2-13-2008
 Recombination
2-13-2008 Recombination
1.Overview of Recombination
2.Requirements of Recombination
3.Functions of Recombination
4.Mechanism of Recombination and Holiday structureformation.  Enzymes involved
5.Chi-sites-function
6.Examples of consequences of recombination and geneconversion:  hin recombinase and Salmonella flagella,
Four Requirements for Recombination
1.Identical or very similar DNA sequences in the cross over region.What would happen to the structure of the chromosome if this werenot the case?
2.Complementary base pairing between double stranded DNAmolecules.  This ensures that recombination will occur only at thesesequences.  What would happen if this did not happen?
3.Recombination enzymes-the machinery of the recombinationcomplex.
4.Heteroduplex formation-complementary base pairing between twoDNA molecules in a synapse.  This process occurs in all organismscapable of undergoing some kind of genetic exchange.  Replicationto fill in any gaps.
Induction of Recombination
Phage infection
DNA damage, SOS response: uv irradiation,DNA damaging compounds, thymidinestarvaton
Stalled replication forks-variety of reasons
Conjugal plasmid introduction-F and others
 ?
Figure 10.1
SC_10
Figure 10.3
SC_10
Single strand invasion model
Figure 10.4
SC_10
Double strand break model
Table 10-1
http://www.cfkeep.org/html/snapshot.php?id=41670106,
Dr. Richard Losick, Harvard
Figure 10.5
SC_10
Definition of a Chi Site:
Chi-sites were discovered by the lambda phage biologists.  A mutantof lambda, called a red-gam mutant that lacks its own recombinationsystems, was used to infect wild type E.coli. Red-gam mutants areunable to replicate DNA normally.
-small plaques were observed, but large plaques were also seen.
-the only way for the phage to propagate is for recombination to occurwith the chromosome at a high frequency
-lambda DNA isolated from these plaques and sequenced
-a sequence was identified  5’GCTGGTGG3’ that is not in wild typelambda
-the sequence came from the E.coli chromosome
What is the frequency of a 8-base pair sequence?
4-base:  44  256
5-base:  45  1024
6-base:  46  4096
8-base:  48  65536
Frequency of Chi-sites in the E.coli chromosome: 1 every 4-5kb
Single stranded region formed by RecBDC now loaded withRecA protein for strand invasion.  The D-loop is the displacestrand
Figure 10.7
SC_10
Figure 10.6
SC_10
Figure 10.8
SC_10
RuvABC complex
-a large doughnut
Holiday Structure
1964 Robin Holiday
www.mun.ca/biochem/courses/3107/Lectures/Topics/Recombination_holliday.html
Two diagrams of of Salmonella flagellar phasevariation
-fliB (H2) locked on mutants-non virulent
-fliC (H1) locked on mutants-virulent
Importance of RecA for pathogens-Salmonella
Time-hours
Cfu
recA
Wild type
recA mutants cannot survivein host macrophages
Lethal Dose for mice
Wt:   10 cfu
recA: 50,000+ cfu
What does this tell aboutthe environment of thehost?
Streptococcus M-protein
-Streptococcus-GroupA Strep synthesize surface proteincalled M-protein
-There are 80 variations of M-protein made
-Production of variants results from slip-strandreplication/recombination within the M-protein codingcassettes.
-Production of multiple M-types assist in evading hostdefenses.