分子生物学：重组和转座

转座子的特点
转座子是不必借助同源序列就可以移动的片断,即转座作用与供体 和受体的序列无关;
原核生物和真核生物都有转座子; 转座序列可沿染色体移动,甚至在不同染色体间跳跃(跳跃基因) 转座子对基因组而言是一个不稳定因素，它可导致宿主序列删除、
倒位或易位，并且其在基因组中成为“可移动的同源区”。位于 不同位点的两个拷贝转座子之间可以发生交互重组，从而造成基 因组不同形式的重排。 有些转座子与基因组的关系犹如寄生，它们的功能只是为了自身 的扩增与繁衍，因此被称为是自私的DNA。
转座中涉及的机制依赖于DNA 链的切割和重接，因此 （branch migration）
Cro蛋白抑制C I基因的转录，它占优势噬菌体即进入繁殖周期，并导致宿主细胞裂解。
与重组过程联系起来。 二者含有共同的核心序列15bp（O区）。
DNA转座子上携带作为重组位点的DNA序列，以及参与重组的蛋白质的基因（转座酶基因）。 同源重组 (homologous recombination )或普遍性重组（generalized recombination ）
复制式转座 如 Tn3
非复制式转座 如 Tn10
类病毒反转录转座子/反转录病毒
带有反向终端重复序列.反向终端 重复序列嵌入在较长的正向排列的 重复序列(长末端重复序列, long terminal repeats LTR)中；
带有靶位点重复序列； 类病毒反转录转座子编码两种移位所需的蛋白：转座酶和反转录酶。 类病毒反转录转座子和反转录病毒的区别在于：反转录病毒的基因
径的歧化做好准备。
位点特异性重组与同源重组的区别
带有2个基因ORF1和ORF2；
同源重组 (homologous recombination )或普遍性重组（generalized recombination ）
位点特异性重组(site-specific recombination)
有自主转座子（如LINE）和非自主转座子（如Alu因子）两种。
单链断裂是经常发生的事，但如何保证两个分 子能在同一位置发生断裂？
同源重组的 RecBCD途径
Chi位点(5’-GCTGGGTGG-3’)是 目前发现的主要的重组热点。 E.coli 平 均 每 5000bp 就 有 一 个 Chi 位 点 ， 含 有 大 约 1000 个 Chi 位点，亦即每五个基因就有一个 Chi位点，这些Chi位点中很多在 细菌的接合和转导过程中作为重 组热点而刺激同源重组的发生。
60年代后期， 青年细菌学家James Shapiro在大肠杆菌中发现 一种由插入序列所引起的多效突变，之后又在不同实验室发现一 系列可转移的抗药性转座子，才重新引起人们重视。
1983年McClintock被授予诺贝尔生理学与医学奖，距离她公布玉 米控制因子的时间已有32年之久。
所有生物的基因组中均有转座子
λ噬菌体的整合
λ噬菌体DNA编码的λ整合酶(λintegrase,Int)能指导噬 菌体DNA插入E.coli染色体DNA中。
λ整合酶在λ噬菌体与宿主的两个特定位点之间催化重 组的进行，这两个特异重组位点称为附着位点(att)。
噬菌体的附着位点att P 长度240bp，以POP’表示；细 菌相应的附着位点att B 只有23bp，以BOB’表示。二 者含有共同的核心序列15bp（O区）。
段DNA 序列中，而不依赖于序列同源性。 DNA转座子上携带作为重组位点的DNA序列，以及参与重组的蛋白质的基因（转座酶基因）。
λ噬菌体DNA的整合与切除 带有反向终端重复序列.
这种使某些元件从一个位置向其他位置的移动方式是 位点特异性重组(site-specific recombination)
转座子两端的重组位点以反向重复排列（25-几百bp），
5’-ATAGCCTGA-3’ 5’-ATAGCCTGA-3’
并且带有重组酶（3’转-TA座TC酶GG，ACtTr-a5n’ spo3s’a-TsAeTsC；GG有AC时T-5称’ 整 合酶，integrases）识别序列。 靶重复序列（target site duplications ）是紧邻在转座 子两端的短的重复序列（2-20bp ），为正向排列；产 生于重组过程。
位点特异性重组
位点特异性重组是在专一酶的作用下，在DNA 特异性序列之间进行重组。
此过程往往发生在一个特定的短的（20-200bp） DNA序列内（重组位点）。
噬菌体溶原途径的整合、抗体基因的重排等都 是位点特异性重组。
位点特异性重组与同源重组的区别
位点 酶、蛋白
断裂
位点特异性重组 同Байду номын сангаас短序列 专一的酶 特异位点
组被包装到病毒颗粒内，离开宿主细胞再去感染新的细胞；类病毒 反转录转座子只能移位到一个新的DNA位点，不会离开宿主细胞
聚腺苷酸反转录转座子
不含终端反向重复序列；它的两端含有完全不同的序列: 5‘UTR (untranslated region), 3’UTR (untranslated region) 和poly-A序列；
第二章 染色体与DNA
遗传物质的分子结构和性质 基因组和染色体 DNA的复制 DNA损伤与修复 重组和转座
没有遗传重组就没有进化
没有遗传重组就没有进化
重组
1. 同 源 重 组 (homologous recombination ) 或 普 遍 性 重 组 （generalized recombination ） 真核生物中发生在减数分裂期
两端也有短的靶重复序列（target site duplications）; 带有2个基因ORF1和ORF2；ORF1 编码一个RNA结合蛋
白；ORF2编码的蛋白同时具有反转录酶和核酸内切酶作 用，在重组中起着关键作用。 有自主转座子（如LINE）和非自主转座子（如Alu因子） 两种。
LINE：long interspersed element, 长散布因子
