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1、第八章 微生物遗传,第一节 遗传的物质基础 第二节 微生物的基因组结构 第三节 质粒和转座因子 第四节 基因突变及修复 第五节 细菌基因转移和重组 第六节 菌种保藏,第一节 遗传的物质基础,一、DNA作为遗传物质二、RNA作为遗传物质三、朊病毒的发现与思考,一、DNA作为遗传物质,1、Griffith肺炎双球菌转化实验野生型肺炎双球菌(Strep-tococcus pneumoniae)菌落为光滑型S，一种突变型为粗糙型R，两者根本差异在于荚膜形成；荚膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性；不同抗原型是遗传的、稳定的，一般情况下不发生互变。,S型,R型,Griffith转化研究(1928),实验步
2、骤,1、将R型的活细菌注射到小鼠体内，小鼠不死亡,说明,S型的活细菌对小鼠有毒，而R型的活细菌无毒。,2、将S型的活细菌注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡,4、将R型的活细菌与加热杀死的S型细菌混合，注射到 小鼠体内，小鼠患败血症死亡，并检测出有S型细菌,3、将加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠不死亡,说明:加热杀死的S型细菌对小鼠无毒害作用,说明:小鼠体内R型活细菌在加热杀死的S型细菌的作用下可以转化为?,S型活细菌,该实验表明:在加热杀死的S型细菌中，必然存在某种活性物质转化因子，促使小鼠体内R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌。,2、DNA作为遗传物质的第一个实验证据Avery 等的转化
3、实验(1944),1、从S型活细菌分离得到DNA、蛋白质和多糖等物质。,2、将上述分离得到的DNA与R型活细菌混合后注射入小鼠体内，结果小鼠患败血症死亡并检测出有有毒性的S型活细菌存在。,3、将上述分离得到的蛋白质与R型活细菌混合后注射入小鼠体内，结果小鼠不死亡且无有毒性的S型活细菌存在,4、将上述分离得到的多糖与R型活细菌混合后注射入小鼠体内，结果小鼠不死亡且无有毒性的S型活细菌存在,该实验证明：在S型细菌中，DNA是促使小鼠体内R型活细菌转化为有毒性S型活细菌的物质，即：DNA是遗传物质而蛋白质不是遗传物质。,验证实验,将上述分离得到的DNA先与DNA酶混合一段时间后再与R型活细菌混合后注
4、射入小鼠体内，结果小鼠不死亡且无有毒性的S型活细菌存在。,3、T2噬菌体的感染实验,噬菌体侵染细菌实验,（同位素示踪法）,设计：35S标记蛋白质,32P标记DNA,分别侵染细菌,现象：噬菌体的蛋白质没进入细菌体内；噬菌体的DNA进入细菌体内。,结论：噬菌体在细菌内的增殖是在噬菌体DNA作用下完成的，DNA是遗传物质。,烟草花叶病毒,病毒RNA+另一病毒,病毒蛋白质+另一病毒,正常的烟草叶,感染病毒的烟草叶,二、RNA作为遗传物质,DNA是遗传物质,某些只含RNA病毒的遗传物质是RNA,绝大多数生物的遗传物质是DNA,RNA也是遗传物质,小 结,三、朊病毒的发现与思考,亚病毒的一种：具有传染性的
5、蛋白质致病因子，迄今为止尚为发现该蛋白内含有核酸。其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrP c改变折叠状态为PrP sc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。,Prion的结构模型,PrPc,PrPSc,第二节 微生物的基因组结构,一、概念二、微生物与人类基因组计划三、微生物基因组结构的特点,一、概念,基因组（genome）：一个物种的单倍体的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称。原核生物（如细菌），多为单倍体（在一般情况下只有一条染色体）真核微生物，多条染色体，例如啤酒酵母有16条染色体。有时为双倍体,二、微生物与人类基因组计划,人类基因组计划（Human Genome Project
6、）1985年提出；1990年正式开始实施；2001年2月，测序工作完成；后基因组时代（Postgenome Era）,三、微生物基因组结构的特点,1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；5）基因组的重复序列少而短；个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的rRNA和tRNA中也发现有内含子或间插序列,一个典型的原核细胞基因结构示意图,大肠杆菌的基因组,
