《科学》介绍新技术研究生物分子

　　生物通报道：来自伊利诺斯大学香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign），霍德华休斯医学院，英国邓迪大学的研究人员报道了一种新的杂交方法，能更好的检测Holliday交叉（Holliday junction，HJ）的动力学过程。Holliday交叉是四股DNA所形成的交叉结构，名称来自于1964年提出此概念者Robin Holliday，用以解释发现于酵母菌的遗传资讯交换，也就是同源重组。这一过程出现在受损DNA修复过程，了解DNA如何进行自我修复对于遗传失序症的治疗意义重大。

这一杂交方法由伊利诺斯大学首席研究员Taekjip Ha和他的同事提出，发表在10月12日的《Science》杂志上。

重组理论毫无疑问也是十分重要的。1931年著名的Stern .C.的果蝇实验和Creighton H.B.的玉米实验用细胞学方法直接正式了交换，似乎也表明重组就是染色体的断裂和重接，但问题并不是那么简单，科学家们先后建立很多重组模型，从1909年Janssens提出的交叉理论起已风风雨雨近九十多年，至今这个问题还没有完全解决。为了更好的理解交叉理论中蛋白的功能，研究人员需要能研究Holliday交叉本身动力学和结构特征的更好的方式。

Ha表示，“基于我们之前的研究，我们了解到HJ在两个结构中起作用，但是它如何从一种结构变换到另外一种结构，以及中间产物是什么至今我们并不了解”。

这种杂交技术结合了光阱力（optical trap force ）控制和单分子荧光共振能量转移（single-molecule fluorescence resonance energy transfer）精密仪器，利用这种技术研究人员首先将两种染料分子——一种绿色，一种红色——粘合在一起，然后用一种激光激活绿色染料，激活的能量一部分转移到了红色染料上，转移的多少由两种染料的距离决定。这样两种强度的差别比例就表明了两种染料的相对运动，因此通过监测这两种染料的明亮度，研究人员就能确定分子的运动，其中利用光阱力，聚焦激光束可以“夹紧”分子的一端，就像是一把镊子的两端。

之前的技术，譬如X射线结晶法和核磁共振，为生物分子提供了许多结构细节，但是这些数据受限于静态的观测，单分子方法实现了在单个分子水平上研究动力学相互作用，这种跟踪生物过程，追踪其实时动态动作将有助于我们最终了解活体生物复杂的动力学机制。
（生物通：张迪）

原文摘要：
Science 12 October 2007:
Vol. 318. no. 5848, pp. 279 - 283 DOI: 10.1126/science.1146113
Fluorescence-Force Spectroscopy Maps Two-Dimensional Reaction Landscape of the Holliday Junction
【Abstract】

重组是如此重要，那么重组理论毫无疑问也是十分重要的。1931年著名的Stern .C.的果蝇实验和Creighton H.B.的玉米实验用细胞学方法直接正式了交换，似乎也表明重组就是染色体的断裂和重接，但问题并不是那么简单，科学家们先后建立很多重组模型，从1909年Janssens提出的交叉理论起已风风雨雨近九十多年，至今这个问题还没有完全解决。证据也还不十分充足。

最早的重组理论是在1909年（此时Morgan的连锁定律尚未问世）比利时的细胞学家Janssens在研究蝾螈和直翅目昆虫的减数分裂时，观察到二价体的交叉，并提出了交叉型学说（chiasmatatype hypothesis）。认为每次交叉都表明父、母本一条染色单体接触、断裂和重接，形成一个新的组合，其他两条染色单体仍保持完整状态。因此每个交叉是重组行为可见的表现形式。交叉理论虽然能得到遗传学家的支持，但却遭到细胞学家的反对，因为找不出理论中有关断裂和重接的任何证据。从显微照片上来看确实很难想象存在断裂和融合的现象。直到1928年Belling提出交换发生在减数裂较早时期，此时同源染色体紧密相连，因此在双线期观察到的交叉并不表明交换的过程，而是交换的直接结果，这一解释结束了近十年的争论。但有一个问题仍使人们感到困惑，那就是交叉点的是在变化的，在接近中期I时明显减少了，而交换一旦发生数目应是固定的，因此仍然怀疑交叉型学说。1931英国的植物细胞学家Darlngton发现交叉数目减少是交叉端化的结果，此时才排除了异议。

1978年Tease.C和Jones G.H.采用姊妹染色体单体差别染色（sisterchromatid differential staining,SCD）来直接检测交叉和重组的关系。SCD法可将姊妹染色体单体一条染上颜色呈现深紫色，显示为“暗”的。另一染不上吉姆萨，显示为“明”的。他们用SCD法来处理减数分裂的染色体，结果发现明-暗转换发生在交叉处。这就澄清了前面留下来的问题。实验表明交叉正是发生交换的位点。但这仍然是适合真核生物的重组。