径的歧化做好准备。
λ整合酶在λ噬菌体与宿主的两个特定位点之间催化重组的进行，这两个特异重组位点称为附着位点(att)。
DNA分子单链断裂是经常发生的事，但如何保证两个分子能在同一位置发生断裂？
DNA转座子上携带作为重组位点的DNA序列，以及参与重组的蛋白质的基因（转座酶基因）。
没有遗传重组就没有进化 λ噬菌体DNA的整合与切除
同源重组 同源大片段
RecA 随机
重组位点的特性
每个重组位点由一对对称排列的重组酶识别序列构成， 识别序列中间是一个短的不对称序列，称为交换区 （crossover region ），DNA 的断裂和重新连接就发 生在交换区。
λ噬菌体DNA的整合与切除
最早研究清楚的位点特异性重组是λ噬菌体DNA在宿主染色 体上的整合与切除。
转座子两端的重组位点以反向重复排列（25-几百bp），并且带有重组酶（转座酶，transposases；
3’-TATCGGACT-5’
λ整合酶在λ噬菌体与宿主的两个特定位点之间催化重组的进行，这两个特异重组位点称为附着位点(att)。
模板选择（copy choice）
3’-GGGTCTG-5’
λ噬菌体DNA进入宿主大肠杆菌细胞后存在溶源和裂解两条途径，二者的最初过程是相同的，都要求早期基因的表达，为溶源和裂解途
3’-TATCGGACT-5’转座重组会破坏染色体上基因的排列顺序。
转座子的发现
20世纪40年代， 遗传学家Barbara McClintock在研究玉米的遗 传因子时发现，某些基因活性受到一些能在不同染色体间转移的 控制因子（controlling element）所决定。这一发现与当时传统 的遗传学观点相抵触，因而不被学术界所普遍接受。
这段可以发生转座的DNA元件，称为转座子(transposon )
转座(transposition)。这段可以发生转座的DNA元件， 转座子两端的重组位点以反向重复排列（25-几百bp），并且带有重组酶（转座酶，transposases；
细菌相应的附着位点att B 只有23bp，以BOB’表示。 同源重组 (homologous recombination )或普遍性重组（generalized recombination ）
称为转座子(transposon ) 有一种异常的重组类型，是一段DNA 序列插入到另一段DNA 序列中，而不依赖于序列同源性。
20世纪40年代， 遗传学家Barbara McClintock在研究玉米的遗传因子时发现，某些基因活性受到一些能在不同染色体间转移的控制因 子（controlling element）所决定。
2. 位 点 特 异 性 重 组 (site-specific recombination)
3. 转座重组：转座子 4. 模板选择（copy choice）
RNA病毒
重组
1. 同 源 重 组 (homologous recombination ) 或 普 遍 性 重 组 （generalized recombination ） 真核生物中发生在减数分裂期
最简单的细菌转座子——插入序列
产生于重组过程
靶重复序列的形成
转座子带有自身的转座酶的基因，除此之外也可能会携带 一些其它基因（编码的蛋白质可能调控转座或为转座子或 宿主细胞提供一些价值的功能）
转座作用的机制
按转座子转座过程是否发生复制，可分为： 非复制转座(nonreplicative transposition)：又称 为保留性转座(conservative transposition)，转 座子从原来位置上切除下来转入新的位置，其两 条链均被保留。 复制转座(replicative transposition)：则在形成靶 部位与转座子连接中间体后即进行复制。通过复 制使原来位置与新的靶部位各有一个转座子。
分支端化
第二章 染色体与DNA （branch migration）
模板选择（copy choice）
细菌相应的附着位点att B 只有23bp，以BOB’表示。
Holliday模型的疑问
Holliday模型能够较好解释同源重组现象，但 也存在问题。
该模型认为进行重组的两个DNA分子在开始时
需要在对应链相同位置上发生断裂。DNA分子
λ噬菌体DNA进入宿主大肠杆菌细胞后存在溶源和裂解两条 途径，二者的最初过程是相同的，都要求早期基因的表达， 为溶源和裂解途径的歧化做好准备。
两种生活周期的选择取决于C I和Cro蛋白相互拮抗的结果。 C I蛋白抑制除自身外所有噬菌体基因的转录，如果C I蛋白 占优势，溶源状态就得到建立和维持。Cro蛋白抑制C I基因 的转录，它占优势噬菌体即进入繁殖周期，并导致宿主细 胞裂解。
2. 位 点 特 异 性 重 组 (site-specific recombination)
3. 转座重组：转座子 4. 模板选择（copy choice）
RNA病毒
同源重组
Holliday模型
λ噬菌体DNA进入宿主大肠杆菌细胞后存在溶源和裂解两条途径，二者的最初过程是相同的，都要求早期基因的表达，为溶源和裂解途
转座子类型
有三类转座因子: DNA转座子. 类病毒反转录转座子和反 转录病毒 . 聚腺苷酸反转录转座子,也 称非病毒反转录转座子
DNA转座子
DNA转座子上携带作5’-为CC重CA组GA位C-点3’ 的DNA5序’-G列TC，TG以GG及-3’参 与重组的蛋白质的基3因’-G（GG转TC座TG酶-5’基因）。3’-CAGACCC-5’
转座重组
细菌相应的附着位点att B 只有23bp，以BOB’表示。
有一种异常的重组类型，是一段DNA 序列插入到另一 转座子是不必借助同源序列就可以移动的片断,即转座作用与供体和受体的序列无关;
最简单的细菌转座子——插入序列 转座子对基因组而言是一个不稳定因素，它可导致宿主序列删除、倒位或易位，并且其在基因组中成为“可移动的同源区”。