基因交流

基因重組是由於不同DNA鏈的斷裂和連接而產生DNA片段的交換和重新組合，形成新DNA分子的過程。

原核生物的基因重組有轉化、轉導和接合等方式。受體細胞直接吸收來自供體細胞的DNA片段，並使它整合到自己的基因組中，從而獲得供體細胞部分遺傳性狀的現象，稱為轉化。通過噬菌體媒介，將供體細胞DNA片段帶進受體細胞中，使後者獲得前者的部分遺傳性狀的現象，稱為轉導。自然界中轉導現象較普遍，可能是低等生物進化過程中產生新的基因組合的一種基本方式。供體菌和受體菌的完整細胞經直接接觸而傳遞大段DNA遺傳信息的現象，稱為接合。細菌和放線菌均有接合現象。高等動植物中的基因重組通常在有性生殖過程中進行，即在性細胞成熟時發生減數分裂時同源錢染色體的部分遺傳物質可實現交換，導致基因重組。基因重組是雜交育種的生物學基礎，對生物圈的繁榮昌盛起重要作用，也是基因工程中的關鍵性內容。基因工程的特點是基因體外重組，即在離體條件下對DNA分子切割並將其與載體DNA分子連接，得到重組DNA。1977年美國科學家首次用重組的人長激素釋放抑制因子基因生產人生長激素釋放抑制因子獲得成功。此後，運用基因重組技術生產醫藥上重要的藥物以及在農牧業育種等領域中取得了很多成果，預計下世紀在生產治療心血管病、鎮痛和清除血栓等藥物方面基因重組技術將發揮更大的作用。

從廣義上講，任何造成基因型變化的基因交流過程，都叫做基因重組。而狹義的基因重組僅指涉及DNA分子內斷裂—複合的基因交流。真核生物在減數分裂時，通過非同源染色體的自由組合形成各種不同的配子，雌雄配子結合產生基因型各不相同的後代，這種重組過程雖然也導致基因型的變化，但是由於它不涉及DNA分子內的斷裂c複合，因此，不包括在狹義的基因重組的範圍之內。

根據重組的機制和對蛋白質因子的要求不同，可以將狹義的基因重組分為三種類型，即同源重組、位點特異性重組和異常重組。同源重組的發生依賴於大範圍的DNA同源序列的聯會，在重組過程中，兩條染色體或DNA分子相互交換對等的部分。真核生物的非姊妹染色單體的交換、細菌以及某些低等真核生物的轉化、細菌的轉導接合、噬菌體的重組等都屬於這種類型。大腸桿菌的同源重組需要RecA蛋白，類似的蛋白質也存在於其他細菌中。位點特異性重組發生在兩個DNA分子的特異位點上。它的發生依賴於小範圍的DNA同源序列的聯會，重組也只限於這個小範圍。兩個DNA分子並不交換對等的部分，有時是一個DNA分子整合到另一個DNA分子中。這種重組不需要RecA蛋白的參與。異常重組發生在順序不相同的DNA分子間，在形成重組分子時往往依賴於DNA的複製而完成重組過程。例如，在轉座過程中，轉座因子從染色體的一個區段轉移到另一個區段，或從一條染色體轉移到另一條染色體。這種類型的重組也不需要RecA蛋白的參與。

如神舟5號帶入太空的甜椒，經過宇宙射線的照射，發生了基因突變，成為了營養，產量大幅增長的太空椒。

基因重組的類型

基因重組是指一個基因的DNA序列是由兩個或兩個以上的親本DNA組合起來的。基因重組是遺傳的基本現象，病毒、原核生物和真核生物都存在基因重組現象。減數分裂或體細胞有絲分裂均有可能發生基因重組。基因重組的特點是雙DNA鏈間進行物質交換。真核生物，重組發生在減數分裂期同源染色體的非姊妹染色單體間，細菌可發生在轉化或轉導過程中，通常稱這類重組為同源重組(homologousrecombination)，即只要兩條DNA序列相同或接近，重組可在此序列的任何一點發生。然而在原核生物中，有時基因重組依賴於小範圍的同源序列的聯會，重組只限於該小範圍內，只涉及特定位點的同源區，把這類重組稱作位點專一性重組(site-specificrecombination)，此外還有一種重組方式，完全不依賴於序列間的同源性，使一段DNA序列插入另一段中，在形成重組分子時依賴於DNA複製完成重組，稱此類重組為異常重組(illegitimaterecombination)，也稱複製性重組(replicativerecombination)。

噬菌體的基因重組

歷史：1936年F.M.Burnet發表了噬菌體能產生突變體，其噬菌斑的外形和野生型的有明顯區別，可惜的未能引起重視，以致噬菌體遺傳學延遲了十年才得以建立。

1946年第11屆冷泉港學術討論會上，在宣布一基因一酶學說的勝利，及Ledernerg、Tatum細菌雜交實驗報告的同時，Hershey和Luria宣布發現了噬菌體的r，h突變，Delbrück和Hershey發表了他們各自發現的噬菌體重組，這四項重大的發現分別在1958年和1969年獲得了諾貝爾獎。后兩項的發現有力地推動了噬菌體遺傳學的發展。

噬菌體的基因重組和細菌不同，而和真核的重組十分相似。雜交是用標記不同的噬菌體之間進行。然後計算重組噬菌體佔總的子代噬菌體的比例來確定重組值。一般可以選用2－4個基因差異的噬菌體來混合感染細菌。首先把不同類型的噬菌體混合起來和細菌一起塗布在固體培養基上，細菌的濃度要達到可以長成菌苔（lawn）的水平，噬菌體的濃度要很稀。每個噬菌體感染一個細菌，經過裂解周期，宿主細胞破裂后，釋放出的子噬菌體又去感染周圍的細菌，結果在菌苔上形成一個圓形清亮的斑，稱為噬菌斑（plaque），而一個噬菌斑來自最初塗布平板時的一個噬菌體。噬菌斑的形態必須選擇容易區別的，以表示噬菌體的相應表型。單個的噬菌體只能在電鏡下才可觀察其形態，突變引起其形態變化沒有電鏡是無法鑒別的，但突變影響到生活周期，會產生不同的噬菌斑，因此通過噬菌斑的觀察很容易觀察基因型的變化與重組。

Hershey等用T2噬菌體的兩個不同表型特徵：噬菌斑的形態和宿主範圍來進行雜交。一個噬菌體的基因型是h+r，另一個噬菌體的基因型是hr+。h+表示宿主範圍（hostrange），是野生型，能在E.coliB菌株上生長，r表示快速溶菌（rapidlysis），產生的噬菌斑大，邊緣清楚。h噬菌體能在E.coliB和B/2品繫上生長，r+產生小而邊緣模糊的噬菌斑，能產生透明的噬菌斑，而h+因只能裂解E.coliB，所以在B和B/2的混合菌上產生的噬菌斑是半透明的。

雜交時hr+和h+r混合感染E.coliB和B/2，在B和B/2混合菌苔上出現了四種噬菌斑，表明hr+和h+r之間有一部分染色體在B菌株的細胞中進行了重組，釋放出的子噬菌體有一部分的基因型為h+r+和hr。利用下面的公式就可以計算出和兩個位點的重組值：

重組值=（h+r++hr）/總噬菌斑數×100%

此重組值也表示兩個連鎖基因之間的遺傳距離。