微生物中的转座因子
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转座子(真核).
2.非复制型转座(non replicative transposition)
根据在转座过程中有无交叉结构，而分为下面两种不同的 类型。
(1)剪-贴型转座(cut-and-paste transposition)
这类转座又叫简单插入，是一种非复制型转座过程。 * 在该过程中转座酶识别转座因子的末端，在转座因子的末 端进行双链切割， * 同时转座酶在受体的靶部位交错切割，然后转座子与靶部 位的切口末端相连接。而且，在转座子过程中，转座因子并 不与受体形成共整合体。这种类型的转座只需要转座酶。 * 很多插入序列(IS)和复合型转座子，如IS10、IS50、Tn5、 Tn10等就是以这种途径进行转座的。 图12
2.转座子插入带有与突出单链末端的切口之间，二者共价连接 起来， 3. 由此形成的两段靶序列单链区由 DNA 聚合酶Ⅰ或其它类似 的酶填充，再由连接酶将端口连接起来。交错末端的产生和 填充解释了在插入部位产生靶DNA正向重复的原因。
二、转座模型
根据转座因子在转座过程中是否有共整合体及转座因子是否有 复制而分为二种类型：复制型转座和非复制型转座；又可根据 转座过程的不同，而分为剪- 贴型转座、保守型转座和复制型 转座等。 1.复制型转座(replicative transposition) (1) 供体分子上的转座子首先被转座酶在其两端被交错切开， 使转座子的两个DNA链都带有游离的3’末端OH基。 (2) 转座酶在转座子两端进行切割的同时也对靶部位的两个链 进行交错切割， (3) 供体和靶链在切口处连接，转座子的每个 DNA 链的 3’ 末端 OH 基与靶位点切割后产生的突出单链 5’ 末端磷酸基团共价连 接，从而产生一种交叉结构。
•由于转座作用，使一些原来在染色体上相距甚远的基因组合 到一起，构建成一个操纵子或表达单元，也可能产生一些具 有新的生物学功能的基因和新的蛋白质分子。
转座子(真核)
这类转座又叫简单插入，是一种非复制型转座过程。
* 在该过程中转座酶识别转座因子的末端，在转座因子的末 端进行双链切割，
* 同时转座酶在受体的靶部位交错切割，然后转座子与靶部 位的切口末端相连接。而且，在转座子过程中，转座因子并 不与受体形成共整合体。这种类型的转座只需要转座酶。
* 很多插入序列(IS)和复合型转座子，如IS10、IS50、Tn5、 Tn10等就是以这种途径进行转座的。 图12
丝状真菌中的这些反转座子大多都属于gypsy组，具有pol和 gag两个阅读框架。
如尖孢镰刀菌中的Skippy，长度为7846 bp，末端有2个正 向重复的LTR (429 bp)，在靶位点产生5 bp的正向重复。中间 有2个ORF，第1个ORF的长度为2562 bp，与反转录病毒的 gag基因有同源性，第2个ORF的长度为3888 bp，与反转录病 毒pol基因编码的反转录酶、蛋白酶和RNase H有同源性，其 排列顺序与Gypsy组相同。其它一些真菌LTR-反转座子见表 4。
* 含有转座因子的这些真菌大多是属于植物病原真菌、工业真 菌或直接从田间分离的真菌，实验室内保存的菌株很少有转座 因子；另外这些真菌的遗传变异较大，但一般都不能进行有性 生殖。
真菌中转座因子的鉴定，一般是通过下面四种方法：
(1)克隆真菌中的重复序列，然后通过与其它生物中的已知转 座因子进行比较来进行确定。
•如果插入的是Tn转座子，则由于Tn转座子总是带有抗药性 基因，所以转座子插入引起的基因突变有两个表型效应，即 基因突变的表型效应和转座子带来的抗药性。
(二)DNA重排 (缺失、扩增和倒位)
