第二章DNA的转座

IS IS IS transposition IS L 臂 中心区 IS R 臂
♣ 两侧的 既可以是 两侧的IS既可以是 IR，又可以是DR状态 ，又可以是 状态 （IR多） 多
♣ 当两个 组件相同 当两个IS组件相同 时，其中任一个都可 行使转座功能
♣ 不同时，主要依 不同时， 靠一个
2、转座噬菌体 Mu phage （巨型转座子 ） 、 为寄主的温和型噬菌体（ 以E.coli为寄主的温和型噬菌体（溶源、裂解） 为寄主的温和型噬菌体 溶源、裂解）
有36bp的重叠 36bp的重叠 稳定性： 稳定性： OUTRNA››INRNA OUTRNA››INRNA
♥ 大量OUTRNA作为 大量OUTRNA作为
INRNA的反义 INRNA的反义RNA 的反义RNA
b） 甲基化作用控制转座酶合成及其与 ） 甲基化作用控制转座酶合成及其与DNA的结合 的结合
Mu的插入途径 的插入途径
a） 侵入的 ） 侵入的Mu在溶源化 在溶源化 过程中任意插入寄DNA 过程中任意插入寄 b） 进入裂解生长后， ） 进入裂解生长后， 复制产生后代Mu DNA 复制产生后代 几乎全部插入寄主DNA 几乎全部插入寄主 中，并可继续转座（形 并可继续转座（ 成寄主DNA和Mu的共 和 成寄主 的共 合体），噬菌体成熟时， 合体），噬菌体成熟时， ），噬菌体成熟时 切段共合体包装
4、转座子转座频率的调控 ♥ 每个转座子控制自身转座的核心 控制转座酶的水平 每个转座子控制自身转座的核心----控制转座酶的水平
不到一个转座酶分子／世代／ 不到一个转座酶分子／世代／细胞
♥ 自发转座频率 自发转座频率---10－7
1）、 ）、Tn10转座机制 ）、 转座机制
♥ Tn10为复合型转座子 为复合型转座子 ♥ IS10R元件提供转座酶活性 合成转座酶的序列 元件提供转座酶活性-----合成转座酶的序列 元件提供转座酶活性 ♥ Tn10转座酶水平是控制转座的关键 转座酶水平是控制转座的关键 ♥ 有两种控制转座的方式
2）特点： ）特点： ♣ 不必借助同源序列就可移动的 不必借助同源序列就可移动的DNA片段，即转座作 片段， 片段 用与供体和受体之间的序列无关。 用与供体和受体之间的序列无关。 ♣ 原核生物和真核生物均有转座子。 原核生物和真核生物均有转座子。 ♣ 转座序列可沿染色体移动，甚至在不同染色体间跳 转座序列可沿染色体移动， 跃。
2）复制型转座模式（replicative transposition） ）复制型转座模式（ ） 转座子作为可移动的元件被复制， 转座子作为可移动的元件被复制，一个拷贝保留在供 体原来的部位不变；另一个拷贝则插入到受体的位点上， 体原来的部位不变；另一个拷贝则插入到受体的位点上， 结果供体和受体都有一个转座子的拷贝。 结果供体和受体都有一个转座子的拷贝。 需两种酶： 需两种酶： 转座酶(transposase)：作用于靶位点和原来转座子两端。 转座酶(transposase)：作用于靶位点和原来转座子两端。 解离酶(resolvase)：作用于复制后的拷贝。 解离酶(resolvase)：作用于复制后的拷贝。
150bp 1.5kb
P att L C
A
B
S
U
att R gin
G 倒位区 38kb
C repressor for A, B B 33 kd 与转座有关 A 70 kd 转座酶 U, S 毒性蛋白 attL, attR 与寄主同源，反向重复，转座必需 与寄主同源，反向重复， Gin G区倒位酶 区倒位酶
指减低蛋白质合成速度的基因突变
造成插入位点靶DNA的少量碱基对重复 ② 造成插入位点靶 的少量碱基对重复 IS1、Tn10： 造成 的重复。 、 ： 造成9bp的重复。 的重复 IS3： 造成 或4bp的重复。 ： 造成3或 的重复。 的重复 IS4： 造成 ： 造成11bp的重复。 的重复。 的重复 ③ 插入位点出现新基因 复合转座子带有抗性基因（ 复合转座子带有抗性基因（如抗药性基因 ampc)，可产生两方面效应：一个基因的插入突 ，可产生两方面效应： 出现抗药基因。 变；出现抗药基因。
♣ 解离酶需要特异的内部
位点 双重功能： 双重功能：解离功能 tnpA及自身的阻遏物
♣ 拆分位点 –res
共合体拆分位点
♣
转座结果产生5bp 转座结果产生 的正向重复序列
●
转座的特点
a) 不依赖供体序列与靶位点间序列的同源性 不依赖供体序列与靶位点间序列的同源性 供体序列 b) 转座不是简单的转移，涉及转座子的复制 转座不是简单的转移， c) 转座插入的靶位点并非完全随机（插入专一型） 转座插入的靶位点并非完全随机（插入专一型） Hotspots (热点 热点) 热点 Regional preference ( 在3kb区域内的随机插入 区域内的随机插入) 区域内的随机插入 d) 某些转座因子（Tn3）对同类转座因子的插入具有排他性 某些转座因子（ ） （免疫性） 免疫性） e) 靶序列在转座因子两侧会形成正向重复 f) 转座因子的切除与转座将产生复杂的遗传学效应
a） 通过反义 ） 通过反义RNA的翻译水平控制 的翻译水平控制
♥ IS10R外侧边缘两个启动子 IS10R外侧边缘两个启动子 ♥ PIN控制IS10R的转录 控制IS10R的转录