7、紧密缠绕的环状双链DNA分子遗传信息的连续性功能相关的结构基因组成操纵子结构结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝基因组的重复序列少而短,大肠杆菌环状染色体基因图谱,大肠杆菌rRNA基因位置示意图 rrnArrnG表示7个rRNA基因位置,2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组,典型的真核染色体结构，DNA与组蛋白构成染色体啤酒酵母基因组大小为13.5106bp，分布在16条染色体中。没有明显的操纵子结构；有间隔区（即非编码区）和内含子序列；重复序列多；,3、原核生物和真核生物的基因组比较,真核生物与原核生物基因上的差别,A.真核细胞DNA上基因区域占少数，原核生物的DNA全都是基因区域；,假基因
8、无意义的占用细胞空间,为什么没有进化去除呢?,不影响生存。,B.真核生物基因还有内含子与外显子之分,外显子内含子,只有外显子信息最终指导蛋白质合成；原核生物没有这种区别；,C.真核生物基因重复出现真 核 生 物 的 DNA 上含 有 很 多 完 全 相 同 或 几 乎 相 同 的 rRNA 及 tRNA 基 因。有 许 多 蛋 白 质 的 基 因 亦 重 复。,生物意义何在？可以同时制造许多个产物，满足急需,第三节 质粒,一、质粒的分子结构二、质粒的主要类型,质粒（plasmid）：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。质粒所含的基因对宿主细胞一般是非
9、必需的；在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。,通常以共价闭合环状(covalently closed circle，CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；有线型双链DNA质粒和RNA质粒；质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb；细菌质粒多在10kb以内,一、质粒的分子结构,二、质粒的类型,严谨型质粒(stringent plasmid)：复制行为与核染色体的复制同步，低拷贝数。松弛型质粒(relaxed plasmid)：复制行为与核染色体的复制不同步，高拷贝数,窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid)：只能在一
10、种特定的宿主细胞中复制。广宿主范围质粒(broad host range plasmid)：可以在许多种细菌中复制。,根据质粒编码的功能和赋予宿主的表型效应分为：F质粒（致育因子）R质粒（抗药因子）Col质粒（大肠杆菌素因子）Ti质粒Ri质粒巨大质粒降解质粒致病性质粒共生固氮质粒隐蔽质粒,1、F质粒（致育因子）Tra区：编码转移相关蛋白；合成性纤毛,2、R质粒（抗药因子）RTF基因（抗性转移因子）抗性决定子（抗抗生素、抗药、抗重金属）,3、Col质粒（大肠杆菌素因子）,产大肠杆菌素细菌素：由细菌质粒编码产生的只能抑制或杀灭近缘细菌或同种不同菌株的蛋白质。Col质粒类型非接合型：松弛型接合型：严
11、紧型,4、Ti质粒：合成冠瘿碱、大型质粒5、Ri质粒：产生根毛、大型质粒6、巨大质粒：1000kb7、降解质粒：降解、接合,8、致病性质粒：肠毒素、内毒素（E.Coli）溶血素、肠毒素（S.aureus）9、共生固氮质粒：结瘤基因（nod）固氮基因（nif）10、隐蔽质粒：未有明确表型,工程质粒-pBR322主要特点：1）分子量小2）稳定、松弛型复制3）可大量扩增4）容易分离5）可携带小于10kb外源DNA6）带有2个选择标记；7）多个单一酶切位点 8）容易转化,利用选择标记鉴别携带外源片段的转化子(双抗菌素对照筛选）,第四节 基因突变及修复,一、基因突变的特点二、几种常见的微生物突变类型三、
12、诱变剂与致癌物质Ames试验四、基因突变的修复,突变是指遗传物质突然发生了稳定的可遗传的变化。突变包括染色体畸变和基因突变两大类。染色体畸变是指染色体较大范围结构的变化，如缺失、重复、倒位、易位等。染色体上基因本身的变化又称基因突变(gene mutation)。具有某种突变型的细胞或个体称为突变体(mutant)。,野生型菌株：从自然界分离获得的菌株。基本培养基：满足野生型菌株生长最低营养要求的合成培养基。,细胞学上看不到遗传物质的变化,细胞学上可以看到染色体的变化,一、基因突变的特点,适用于整个生物界，以细菌的抗药性为例：随机性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。独立性：各种突变