•当转座因子插入某一基因后，一方面引起该基因的失活， 另方面也引起插入部位邻近片段的不稳定而产生缺失，该 现象首先在IS1中发现。以后在IS2、Tn3、Tn9等转座因子 中都发现了这一现象。
* 在该过程中转座酶识别转座因子的末端，在转座因子的末 端进行双链切割，
* 同时转座酶在受体的靶部位交错切割，然后转座子与靶部 位的切口末端相连接。而且，在转座子过程中，转座因子并 不与受体形成共整合体。这种类型的转座只需要转座酶。
* 很多插入序列(IS)和复合型转座子，如IS10、IS50、Tn5、 Tn10等就是以这种途径进行转座的。 图12
丝状真菌中的这些反转座子大多都属于gypsy组，具有pol和 gag两个阅读框架。
如尖孢镰刀菌中的Skippy，长度为7846 bp，末端有2个正 向重复的LTR (429 bp)，在靶位点产生5 bp的正向重复。中间 有2个ORF，第1个ORF的长度为2562 bp，与反转录病毒的 gag基因有同源性，第2个ORF的长度为3888 bp，与反转录病 毒pol基因编码的反转录酶、蛋白酶和RNase H有同源性，其 排列顺序与Gypsy组相同。其它一些真菌LTR-反转座子见表 4。
* 含有转座因子的这些真菌大多是属于植物病原真菌、工业真 菌或直接从田间分离的真菌，实验室内保存的菌株很少有转座 因子；另外这些真菌的遗传变异较大，但一般都不能进行有性 生殖。
真菌中转座因子的鉴定，一般是通过下面四种方法：
(1)克隆真菌中的重复序列，然后通过与其它生物中的已知转 座因子进行比较来进行确定。
•如果插入的是Tn转座子，则由于Tn转座子总是带有抗药性 基因，所以转座子插入引起的基因突变有两个表型效应，即 基因突变的表型效应和转座子带来的抗药性。
(二)DNA重排 (缺失、扩增和倒位)
•当转座因子插入某一基因后，一方面引起该基因的失活， 另方面也引起插入部位邻近片段的不稳定而产生缺失，该 现象首先在IS1中发现。以后在IS2、Tn3、Tn9等转座因子 中都发现了这一现象。
第八章-微生物的遗传变异与育种答案
第七章习题答案一、名词解释1.转座因子:具有转座作用得一段DNA序列、2.普遍转导:通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”,而将其遗传性状传递给受体菌得现象称为普遍转导。
3.准性生殖:就是一种类似于有性生殖,但比它更为原始得两性生殖方式,这就是一种在同种而不同菌株得体细胞间发生得融合,它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子、4.艾姆氏试验:就是一种利用细菌营养缺陷型得回复突变来检测环境或食品中就是否存在化学致癌剂得简便有效方法5.局限转导:通过部分缺陷得温与噬菌体把供体得少数特定基因携带到受体菌中,并与后者得基因整合,重合,形成转导子得现象、6.移码突变:诱变剂使DNA序列中得一个或几个核苷酸发生增添或缺失,从而使该处后面得全部遗传密码得阅读框架发生改变、7、感受态:受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化得一种生理状态、8、高频重组菌株:该细胞得F质粒已从游离态转变为整合态,当与F菌株相接合时,发生基因重组得频率非常高、9、基因工程:通过人工方法将目得基因与载体DNA分子连接起来,然后导入受体细胞,从而使受体细胞获得新得遗传性状得一种育种措施称基因工程。
10、限制性内切酶:就是一类能够识别双链DNA分子得特定序列,并能在识别位点内部或附近进行切割得内切酶。
11.基因治疗:就是指向靶细胞中引入具有正常功能得基因,以纠正或补偿基因得缺陷,从而达到治疗得目得。
12.克隆:作为名词,也称为克隆子,它就是指带有相同DNA序列得一个群体可以就是质粒,也可以就是基因组相同得细菌细胞群体。
