什么是位点特异性重组及其涉及的策略？

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简介

DNA分子内部和分子之间遗传信息的重排包含各种过程，统称为遗传重组。遗传事件可分为三类-

• 同源遗传重组 - 它涉及两个DNA分子之间遗传信息的交换。

• 位点特异性重组 - 遗传信息的交换仅发生在特定的DNA序列上。

• DNA转座 - 它与其他两类不同，因为它通常涉及一段具有独特能力的短DNA分子片段，可以从染色体上的一个位置移动到另一个位置。

在本节中，我们将主要关注位点特异性重组，其定义、策略或类别以及一些示例。

位点特异性重组的定义

在这种类型的重组中，DNA序列的移动发生在基因组的非同源位点，即仅在特定DNA序列上发生的遗传信息交换。DNA的移动可以发生在同一染色体的两个不同位置，也可以发生在两个不同的染色体之间。

这会导致倒置序列的切割形成或DNA序列的整合。这项任务由一组特定的酶执行，称为位点特异性重组酶。它们通过切割、交换和连接DNA双链来提供帮助。但是，为了使这种酶发挥作用，它需要一个短的（20到200bp长）唯一的DNA序列。

这种类型的重组实际上发生在所有细胞中，并在不同物种中发挥不同的专门作用。整个过程的时机和结果的调节是在一个或多个辅助蛋白的帮助下完成的。

位点特异性重组的不同策略或类别

根据活性位点中是否存在酪氨酸或丝氨酸，位点特异性重组系统分为两类。

酪氨酸类

• 一个单独的重组酶首先识别并结合到两个不同DNA分子或同一DNA上的两个重组位点中的每一个。

• 每个位点中的一个DNA链在位点内的特定点被切割，并且酶重组酶通过一种称为磷酸酪氨酸键的特殊类型的键与切割位点的DNA共价连接。

• 瞬态蛋白-DNA连接保持在切割DNA时丢失的磷酸二酯键上，因此ATP等高能辅助因子在后续步骤中变得微不足道。

• 然后将切割的DNA链连接到新的伙伴，从而形成霍利迪中间体，并以牺牲蛋白质DNA连接为代价产生新的磷酸二酯键。

• 为了完成反应，必须在两个重组位点中的每一个的第二个点重复该过程。

丝氨酸类

• 在使用活性位点丝氨酸残基的系统中，每个重组位点的两条链同时被切割并重新连接到新的模式，而不会形成任何霍利迪中间体。

• 在这两种类型的系统中，交换始终是互惠的和精确的，在反应完成后再生重组位点。

重组酶系统的作用机制

• 位点特异性重组酶能够识别部分非回文或不对称的重组位点序列，并且两个重组位点在重组酶反应期间以相同的取向排列。

• 结果仅仅取决于重组位点的方向位置。如果两个位点位于同一DNA分子上，则反应要么反转要么删除中间的DNA，这取决于重组位点分别具有相同或相反的方向。

• 如果一个或两个DNA是环状的，则结果是插入，或者如果位点位于不同的DNA上，则重组是分子间的。

• 一些重组酶系统对这些反应类型之一具有高度特异性，并且仅作用于具有特定方向的位点。

位点特异性重组的例子

• 体外研究的第一个位点特异性重组是由噬菌体λ编码的。

• 当λ噬菌体DNA进入大肠杆菌细胞时，会发生一系列复杂的调控事件，这些事件可能导致两种结果之一。

• λ DNA复制并产生更多噬菌体-或者它整合到宿主染色体中，并在许多代中与染色体一起被动复制。

• 噬菌体编码的λ整合酶通过作用于噬菌体和细菌DNA上的重组位点来帮助整合过程。

位点特异性重组的意义

• 位点特异性重组可导致DNA整合、序列倒置或导致缺失，这可以通过改变DNA序列在进化中发挥重要作用。

• 在原核生物中，由位点特异性重组系统介导的基因交换被发现对生长和适应机制（如基因表达控制）起主要作用。

• 在细菌中，它对于维持染色体的稳定性以确保每个子细胞都接收一个染色体拷贝至关重要。

结论

位点特异性重组是一种遗传重组类型，它涉及特定DNA序列的移动，要么在同一染色体的两个不同位置，要么在两个不同染色体之间。

整个重组过程是在称为位点特异性重组酶的酶系统的帮助下进行的，该酶系统进一步分为两个家族，即酪氨酸和丝氨酸重组酶。在噬菌体λ中已经进行了广泛的研究并阐明了这一点，但关于DNA重组过程与代谢之间相关性的研究仍在继续。