13、独立发生，不会互相影响。可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突变，从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变。,稳定性：变异性状稳定可遗传。稀有性：突变率低且稳定。不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。可诱发性：诱变剂可提高突变率。,一、基因突变的特点（续）,1、依表型的改变分为:形态突变型：指细胞形态结构发生变化或引起菌落形态改变的那些突变类型。生化突变型：没有形态效应的突变型。常见的是营养缺陷型（因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力，必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变类型），基因：his+，his-；表型
14、：His+，His-。致死突变型：由于基因突变而造成个体死亡或生活力下降的突变型。造成个体生活力下降的突变型称为半致死突变型。,二、基因突变的类型,条件致死突变型：突变后在某种条件下可正常生长繁殖，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型。抗性突变型：因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性。基因：strr、strs；tetr、tets；表型：Strr，Strs发酵突变型：丧失产生某种生物合成酶能力的突变型。抗原突变型：因突变而引起的抗原结构发生改变。产量突变型：通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显有别于原始菌株的突变株。,2、依突变所引起的遗传信息的改变分为：错义突变：突变造成一个不
15、同氨基酸的置换。同义突变：碱基突变后编码的氨基酸与野生型的氨基酸相同。无义突变：当碱基突变后形成终止密码子，使蛋白质合成提前终止。无义突变分为琥珀突变、赭石突变和乳白突变。琥珀突变是指碱基突变后形成的终止密码子为UAG；赭石突变是指碱基突变后形成的终止密码子为UAA；乳白突变是指碱基突变后形成的终止密码子为UGA。,3、依遗传物质的结构改变分为：碱基置换突变：由一个错误的碱基对替代一个正确的碱基对的突变。一个嘌呤被另一个嘌呤所取代，或者一个嘧啶被另一个嘧啶所取代的置换转换（transition）；一个嘌呤被另一个嘧啶所取代或一个嘧啶被另一个嘌呤所替代的置换颠换（transversion）。可产
16、生4种不同的转换和8种不同的颠换。自然界的突变，转换多于颠换。碱基置换会导致蛋白一级结构氨基酸组成的改变而影响蛋白质酶生物的功能。,移码突变：指DNA链上插入或丢失1个、2个甚至多个碱基（但不是三联体密码子及其倍数），在读码时，由于原来的密码子移位，导致在插入或丢失碱基部位以后的编码都发生了相应改变。移码突变造成的肽链延长或缩短，取决于移码终止密码子推后或提前出现。移码突变诱发的原因是一些像吖啶类染料分子能插入DNA分子，使DNA复制时发生差错，导致移码突变。,整码突变：如果在DNA链的密码子之间插入或丢失一个或几个密码子，则合成的肽链将增加或减少一个或几个氨基酸，但插入或丢失部位的前后氨基酸
17、顺序不变整码突变（codon mutation）或密码子插入或丢失（codon insertion or deletion）。染色体错误配对不等交换：减数分裂期间，同源染色体间的同源部分发生联会和交换，如果联会时配对不精确，会发生不等交换，造成一部分基因缺失和部分基因重复DNA片段插入和缺失。,4、按突变的条件和原因分为：自发突变：指某种微生物在自然条件下，没有人工参与而发生的基因突变。过去，人们认为自发突变是由于自然界中存在的辐射因素和环境诱变剂所引起的。深入研究表明，绝大多数的自发突变起源于细胞内部的一些生命活动过程，如遗传重组的差错和DNA复制的差错，这些差错的产生与酶的活动相关联。诱发
18、突变：利用物理的或化学的因素处理微生物群体，促使少数个体细胞的DNA分子结构发生改变，基因内部碱基配对发生错误，引起微生物的遗传性状发生突变。凡能显著提高突变率的因素都称诱发因素或诱变剂。,5、按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分：选择性突变株（selective mutant）：具有选择标记（如营养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度、pH值等，就比较容易检出和分离到。非选择性突变株（non-selective mutant）：无选择标记（如产量突变型、抗原突变型、形态突变型），能鉴别这种突变体的惟一方法是检查大量菌落并找出差异。,三、Ame