作为动词,克隆就是指利用DNA体外重组技术,将一个特定得基因或DNA序列插入一个载体DNA分子上,进行扩增。
二、填空1.微生物修复因UV而受损DNA得作用有光复活作用与切除修复、2.基因组就是指一种生物得全套基因。
3.基因工程中取得目得基因得途径有 _____3_____条。
4.基因突变可分为点突变与染色体突变两种类型。
转座因子1
2.1.4未分类的转座子
未分类的转座子包括粪链菌（ Streptococcus faecalis ） 的Tn916和金黄色葡萄球菌（Straphylococcus aureus） 的Tn554等，其转座方式与众不同。例如Tn916可以插 入到宿主的许多位点；但既非转化，又非转导；转移 过程抗DNaseI；无细胞提取液转移无效，足见转座要 有细胞的接触；然而Tn916可以原处切下，转移到同 一染色体的另一处，则又表明转座细胞无须接触。 Tn554无末端反向重复序列，却能高频插入宿主的特 异位点，插入处宿主DNA无重复。Tn916和Tn554的转 座机制，都还没有经过仔细研究。
2.2.2插入位置上出现的基因
如果转座因子上带有抗药基因，那么 它一方面造成一个基因的插入突变， 另一方面在这一位置上出现一个新的 抗药基因。对于Mμ来讲，这一位置上 出现了一个原噬菌体。
2.2.3造成插入位置受体DNA的 少数核苷酸对的重复
假 定 转 座 因 子 的 核 苷 酸 顺 序 是 XYZ ， 受 体 DNA的一部分核苷酸顺序是ABCD，插入位置 是在B和C之间，那么插入以后的受体DNA的 核苷酸顺序将是ABXYZBCD，其中B代表少数 核苷酸对（到现在为止发现的各种转座因子 中B 的数目是3-11bp）的重复。
2.2.6切离
转座因子可以从原来的位置上消失，这一 过程称为切离。准确的切离使插入失活的 基因发生回复突变，不准确的切离并不带 来回复突变，而是带来染色体畸变。通过 切离而消失的转座因子的命运还不清楚。
2.2.7质粒与染色体的整合
通过同源重组和转座作用使质粒与染 色体发生整合。
2.3转座机制（见5-1.5-2）
Байду номын сангаас
第七章微生物中的转座因子
转座酶负责识别切割转座子的两端以及在靶位点造成切口。 有些IS含有2个或2个以上的开放阅读框架，它们除编码转座 酶外，还编码用于调控转座酶活性的调节蛋白。
2021/4/8
5
插入序列的结构，IR表示反转重复
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6
③ 在IS插入时，在靶DNA位点产生一个短的、长度一般为39bp正向重复顺序(direct repeat sequence，DR)，分布在 IS的两侧。
Tn与IS的主要区别是携带与转座无关的药物抗性或其他特 性的基因。Tn一般具有抗生素抗性的基因，因为这些基因 容易鉴别，故研究得较为广泛和深入。
2021/4/8
9
转座子结构示意图：（A）为Tn5，在两个相向反转重复序列之间含有 抗Km、抗Ble、抗Str的基因。（B）为Tn3，在两个反向反转重复序列 间除含有编码转座酶基因外，还含有抗Ap的β-内酰胺酶基因和解离酶 （Resolvase）基因。
弗氏链霉菌
17
几种复杂转座子(TnA) 的结构示意图
IR Tn3
转座酶
解离酶
Ampr
IR
res
IR
转座酶 解离酶
Merr
IR
Tn501
res
IR Tn21
转座酶
解离酶 Sul
res
IR Tn1000
转座酶
解离酶
res 重组位点
Strr
IR
IR
三、细菌转座因子的插入机制、转座模型
转座因子不同于噬菌体和质粒，它们不是独立的复制子， 不能独立存在。所有转座因子，包括插入序列、复合转座子、 TnA等的转座机制都很相似。