－－弱启动子 －－弱启动子
♥ POUT：强启动子
向右转录宿主DNA 向右转录宿主DNA
♥ INRNA和OUTRNA INRNA和
♥ Tn10转座酶启动子含有GATC序列（其它转座子） Tn10转座酶启动子含有 转座酶启动子含有GATC序列 其它转座子） 序列（ ♥ E.coli中Dam甲基化酶 E.coli中Dam甲基化酶
作用使启动子相对钝化 只能利用刚刚复制完成 时出现少数转座酶
♥ IS10R的末端 IS10R的末端
IR也含有GATC， IR也含有 也含有GATC， 甲基化的GATC不能 甲基化的GATC不能 结合转座酶
3）种类与特点 ） （1） 两种类型： 两种类型： A 简单转座子（simple transposon） 简单转座子（ transposon） 或（插入序列 insertion sequence IS ） B 复合转座子（composite transposon） 复合转座子（ transposon） （2） 特征： 特征： a）两端有20～40bp的反向重复序列(IR) 两端有20～40bp的反向重复序列 的反向重复序列(IR) b）具有编码转座酶（transposase）的基因 具有编码转座酶（transposase） c）复合转座子除转座酶基因外还有1—数个基因。 复合转座子除转座酶基因外还有1 数个基因。 d）转座酶催化转座子插入新位点。 转座酶催化转座子插入新位点。
DNA的转座 的转座 （DNA transposition） ）
1、转座成分概述
1）转座子(元)或转座元件 ）转座子 元 或转座元件 (transposon or transposable element): 即能够反复插入到基因中许多位点的特殊DNA片段， 片段， 即能够反复插入到基因中许多位点的特殊 片段 它们可从一个位点转移到另一个位点， 它们可从一个位点转移到另一个位点，从一个复制子到另 一个复制子。（ 。（在转移时原来位置上的这些结构依然存在 一个复制子。（在转移时原来位置上的这些结构依然存在 或不存在）。 或不存在）。
转座酶
TnpA
TnpR
AmpR
IR 38bp
regulator
β- 内酰胺酶
b）两端重复序列为IS的复合转座子 ）两端重复序列为IS的复合转座子 IS e.g. IS插入到功能基因两端，可能形成复合转座因子 插入到功能基因两端， 插入到功能基因两端 其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列， 其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列， 序列 表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生 表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生 复合转座子。一旦形成复合转座子，IS序列就不能 复合转座子。一旦形成复合转座子，IS序列就不能 再单独移动，因为它们的功能被修饰了， 再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为 复合体移动。 复合体移动。
• 每种 元件具有不同序列，但有共同的组织形式 每种IS元件具有不同序列， 元件具有不同序列
插入序列IS1的结构 插入序列IS1的结构
B 复合转座子 ♣ 表示法：通常以Tn和后面加上数码表示， 表示法：通常以 和后面加上数码表示 和后面加上数码表示， 如Tn903。 。 ♣ 结构 a. 除有转座酶基因外还有其它表型基因， 结构: 除有转座酶基因外还有其它表型基因， 如：抗药基因，使宿主具表性效应。 抗药基因，使宿主具表性效应。 b. 两侧有重复序列。 两侧有重复序列。 c. 有的转座子的重复顺序就是 。 有的转座子的重复顺序就是IS。 ♣ 功能：和 IS 一样可以从一个位点转座到另一个位点。 功能： 一样可以从一个位点转座到另一个位点。
3、转座子的转作机制与模式 1）转座的一般模式 ）
转座子插到新的位点上，靶DNA上产生交错切口， 上产生交错切口， 转座子插到新的位点上， DNA上产生交错切口 所形成的单链末端与转座子两端的反向重复序列相连， 所形成的单链末端与转座子两端的反向重复序列相连， DNA聚合酶填补缺口 DNA连接酶封闭切口 聚合酶填补缺口， 连接酶封闭切口。 由DNA聚合酶填补缺口，DNA连接酶封闭切口。 转座结束后， DNA发生一个整向重复序列 发生一个整向重复序列。 转座结束后，靶DNA发生一个整向重复序列。
4） 保守型复制（conservative transpositionJ) ） 保守型复制（ 另一种非 复制型。与λ整 复制型。 合机制相似其 转座酶与λ 转座酶与λ模式
♣ 复制型转座
转座酶(tnpA)、 、 转座酶 解离酶(tnpR) 解离酶
A 插入序列 ♣ 最简单，是细菌染色体、质粒和某些噬菌体的 最简单，是细菌染色体、 正常组分，是一个自主的单位，每种IS均编码自身 正常组分，是一个自主的单位，每种 均编码自身 转座所需的蛋白质。 转座所需的蛋白质。 ♣ 命名： IS＋编号（鉴定类型） 命名： ＋编号（鉴定类型） 长度 700～2000bp ～