19、s试验,Ames试验：利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用。生物化学统一性”法则：人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比超过95%的致癌物质对微生物有诱变作用90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用,Ames test：对化学诱变剂做检测,原理：his-在基本培养基上不长；而发生回复突变则长。菌种：鼠伤寒沙门氏菌 his-,美国加利福尼亚大学的Bruce Ames教授于1966年发明，因此称为Ames试验。具体操作：检测鼠伤寒
20、沙门氏菌(Salmonella typhmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率。回复突变：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变。,用Ames法检测诱变剂,证明Ames试验重要性的应用实例：国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停”，由于其药效显著，在60-70年代十分流行但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用“反应停”，后来采用Ames试验发现这种物质的确具有很强的致突变作用，因此这种药物被禁止使用但如果能在这种药物上市之前就进行Ames试验检测，那么这种大量出生畸形儿的悲剧完全可以避免。,四、
21、基因突变的修复,光修复错配修复切除修复重组修复SOS修复,DNA修复(DNA repairing)是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能；有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这种DNA的损伤而能继续生存。未能完全修复而存留下来的损伤会在适合的条件下显示出来(如细胞的癌变等)，细胞不具备修复功能，则无法对付经常发生的DNA损伤，就不能生存。研究DNA修复也是探索生命的一个重要方面，而且与军事医学、肿瘤学等密切相关。对不同的DNA损伤，细胞可以有不同的修复反应。,一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱变剂均可引起DNA损伤，破坏
22、其结构与功能。然而在一定条件下，生物机体能使这种损伤得到修复。紫外线可使DNA分子中同一条链上两个相邻的胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体（TT），两个T以共价键形成环丁烷结构。CT、CC间也可形成少量二聚体，使复制、转录受阻。细胞内具有一系列起修复作用的酶系统，可以除去DNA上的损伤，恢复DNA的双螺旋结构。目前已知有多种酶修复系统：光复活、错配修复、切除修复、重组修复、SOS反应诱导的修复。,(一)光修复（光复活作用）,光复活作用：经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死亡率的现象。这一现象最早是A.Kelner（1949）在灰色链霉菌中发现的。后来，在许多微生物中都得到了证实。
23、最明显的是在E.coli的实验中：对照：8106个/ml E.coli U.V.100个/ml E.coli试验：8106个/ml E.coli U.V.360490nm 2106个/ml E.coli,可见光，30分,嘧啶,嘧啶二聚体,UV,光复活作用,嘧啶二聚体,嘧啶,光解酶,紫外线对DNA的损伤,经紫外线照射后形成的带有TT二聚体的DNA分子，在黑暗下会被一种光激活酶（photoreactivating enzyme）即光裂合酶（photolyase）结合，当形成的复合物暴露在可见光（300500nm，最有效400nm）下时，此酶会因获得光能而发生解离，从而使二聚体重新分解成单体。与此同
24、时，光激活酶也从复合物中释放出来，以便重新执行功能。每一E.coli细胞中约含有25个光激活酶分子。一般微生物都存在光复活作用，所以进行紫外诱变育种时，只能在红光下照射及处理照射后的菌液。高等哺乳动物没有此酶。,光复活作用是高度专一的直接修复方式。只作用于紫外线引起的DNA嘧啶二聚体。光复活酶在生物界分布很广，从低等单细胞生物一直到鸟类都有，而高等的哺乳类却没有。这种修复方式在植物中特别重要。高等动物更重要的是暗修复，即切除含嘧啶二聚体的核酸链，然后再修复合成。,另一种直接修复的例子是O6甲基鸟嘌呤的修复。在烷化剂作用下碱基可被烷基化，并改变了碱基配对的性质。甲基化的鸟嘌呤在O6甲基鸟嘌呤DN