2021/4/8
11
1.复合转座子
复合转座子是由两个完全相同或类似的插入序列IS和某种 抗药性基因组成的复合因子，IS作为Tn的两个臂或称两个末 端，两个IS在Tn中做正向或反向排列。在这类转座子中，IS 可以带动整个Tn的转座，也可单独进行转座。
微生物的遗传变异与育种答案解析
第七章习题答案一.名词解释1.转座因子：具有转座作用的一段DNA序列.2.普遍转导：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌的现象称为普遍转导。
3.准性生殖：是一种类似于有性生殖,但比它更为原始的两性生殖方式,这是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的融合,它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子.4.艾姆氏试验：是一种利用细菌营养缺陷型的回复突变来检测环境或食品中是否存在化学致癌剂的简便有效方法5.局限转导：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体的少数特定基因携带到受体菌中,并与后者的基因整合,重合,形成转导子的现象.6.移码突变：诱变剂使DNA序列中的一个或几个核苷酸发生增添或缺失,从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变.7.感受态：受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态.8. 高频重组菌株：该细胞的F质粒已从游离态转变为整合态,当与F- 菌株相接合时,发生基因重组的频率非常高.9.基因工程：通过人工方法将目的基因与载体DNA分子连接起来，然后导入受体细胞，从而使受体细胞获得新的遗传性状的一种育种措施称基因工程。
10.限制性内切酶：是一类能够识别双链DNA分子的特定序列，并能在识别位点内部或附近进行切割的内切酶。
11.基因治疗：是指向靶细胞中引入具有正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗的目的。
12.克隆：作为名词，也称为克隆子，它是指带有相同DNA序列的一个群体可以是质粒，也可以是基因组相同的细菌细胞群体。
作为动词，克隆是指利用DNA体外重组技术，将一个特定的基因或DNA序列插入一个载体DNA分子上，进行扩增。
二. 填空1.微生物修复因UV而受损DNA的作用有光复活作用和切除修复.2.基因组是指一种生物的全套基因。
3.基因工程中取得目的基因的途径有 _____3_____条。
4.基因突变可分为点突变和染色体突变两种类型。
微生物的转座因子
总结：以符号
• 用“::”表示各类转座子的插入，如： gal T::IS1 , gal E::IS4 , gal OP::IS1
第二节 细菌转座子的插入机制和转座模型
一、插入机制 • 靶序列DNA双链被交错切割 • 转座因子插入到切口处，两条链的各一端共价相连 • 靶序列的单链部分通过复制修补上，原来的靶序列转 座后变为转座子两侧的正向重复序列，其长度与Tn种 类有关，有的4bp有的9bp。
二、转座因子的遗传学效应
• 转座因子能引起许多遗传效应，主要包括：插入突变、 极性效应、DNA重排(缺失、扩增和倒位)等。 1. 插入突变 • 插入结构基因，引起钝化或失活，插入位点出现新基因。 如： lac + lac::Tn kmr 表型为 kmr Lac—，增加了卡那霉素抗性基因。 插入的基因被破坏后，有可能出现各种各样的突变体。
