DNA重组

遗传改组

DNA重组（DNA recombination）实质上指的是遗传重组（genetic recombination），也称为遗传改组（genetic reshuffling），是指两个不同姐妹染色体间遗传物质的交换。DNA重组导致后代产生不同于任一亲本的新性状。真核生物减数分裂期间的DNA重组产生新的遗传信息，并可以从父母传给后代。

简介

真核生物减数分裂过程中的DNA重组涉及同源染色体的配对和随后的染色体之间的信息交换。信息交换可以通过复制完成，也可以通过DNA链的断裂和修复完成。在减数分裂和有丝分裂中，重组发生在相似的DNA分子（同源序列）之间。在减数分裂中，非姐妹同源染色体彼此配对，造成非姐妹同源物之间的DNA重组。在减数分裂细胞和有丝分裂细胞中，同源染色体之间的重组是DNA修复常用的机制。

基因转换 - 同源序列的复制过程，也属于DNA重组。

DNA重组和重组DNA的修复也发生在无性繁殖的细菌和古细菌中。

可以在实验室（体外）环境中人工诱导DNA重组，产生用于疫苗开发的重组DNA。

机制

遗传重组由许多不同的酶催化。重组酶是DNA重组过程中催化链转移步骤的关键酶。 RecA是在大肠杆菌中发现的主要重组酶，负责修复DNA双链断裂（DSBs）。在酵母和其它真核生物中，修复DSB需要两种重组酶。 RAD51蛋白是有丝分裂和减数分裂重组所必需的，而DNA修复蛋白DMC1对减数分裂重组具有特异性。在古细菌中，细菌RecA蛋白的直向同源物是RadA。

染色体交换

真核生物中染色体交换促进了减数分裂过程中的DNA重组。交换过程导致后代具有与其亲本不同的基因组合，并且偶尔可以产生新的嵌合等位基因。由DNA重组引起的基因改组增加了遗传变异。

染色体交叉涉及从父母遗传的配对染色体之间的重组，通常在减数分裂过程中发生。在前期I（粗线期）期间，四种染色单体彼此紧密聚集，两个配对染色单体上的同源位点可以彼此紧密配对，并可以交换遗传信息。因为重组可以在染色体的任何位置以小概率发生，所以两个位点之间的重组频率取决于它们之间的距离。因此，对于在同一染色体上足够远的基因，交换量足以破坏等位基因之间的相关性。

基因转换

在基因转换中，一条染色体上部分遗传物质被复制到另一条染色体，而提供这部分遗传物质的染色体序列并没有被改变。在减数分裂DNA重组发生位点，基因转换高频率发生。通常在真菌杂交中研究基因转化，其中可以方便地观察到单个减数分裂的4种产物。

非同源重组

非同源重组指的是发生在不含同源序列的DNA序列间的重组。这可能导致染色体易位，有时会导致癌症。

基因工程

基因工程中的DNA重组指的是人为地将来自不同的生物体的DNA片段进行重组，产生所谓的重组DNA。基因工程可用于添加、删除或以其它方式改变生物体的基因，主要用于生物医学研究，研究特定基因的功能。基因工程也广泛应用于转基因生物特别是转基因植物和转基因动物及转基因微生物新品种的培育。基于基因工程的技术也应用于蛋白质工程，以开发具有生物学意义的新蛋白质。

重组修复

有丝分裂和减数分裂期间由各种外源因子（例如紫外线，X射线，化学交联剂）引起的DNA损伤都可以通过同源重组修复机制（HRR）来修复。

人类和啮齿动物中减数分裂期间HRR所必需的基因产物的缺陷会导致不育。人类HRR所必需的基因产物（例如BRCA1和BRCA2）的缺陷同时会增加患癌症的风险。在细菌中，转化是外源基因导入的过程。转化涉及通过重组将供体DNA整合到受体染色体中，这个过程也是通过HRR修复完成的。

当两种或多种病毒（每种病毒都含有致命的基因组损伤）感染相同的宿主细胞时，病毒基因组通常可以相互配对并经历HRR以产生正常的后代。这一过程称为多重再活化。

减数分裂重组

在减数分裂早期出现的四种染色单体中的两种（前期I）彼此配对并且能够相互作用。重组由双链断裂引发。其它类型的DNA损伤也可能引发重组。例如，交联剂如丝裂霉素C引起链间交联可以通过HRR修复，引发重组。

重组产物有两种：染色体侧翼区域被交换的“交叉”（CO）型和染色体侧翼区域未被交换的“非交叉”（NCO）产物。CO型重组通过DHJ途径形成两个“Holliday junctions”，每个junction中两个参与的染色单体之间都存在单链交换。NCO重组体通过称为“合成依赖性链退火”（SDSA）的方法产生。 NCO / SDSA类型的重组事件似乎比CO / DHJ类型更常见。

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