转座子的研究进展

转座子的研究进展
摘要
转座子是一类散布在基因组中序列重复的DNA片段，可以通过特定转座酶在基因组中移动，是DNA上可自主复制和移动的基本单位，存在于生物界的各个领域。

本文就转座子的分子结构、类型、转座机制、特点和功能及相关技术等方面做一综述。

关键词：转座子研究进展
目录
一前言 (1)
二本论 (2)
2.1转座子的分子结构 (2)
2.2转座子的类型 (2)
2.3转座子的转座机制 (3)
2.4转座子的特点和功能 (3)
2.5转座子相关技术 (3)
2.5.1转座子分离方法 (3)
2.5.2转座子基因标签技术 (4)
2.5.3转座子定点杂交技术 (4)
2.5.4转座子基因打靶技术 (4)
2.5.5基因增补技术即非病毒转座子“睡美人苏醒”技术 (4)
三结论 (5)
参考文献 (6)
一前言
转座子又称跳跃因子，其实质是基因组上不必借助于同源序列就可移动的DNA片段，它们可以直接从基因组内的一个位点移到另一个位点[2]。

对于转座子的研究我们可以追溯到20世纪40年代，McClintock[1]在玉米中首次发现了染色体中存在一类不稳定的元件，但她的发现并没有引起广泛的关注。

直到20世纪七八十年代，随着在细菌中发现了Mu转座子，小鼠中发现了B1、B2转座子，灵长类中发现了Alu转座子后，人们才逐渐的认识到所有生物体中都普遍存在着转座子[3]。

生物界中存在众多与转座子有关的遗传变异的例子，如转座子插入外显子、调控区、内含子以及介导重组。

寄主与转座子是相互适应的，如寄主调控转座子的拷贝数，转座子对非编码区的插入偏爱，转座子拷贝数的自我调控等[4]。

二本论
2.1转座子的分子结构
转座子由下列成份所组成：（以Tn3为例）
①反向重复序列（Inverted repeat）：首先是由电子显微镜观察到，随后的DNA序列分析则直接说明了转座子存在着末端反向重复序列。

Tn3有38个碱基对的末端反向重复序列，它是转座所必需的，可能与转座酶识别切割位点有关。

②转座酶基因（Transponsase gene）：是转座子最重要的基因，编码产生一个由1015个氨基酸组成的转座酶。

该酶能与单链DNA非特异性地结合，其功能在转座开始时在转座子两端切开DNA双链中的一条链。

③阻遏物基因（Repressor gene）：编码产生一个由185个氨基酸组成的调节蛋白，该蛋白对转座有负调节作用。

④调控区（Regulatory region）：是调节蛋白的作用位点，也是特异性重组的位点，这种重组使共整合结构分开。

⑤附加基因（Accessory gene）：与转座无关，但使转座子带有抗药性标记，Tn3带有氨基苄青霉素抗性基因[5]。

2.2转座子的类型
转座子根据不同的转座机制可以分成Ⅰ类和Ⅱ类。

Ⅰ类转座子以RNA为模板，反转录后将新形成的DNA插入到基因组其他区域里。

由于其活动需要RNA的介导，并且依据“复制-粘贴”的转座机制，因此Ⅰ类转座子也被看作是反转座子或类逆转录病毒元件。

此类转座包括长末端重复元件（LTRs）、长散布元件（LINEs）和短散布元件（SINEs），后两者又被统称为非长末端重复元件（Non-LTRs）[3]。

反转录转座子以DNA-RNA-DNA的途径来实现转座，反转录转座子在宿主基因组中的拷贝数得到不断积累，从而使基因组增大[2]。

Ⅱ类转座子使用DNA作为直接的转座介导，并且该元件以末端反向重复序列（TIRs）为特征，依据“剪切-复制”的转座机制，因此被称为是DNA转座子。

Ⅱ类转座子包括微型反向重复转座元件(MITEs)和滚筒式转座子(helitron)。

MITEs是一类没有ORF仅有TIR的小型元件，它富含AT，并能形成稳定的二级结构；滚筒式转座子包含很短的特异性末端和3′发夹结构，遵照滚筒式转座机制转座[3]。

DNA转座子是以DNA-DNA方式转座的转座子，可通过DNA复制或直接切出2种方式获得可移动片段，重新插入基因组DNA中，导致基因的突变或重排，但一般不改变基因组的大小[2]。

在昆虫中发现了许多转座子，如：①P-转座子：最初在果蝇中发现并研究了其结构和功能，建立了P-转座子和转座酶辅助系统；②Minos转座子：是从海德
尔果蝇 D.hydei中分离得到的并首次应用于果蝇以外的昆虫转基因；③Mos1（mariner）转座子：是从马里塔尼亚果蝇D.Mauritiana中发现的[6]。

④PiggyBac 转座子：是来源于鳞翅目昆虫的DNA转座子，最初在杆状病毒侵染粉纹夜蛾昆虫TN-368细胞株系时首次分离得到的[10]。

2.3转座子的转座机制
转座是生物进化的重要手段，对于转座的机制，长期以来形成了一种固定模式：转座是通过反向转录酶的中介作用，以DNA为实体插入转座子。

其模式有2种：RNA→DNA→插入点；DNA→RNA→DNA→插入点。

转座的实质就是DNA的扩增和重组。

机制是转座子插入到新的位点上产生交错切口，形成的突出单链末端与转座子两端的反向重复序列相连接，然后由DNA聚合酶填补缺口，DNA连接酶封闭切口[2]。

J.Shapiro把转座过程分为了四个阶段：①转座酶从转座子两端各切开其中的一条链，并活化寄主的酶切开受体DNA，这种寄主的酶和内切酶一样能使受体DNA产生粘着末端；②切开的转座子与受体DNA通过连接酶或拓扑酶的作用连接起来；③转座子DNA进行复制，供体和受体形成共整合结构；④在转座子的调控区进行DNA重组，使共整合结构分开，新复制出来的拷贝转座到受体DNA上[5]。

