

　　正文： 转座对基因组可能产生一些有害的影响。 转座元件可能插入到基因的编码区域，破坏基因活性。 逆转座子可能包含启动子和增强子序列，这些序列会改变邻近基因的表达模式。 转座常常引起双链断裂，对基因组的完整性具有严重破坏作用。 阻止DNA转座子和逆转录元件 转座的一种方法是将它们的DNA序列甲基化。甲基化是沉默基因组序列的常用方式。 许多转座元件的序列确实是高甲基化的，人类基因组中90%的甲基化胞嘧啶位于散在重复序列中。

　　重点

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　　标题： 12.2 重组

　　正文： 同源重组 (homologous recombination) 非同源重组 位点特异性重组 (site-specific recombination) 转座 (transposition) 生物进化树显示：在低等的大肠杆菌和啤酒酵母中基本上没有非同源重组;某些高等真菌和原虫中，同源重组和非同源重组大体各占一半;到了线虫和果蝇等无脊椎动物中，同源重组在所有重组事件中比例已经很小，而在哺乳动物中这一比例是最小的。?

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　　标题： 基因组如何复制及进化

　　正文： 基因组的复制 (第11章) 基因组进化的分子机制 (第12章 ) 突变和DNA修复 重组 基因组如何进化 (第13章 或者称为基因组进化的模式)

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　　基因组学概论

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　　标题： 作业 (12. 基因组进化的分子基础)

　　正文： 名字解释 突变 填空题 插入和缺失可影响基因组的任何部分，当模板DNA含有短重复序列时尤为普遍，像在微卫星DNA中就是这样。这是因为重复序列可诱发______。 生殖细胞中的突变对生物体非常重要，因为这些突变可以传到下一代。生殖细胞中的突变效应分为______和______。

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　　正文： 单选题 大肠杆菌细胞如何在SOS应答中复制受损DNA? A. DNA的损伤区域从基因组中去除。 B. 在损伤修复前所有的DNA合成停止。 C. 在损伤位点核苷酸随机插入。 D. mRNA 通过重组插入到DNA的受损区域。 细胞如何将转座的潜在有害影响降到最低? A. 免疫球蛋白质结合转座子编码的蛋白质。 B. 转座子序列浓缩成紧密包装的染色质。 C. 转座子序列发生甲基化。 D. 转座子蛋白质被泛素的蛋白酶体降解。

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　　正文： 多选题 以下哪些是基因编码区域的点突变对密码子序列所带来的影响? A. 同义突变 B. 非同义突变 C. 无义突变 D. 连读突变 基因组每天都要经受数千次的损伤事件，伴随着DNA的复制而随时发生，可以预期细胞自身一定具备一套有效的修复系统。以下属于DNA修复系统的是? A. 错配修复 B. 碱基切除修复 C. 核苷酸切除修复 D. 直接修复系统

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　　正文： 判断题 突变与重组是导致基因组不断变化的两个主要因素，他们在机制上很相似。 () 同源重组的首要功能是复制后修复，而它在交换中的作用对大多数细胞而言只能排在第二位。() 简答题 突变对基因组有什么影响?可以从基因编码区和非编码区两个区域分别进行讨论。 重组在基因组进化中的作用是什么?

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　　下节课内容：13. 基因组如何进化