基因重排是指一種將基因從遠離啟動子的位置移至接近啟動子位置的轉(zhuǎn)錄激活方法。
分類與機制
基因重排可分為基因內(nèi)重排和基因間重排兩類。基因結(jié)構(gòu)重排的機制涉及到脫氧核糖核酸雙鏈斷裂的修復(fù)過程，其中等位基因內(nèi)部或等位基因之間可能出現(xiàn)重復(fù)單位的復(fù)雜轉(zhuǎn)換式移動。通常，DNA雙鏈斷裂發(fā)生在靠近串聯(lián)重復(fù)序列的5'端的重復(fù)單位內(nèi)，形成兩個游離的、突出的單鏈末端。然而，在修復(fù)過程中，由于擺動或錯位，這些末端未能正確復(fù)性，這可能導(dǎo)致兩種后果：
基因內(nèi)重排
一種情況是錯位鏈最末端的堿基首先復(fù)性，隨后局部合成缺失的堿基，最終通過修復(fù)形成一個或多個插入重復(fù)單位。這種基因的轉(zhuǎn)移被稱為基因內(nèi)轉(zhuǎn)換形式。基因內(nèi)轉(zhuǎn)換重排可能會多次發(fā)生，每次都會增加一段插入序列。例如，一個小衛(wèi)星座位的重復(fù)單位數(shù)量可能會從原始的7個增加到9個。
基因間重排
另一種常見的修復(fù)結(jié)果是，脫氧核糖核酸斷端的游離單鏈末端侵入到對應(yīng)的染色單體上的等位基因，與另一條染色單體的DNA發(fā)生復(fù)性，進而形成兩同源染色單體間的轉(zhuǎn)換式移動。這種單鏈侵入會導(dǎo)致異源鏈合成、延伸，并可能產(chǎn)生三種不同后果：
1. 從重復(fù)序列開始的新合成鏈多數(shù)在達到重復(fù)序列的側(cè)翼序列之前被DNA錯配修復(fù)系統(tǒng)終止，只形成基因插入轉(zhuǎn)換。在這種情況下，單鏈上已插入了來自對應(yīng)姐妹染色單體的3個重復(fù)單位，使得重復(fù)單位的數(shù)量從7個增加到10個。
2. 第二種情況是以對應(yīng)同源染色單體的等位基因為模板合成的錯配鏈一直延伸到小衛(wèi)星重復(fù)序列的側(cè)翼區(qū)，并連同側(cè)翼序列中可能存在的SNP基因座的堿基變異一起發(fā)生了基因間轉(zhuǎn)換，這種重排同時涉及小衛(wèi)星重復(fù)單位和側(cè)翼序列SNP基因座，因此稱為基因共轉(zhuǎn)換。共轉(zhuǎn)換的情況相對較少。
3. 第三種情況較為罕見，即延伸的雜合雙鏈未終止，越過串聯(lián)重復(fù)區(qū)段，最終形成Holliday連接結(jié)構(gòu)，繼而經(jīng)歷基因間重組交換的過程，形成同源染色單體之間的互換產(chǎn)物。
研究表明，基因重排可能是小衛(wèi)星多態(tài)性形成的主要原因。在配子細胞中，基因轉(zhuǎn)換和重排引起的突變率比傳統(tǒng)的配子不等交換突變高出約70倍。此外，男性配子的基因轉(zhuǎn)換突變率顯著高于女性配子。研究還發(fā)現(xiàn)，基因共轉(zhuǎn)換事件與側(cè)翼SNP標記的特定單倍型具有明顯關(guān)聯(lián)，表明小衛(wèi)星序列的基因轉(zhuǎn)換重排可能受側(cè)翼脫氧核糖核酸序列的調(diào)控。
技術(shù)應(yīng)用
基因組重排技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)誘變技術(shù)和細胞融合技術(shù)，是一種針對整個微生物基因組的新型育種技術(shù)。該技術(shù)通過多親本原生質(zhì)體遞歸融合，能夠使工程菌迅速獲得多種復(fù)雜優(yōu)良表型，無需深入了解其基因組學(xué)、代謝組學(xué)等背景知識。基因組重排技術(shù)的優(yōu)勢在于能夠快速實現(xiàn)基因組重排，未來有望在生物育種領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
參考資料 >
基因重排名詞解釋.百度文庫.2024-10-24
徐克成大講堂 | 聊聊基因重排檢測那些事.微信公眾平臺.2024-10-24
現(xiàn)代分子生物學(xué)名詞解釋7~8章.嗶哩嗶哩.2024-10-24