2.4转座子的特点和功能
转座子从一个DNA转到另一个DNA时，是插入到受体DNA的某一基因中，因此能使被插入的基因失活。

此外，转座子的插入还能引起受体DNA的缺失、倒位、极性效应等变化。

这些特性在遗传学操作中有很大的用处。

主要有以下特点：①插入位点分布广；②抗药性基因与插入突变完全连锁；③选择突变体十分方便；
④转座子能从受体DNA中精确切离；⑤能引起操纵子的极性效应和增强转录；⑥转座子的转座能引起附近基因的缺失；⑦可作为一种可移动的同源区[5]。

转座子的功能是十分重要的：①扩张基因组：转座子可以通过不断的复制插入使寄主基因组增大；②诱导产生新基因或新功能：Ⅰ类转座子通过反转录酶获得新拷贝，同时这些反转录酶也可以帮助其他转座子完成转座；③构建染色质结构：④对表观遗传的调节作用；⑤协助昆虫个体应对压力：McClintock指出，由转座子介导的基因组重建是寄主应对压力、促进种群适应的重要工具。

⑥对生殖细胞的遗传保护作用；⑦进化的标尺：转座子在生物种间和种内的广泛分布充分说明了它们对物种进化所做的贡献[3]。

2.5转座子相关技术
2.5.1转座子分离方法
有4种方法用来分离转座子：①转座子诱捕法：此法适用于分离具有相当高
的整合和切割频率的转座子；②Southern杂交法：此种方法需要有适当的探针，用于检测已知的转座子；③重复DNA序列鉴定法：适用于高拷贝数的无论是否有活性的转座子；④PCR扩增法：对己知序列的转座子设计引物直接PCR扩增[5]。

2.5.2转座子基因标签技术
转座子基因标签即用转座子的特异性片段作探针，通过杂交分离出有转座子导致突变的目的基因。

由于转座子的插入会引起基因的突变，因此可以把它作为一个插入突变源，并用来克隆因转座子插入而失活的基因。

用这一方法克隆基因的优点是不需要鉴定基因的产物，也不需要了解基因表达的特征[6]。

2.5.3转座子定点杂交技术
转座子定点杂交技术是转座子标签技术和基因芯片技术结合的产物。

原理是：在一个突变体系中，将所有的转座子插入靶序列，同时用DNA基因芯片绘图技术，确定不同条件下的样本全基因组之间的差别，迅速地判断其功能特征的技术。

特点是：转座子插入使基因片段断裂均匀化而利于杂交，克服了单纯使用芯片时，基因片段过大或不均匀，导致杂交困难和杂交不完全的缺点[7]。

2.5.4转座子基因打靶技术
转座子基因打靶技术是将转座子作为核酸诱变剂插入目的片段，再将这些突变的基因片段导入生物体中，通过同源重组使基因组中相应的基因发生突变的技术[7]。

2.5.5基因增补技术即非病毒转座子“睡美人苏醒”技术
“睡美人”转座子系统中含有两个倒置重复/直接重复(IR/DR)序列。

导入基因插在两个IR/DR之间，携带导入基因的非病毒质粒载体连接在IR/DR的末端作为转座酶的作用位点，定位于IR/DR之外的转座酶活化，催化导入基因整合入宿主基因组，“睡美人”苏醒，在两个IR/DR末端切除DNA产生环状转座子/转座酶复合物，“睡美人”转座子整合入宿主靶基因组DNA中，并在每个IR/DR末端带上特征性TA标志[9]。

三结论
转座子作为寄主基因组中大量存在的一类可移动DNA在进化过程中是非常重要的分子工具，转座子的存在和在基因组中的转移可以直接或间接地造成基因重排，在基因组中引起变异。

基于其内在的特性，转座子已经成为生物学家重要的研究对象和操作工具。

随着很多物种全基因组测序工作的完成，对于转座子在推动基因组进化方面的研究将会随之深入和系统。

同时，利用转座子开发的应用技术也会更加成熟和完善。

参考文献
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nonhomologous chromosomes of zea mays[J], Proc Natl Acad Sci USA 1930;16:791-796 [2] 马艳平，刘永生，张杰等.转座子应用的研究进展[J].江西农业学报,2009,21,5：
108-110
[3] 张博，陈兵，张青文等.昆虫的转座子及其功能[J].昆虫知识,2009,46,2:187-195
[4] 张欣，谢艺贤.丝状真菌转座子研究进展[J].热带农业科学,2004,24,3：64-69
[5] 陆德如.细菌转座子及其在分子遗传学中的应用[J].
[6] 缪云根.昆虫转座子及在家蚕中的应用[J].蚕桑通报,2004,35,2:6-10
[7] 黄春,张万江.转座子及其相关技术的研究[J].世界华人消化杂志,2006,14,17：
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[8] 李凤玲,赵毓橘.植物转座子[J].植物生理学通报,2000,36,5:470-478
[9] 李碧春,陈强,高波等.“睡美人”转座子系统介导EGFP转染鸡SSCs条件优化的研究[J].
中国家禽,2009,31,1:10-14
[10] 王建军,王常春，韩召军.piggyBac转座子及其在转基因昆虫中的应用[J].昆虫知
识,2009,46,5:665-672。