25、A甲基转移酶作用下，可将甲基转移到酶自身的半胱氨酸残基上。甲基转移酶因此而失活，但却成为其自身基因和另一些修复酶基因转录的活化物，促进它们的表达。,（二）错配修复,错配修复机制是在对大肠杆菌的研究中被阐明的。DNA复制过程中发生错配，新合成链被校正，基因编码信息可得到恢复；模板链被校正，突变被固定。细胞错配修复系统能够区分“旧”链和“新”链。Dam甲基化酶可使DNA的GATC序列中腺嘌呤N6位甲基化。复制后DNA在短期内(数分钟)为半甲基化的GATC序列，一旦发现错配碱基，即将未甲基化的链切除，并以甲基化的链为模板进行修复合成。,原核生物利用甲基化区分old strand 和new stran
26、d，因此原核细胞中的错配修复也称甲基化指导的错配修复（methyl-directed mismatch repair）。原核细胞DNA的甲基化位点位于5GATC序列中腺嘌呤碱基的6位N原子上，催化甲基化的酶为Dam甲基化酶（Dam methylase）。刚合成的DNA新链上的GATC序列还没有来得及甲基化，而作为模板的old strand早已被甲基化了，利用这种差别区分old strand 和 new strand。,一旦发现错配碱基，即将未甲基化的链切除，并以甲基化的链为模板进行修复合成。,大肠杆菌参与错配修复的蛋白质至少有12种。有的区分两条链，有的进行修复。其中几个特有的蛋白由mut基因
27、编码，如Mut S、Mut L、Mut H。,MutS二聚体识别并结合到DNA的错配碱基部位MutL二聚体与MutS结合为MutSLMutSL可沿DNA双链向两方向移动，DNA由此形成突环水解ATP提供的能量驱使复合物移动，直至遇到GATC序列为止MutH核酸内切酶结合到MutSL上，并在未甲基化链GATC位点的5端切开。切开处位于错配碱基的3侧，由核酸外切酶I或核酸外切酶X沿35方向切除核酸链；切开处位于5侧，由核酸外切酶或Rec J沿53方向切除核酸链解螺旋酶和SSB帮助链的解开新的DNA链由DNA聚合酶和DNA连接酶合成并连接。,真核生物的DNA错配修复机制与原核生物大致相同。人类的hM
28、SH2(human Muts homolog2)和hMLHl(human MutL homologl)基因编码的蛋白质能够识别错配碱基和GATC序列，与大肠杆菌对应的MutS和MutL一样，其余过程也都有对应的成分来完成。,错配修复是一个非常耗能的过程。为了校正一个错配碱基，不仅需要找出错配碱基本身，还要从远在1kb以外找出GATC序列，找出未甲基化的“新链”，加以切除可能长达1000个核苷酸以上的核酸链，然后再合成新链。错配的碱基距离GATC序列越远，被切除的核苷酸就越多，重新合成新链所需要消耗的dNTPs就越多。无论消耗多少dNTPs，目的是修复一个错配的碱基，这说明生物体为了维护遗传物质
29、的稳定性可以不惜一切代价。,活细胞内一种用于修复被紫外线等诱变剂（包括烷化剂、X射线和射线等）损伤后的DNA的机制。这种修复作用与光无关暗修复。在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，并以完整的那一条链为模板，合成出切去部分，DNA恢复正常结构。比较普遍的一种修复机制，它对多种损伤均能起修复作用。包括两个过程：一是由细胞内特异的酶找到DNA的损伤部位，切除含有损伤结构的核酸链；二是修复合成并连接。,（三）切除修复,DNA损伤的切除修复,有四种酶参与完成修复作用：内切核酸酶：切开外切核酸酶：扩大 DNA聚合酶：复制 连接酶：连接,1、结构缺陷的修复核酸内切酶识别DNA损伤部位，在其附近
30、将其切开，核酸外切酶切除损伤的DNA，DNA聚合酶修复，DNA连接酶连接。,2、无嘌呤无嘧啶碱基缺陷或错配脱碱基（N-糖苷酶）甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤第7位氮原子烷基化，活化-糖苷键脱嘌呤；酸也能使DNA脱嘌呤。DNA复制时，DNA聚合酶对dTTP和dUTP分辨力不高，有少量dUTP掺入DNA链。细胞中的尿嘧啶-N-糖苷酶可以切掉尿嘧啶。腺嘌呤脱氨形成次黄嘌呤时也可以被次黄嘌呤-N-糖苷酶切掉次黄嘌呤。对于无嘌呤无嘧啶的损伤有两种修复方法：AP核酸内切酶切开，核酸外切酶切除，DNA聚合酶修复，DNA连接酶连接；插入酶插入正确碱基。,一旦AP位点形成后，即有AP核酸内切酶在AP位点附近将DNA链切