• 3. DNA重排(缺失、扩增和倒位) • (1)当一个转座因子插入后由于不准确的切离带来染色 体的畸变。如： hisG::Tn10 Tcr 表型His- Tcr 准确切离 不准确切离
his+ Tcs
his - Tcs
• (2) 插入区域有两个或以上转座子时，有时还会出现少 数核苷酸对的缺失、重复、倒位等。转座因子插入引 起缺失的原因推测可能是： – 首先一个转座子以相同方向转座到含有另一相同转 座子的邻近位置上，这两个正向重复的转座因子之 间发生同源重组，就导致宿主染色体上两个转座子 之间DNA片段的缺失。 – 同理，如果转座因子以相反方向转座到含有另一相 同转座子的邻近位置上，然后发生重组，引起宿主 染色体上两个转座子之间DNA片段的倒位。 – 当染色体外一个含有转座因子的DNA片段呈环型状 态时，与包含相同转座因子的染色体发生同源重组， 可以使染色体外的DNA片段整合到染色体上，引起 染色体DNA的扩增。
微生物中转座因子
② 大多数IS都含有一个编码转座酶（Transposnase 简称 Tnp）的长编码区，其启动子位于一端的反向重复序列之内， 而刚好终止于另一端的反向重复序列之前或之内。
转座酶负责识别切割转座子的两端以及在靶位点造成切口。 有些IS含有2个或2个以上的开放阅读框架，它们除编码转座 酶外，还编码用于调控转座酶活性的调节蛋白。
细菌抗药性转座子一般可分为两类：
复合转座子 (composite transposon) 复杂转座子 (complex transposon)
第10页/共61页
1.复合转座子
复合转座子是由两个完全相同或类似的插入序列IS和某种 抗药性基因组成的复合因子，IS作为Tn的两个臂或称两个末 端，两个IS在Tn中做正向或反向排列。在这类转座子中，IS 可以带动整个Tn的转座，也可单独进行转座。
CamR Tn9 2638bp
TetR Tn10 9300bp 第13页/共61页
IS1 IS10
2.复杂转座子(TnA转座子)
复杂转座子的长度约5000bp，它的两端是长度为3040bp的末端反向重复序列(IR)或正向重复序列(DR)，中 央是转座酶基因和抗药性基因。
这类转座子总是作为一个单位转座，而不是象复合转座 子那样，其IS末端本身就能独立转座。由于复杂转座子性 质和结构非常相似，其IR顺序大小接近，而且大部分具有 同源性，因此为了讨论方便，常将这类转座子统称为TnA 转座子。
1bp差异
相同 相同 相同
完整功能 功能减弱
完整功能 无功能
都有功能
都有功能
都有功能
G-细菌
G-细菌
G-细菌 G-细菌 G-细菌
第11页/共61页
上表是一些复合转座子的基本特征，可以看出，Tn9、 Tn903和Tn1681中两个IS完全相同，而Tn10的左臂 (1S10L)和右臂(IS10R)之间有2.5％的碱基序列差异， 不过IS10L和IS10R的末端反向重复序列是完全相同的。
转座酶负责识别切割转座子的两端以及在靶位点造成切口。 有些IS含有2个或2个以上的开放阅读框架，它们除编码转座 酶外，还编码用于调控转座酶活性的调节蛋白。
细菌抗药性转座子一般可分为两类：
复合转座子 (composite transposon) 复杂转座子 (complex transposon)
第10页/共61页
1.复合转座子
复合转座子是由两个完全相同或类似的插入序列IS和某种 抗药性基因组成的复合因子，IS作为Tn的两个臂或称两个末 端，两个IS在Tn中做正向或反向排列。在这类转座子中，IS 可以带动整个Tn的转座，也可单独进行转座。
CamR Tn9 2638bp
TetR Tn10 9300bp 第13页/共61页
IS1 IS10
2.复杂转座子(TnA转座子)
复杂转座子的长度约5000bp，它的两端是长度为3040bp的末端反向重复序列(IR)或正向重复序列(DR)，中 央是转座酶基因和抗药性基因。
