基因转换的生物学意义及分子机制

2021年2月28日发(作者：甲状腺激素)
基因转换的生物学意义及分子机制



来源：


2008
年
11
月
25
日

09:40

基因转换
(gene conversion)
是指 遗传信息从一个分子向其同源分子单向传递的过
程，使受体序列部分或者全部被供体序列所替代，而供体 本身的序列不变。这种现
象不仅在真菌中普遍存在，在线虫和哺乳动物中也存在。迄今已知该现象在原核 生
物和真核生物中均普遍存在。深入的研究表明基因转换在基因的致同进化
(concerte d evolution)
、降低突变率等方面均有重要作用。本文则主要对在其他不同
生物类 群上的研究情况以及基因转换的分子机制等方面取得的新进展做一概述。

1.
不同生物类群中基因转换及其生物学意义

从细菌到植物乃至高等的哺乳动物，大多数 非编码重复基因
(
研究最多的是多拷贝
rRNA
基因
)
和 多基因家族都是通过该机制保持其多拷贝基因序列的一致性，它是致
同进化现象的背后机制。

1.1
原核生物中的基因转换现象

在多种原核生物上，
研究表明基因转换导致了它们
的多拷贝
rRNA
操纵子的基因致同进化现象。如：在大肠杆菌中有七个
rRNA
操纵
子，< br>rrnA
、
B
、
C
、
D
、
E
、
G
和
H
，
每个操纵子上
rRNA
基因的排列顺序为
16S-23S-5S
，
编码
rRNA
的基因
rrn
往往是多拷贝的。
Ammons
等在研究敲除
5S rRNA
基因对
细胞的影响时，发现
rrnB
操纵子上敲除了其中一个
5S rRNA
基因后它可以通过基
因转换的方式 从别的操纵子上重新获得。
在副溶血弧菌的一个菌株的基因组中有
11
个拷贝的
rRNA
操纵子，
其中
10
个位于
1
号染色体上，
另一个位于
2
号染色体上，
其
16S rRNA
基因序列是完全相同的；
而在另一菌株中则含有两类操纵子，
其中
7
个
为一类型，另外
4
个为另一类型，它们的差异是在编码
16S rRNA
可变的主干环的
25 bp
中有
10 bp
的差异，
Gonzalez- Escalona
等认为这种操纵子的差异是基因转换
的结果。

在分析比较肠球菌属
16S RNA
序列时，
发现在三个亲缘关系很近的种 属菌株基因中
的相同位置都含有一段相同的可变区域，这种情况被认为是因为在不同种属
16S
RNA
操纵子之间发生了基因转换而实现了遗传信息的传递的结果。
从以上可知，< br>基
因转换可以发生在同一菌株内的多拷贝基因之间，也可以发生在不同菌株的同一基
因之 间。其作用是使这些多拷贝的基因序列保持一致。


1.2
植物中的基因转换现象

植物中也发现了基因转换的现象，但不只集中在
rRNA
基因上，它是反转录转座子的序列以及质体中的基因组序列保持高度一致的机制。

黄花烟草
(Nicotiana rustica)
是一种异源四倍体，是由圆锥烟草 和波叶烟草天然杂种
的染色体数加倍形成的。研究发现黄花烟草中的
r D N A
和
I G S
区
(intergenic
spacer region)
都是波叶烟草型的，因而认为这是定向基因转换而导致的。

反转录转 座子以高拷贝在植物界广泛分布，这类移动元件怎样保持各拷贝间序列高
度相似性一直不得而知。最近提 出这就是基因转换所实现的。如
Kejnovsky
等在蝇
子草中发现了一种新的反 转录转座子
Retand
，
它活跃转录且大量存在，
经分析蝇子
草的
X
、
Y
和常染色体，分离到
Retand
的
LTR (long terminalrepeat)
，并发现
X
、
Y
染色 体的
LTRs
比常染色体的有更低的核酸位点多态性，
尤其是
Y
染色体的
LTRs
之
间的一致性非常高，这被认为是基因转换所致。


在高等植物中 存在的一些无性繁殖系统，如质体和线粒体，它们一般是多倍体的。
有证据表明它们基因的突变率远远低 于细胞核。
Khakhlova
等在转基因烟草的质体
的基因上人工引进突变而后跟 踪观察，发现经过三代后引进的突变被原来的野生型
完全替代。因此认为在烟草的质体中发生了基因转换 ，并进而认为这正是降低多倍
体无性繁殖系统的突变率的机制。