31、开。不同AP核酸内切酶的作用方式不同，或在5侧切开，或在3侧切开。核酸外切酶将包括AP位点在内的DNA链切除。DNA聚合酶兼有外切酶活性，并使DNA链3端延伸以填补空缺，DNA连接酶将链连上。在AP位点必须切除若干核苷酸后才能进行修复合成，细胞内没有酶能在AP位置直接将碱基插入，因为DNA合成的前体物质是核苷酸而不是碱基。通常只有单个碱基缺陷才以碱基切除修复(base-excision repair)方式进行修复。,细胞切除修复系统和癌症的发生也有一定的关系。着色性干皮病(xeroderma pigmentosa)患者对日光或紫外线特别敏感，往往容易出现皮肤癌。分析表明，患者皮肤细胞中缺乏核苷
32、酸切除修复有关的酶，因此对紫外线引起的DNA损伤不能修复。这说明切除修复系统的障碍可能是癌症发生的一个原因。,切除修复发生在DNA复制之前，而DNA发动复制时尚未修复的损伤部位，可以先复制，再重组修复。在重组修复过程中，DNA链的损伤并未除去。重组修复至少需要4种酶组分。重组基因recA编码一种分子量为40000的蛋白质，它具有交换DNA链的活力。RecA蛋白被认为在DNA重组和重组修复中均起关键作用。recB、recC基因编码核酸外切酶V的两个亚基。此外，修复合成还需要DNA聚合酶和连接酶。,（四）重组修复（recombination repair）,重组修复的主要步骤：复制含有TT或其他结
33、构损伤的DNA仍然可以正常的进行复制，但当复制到损伤部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的位置出现切口，新合成的子链比未损伤的DNA链要短。重组完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。再合成重组后母链中的缺口通过DNA多聚酶的作用合成核酸片段，然后由连接酶将新片段与旧链连接，至此重组修复完成。,重组修复,细胞在不切除二聚体的情况下，以带有二聚体的这条链为模板合成互补单链，但在每个二聚体附近留有一空隙。通过染色体交换，空隙部位就不再面对着胸腺嘧啶二聚体，而是面对着正常的单链，在这种条件下，DNA聚合酶和连接酶起作用将空隙部位进行修复。重组修复中的DNA损伤并没有去除，但随着
34、微生物的传代繁殖，损伤的比例逐渐降低。,重组修复不能完全去除损伤，损伤DNA片段仍留在亲代DNA链上，只是重组修复后合成的DNA分子是不带有损伤的，经多次复制后，损伤就被“冲淡”了，在子代细胞中只有一个细胞是带有损伤DNA的。重组修复又称旁路修复（bypass repair），通过细胞间期DNA合成期来修复损伤。,（五）诱导修复和应急反应（SOS反应）诱导修复是细胞DNA受到严重损伤或DNA复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的一系列诱导性修复。SOS反应诱导的修复系统包括避免差错的修复（无差错修复）和倾向差错的修复。,避免差错的修复：SOS反应能诱导光复活切除修复和重组修复中某些关
35、键酶和蛋白质的产生，从而加强光复活切除修复和重组修复的能力，这属于避免差错的修复。倾向差错的修复：SOS反应能诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能在DNA损伤部位进行复制而避免了死亡，可是却带来了高的突变率，这属于倾向差错的修复。,SOS反应由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起。RecA蛋白不仅在同源重组中起重要作用，而且也是SOS反应的最初发动因子。在有单链DNA和ATP存在时，RecA蛋白被激活而表现出蛋白水解酶的活力，分解噬菌体的阻遏蛋白和LexA蛋白。LexA蛋白(22Kd)是许多基因的阻遏物，当它被RecA的蛋白水解酶分解后就可以使一系列基因得到表达。,参与SOS反应的相关
36、基因：recA和lexA基因本身紫外线损伤的修复基因uvrA、uvrB、uvrC（分别编码核酸内切酶的亚基）单链结合蛋白基因ssb与噬菌体DNA整合有关的基因himA与诱变作用有关的基因umuDC与细胞分裂有关的基因sulA、ruv、和lon一些功能不清楚的基因dinA、B、D、F等。,SOS反应广泛存在于原核生物和真核生物，是生物在极为不利的环境中求得生存的一种基本功能。癌变有可能也是通过SOS反应造成的，因为能引起SOS反应的作用剂通常都具有致癌作用，如X-射线，紫外线，烷化剂，黄曲霉素等，而某些不能致癌的诱变剂并不引起SOS反应，如5-溴尿嘧啶。目前，有关致癌物的一些简便检测方法就是根据SOS反应原理而设计的，既测定细菌的SOS反应。,大肠杆菌的SOS反应可使处于溶原状态的噬菌体被激活裂解宿主细胞产生噬菌斑。通常引起细菌SOS反应的化合物对高等动物都是致癌的。Devoret R根据此原理，利用溶原菌被诱导产生噬菌斑的方法来检测致癌剂，大大简化了检测方法。,