这类转座子总是作为一个单位转座，而不是象复合转座 子那样，其IS末端本身就能独立转座。由于复杂转座子性 质和结构非常相似，其IR顺序大小接近，而且大部分具有 同源性，因此为了讨论方便，常将这类转座子统称为TnA 转座子。
1bp差异
相同 相同 相同
完整功能 功能减弱
完整功能 无功能
都有功能
都有功能
都有功能
G-细菌
G-细菌
G-细菌 G-细菌 G-细菌
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上表是一些复合转座子的基本特征，可以看出，Tn9、 Tn903和Tn1681中两个IS完全相同，而Tn10的左臂 (1S10L)和右臂(IS10R)之间有2.5％的碱基序列差异， 不过IS10L和IS10R的末端反向重复序列是完全相同的。
生工09微生物遗传-5-转座因子
IR
IR
IS：插入序列 TnA：复杂转座 子 Tn:复合转座子
IS
IS
6.2.4 细菌转座因子的插入机制
转座子插入到一个新的部位的通常步骤是： 在靶DNA上制造一个交错的切口，然后转座 子与突出的单链末端相连接，并填充切口。
交错末端的产生和填充解释了在插入部位 产生靶DNA正向重复的原因。链的切口之间 的交错决定了正向重复的长度。
转座引起的DNA缺失
转座引起的DNA倒位
确定微生物基因组功能
应用转座子及其相关技术, 全面确定了微 生物基因组功能特征, 特别是分支菌属基 因组功能. 例如, 结核分支杆菌模式菌株的必需基因 组及其相关功能均用此类方法得到确认
鉴别菌株及群体多样性
转座子通常限制性地分布于特定的真菌菌 株或群体中, 可以作为特定菌株的诊断工 具. 已用于丝状真菌群体多样性分析.
埃氏巨型球菌（Megasphaera elsdenii）是奶牛 瘤胃内一种常见的革兰氏阴性乳酸发酵菌，它能 发酵很多种不同的可溶性碳水化合物，利用丙烯 酸途径将乳酸分解为丙酸，或者经乙酰辅酶A途径 在乙酸激酶（AK）和磷酸转乙酰酶（PTA）的作用 下生成乙酸[1]。 奶牛在妊娠后期和泌乳初期及疾病状态下，瘤胃 内发酵菌的数量和比例发生改变，使丙酸生成减 少，而乙酸生成增加[2]。 恢复和重建瘤胃微生物区系，不仅可增强围产期 奶牛的消化功能，增加采食量，还可提高生糖先 质丙酸的生成量，纠正或缓解围产期奶牛能量负 平衡。
6、微生物中的转座因子
主要内容
6.1 转座子概述
6.2 细菌转座子的类型和结构
6.3 细菌转座子的遗传效应和应用
6.1 转座子概述
6.1.1 概念
《中国大百科全书生物学》卷遗传学条目―转座因子
细
胞中能改变自身位置的一段脱氧核塘核酸 （Ｎ ）序 ＤＡ 列。转座因子改变位置（ 例如从染色体上的一个位置 转移到另一个位置， 或者从质粒转移到染色体上） 的行
为称为转座。 第一个转座因子是四十年代美 国遗 传学家 Ｂ ．麦
图 １ 转座子 Ｔ ３的分子结 构示意图 ｎ Ｉ ：末端反向重复顺序 ； Ｔ ｐ Ｒ ｎＡ：转座酶 基因 ：
转座 子：以 Ｔ ｎ表示， ＊ １Ｔ ２等。分子大 如 Ｔ ，ｎ ｎ 小一般在 ２００ ５００ ，０－２，０ 碱基对之间，两端有相同的
序 列， 如果它们的方向相反 ， 则称为反向重复顺序 Ｉ） Ｒｏ 某 些转座 子的 Ｉ 便是 已知的 Ｉ Ｒ Ｓ因子， 这些 Ｉ 既可 Ｒ 以作 为 Ｔ 的一个部分而转座， 可以 单独 转座。转 ｎ 也 座 子除 含有与转座有关的基因与核营酸序列外 ，还含 有一些其 他的基 因。 已发现近 ４ 种不同的转座子分别 ０ 带有不 同的抗菌 素抗性基 因， 乳糖基 因、 热稳定肠毒素
基 因编码 的转座酶在这一过程中是不可缺少的。Ｔ ｐ ｎＲ 基 因编码 的多肤除 了对 Ｔ ｐ 基因与 Ｔ ｐ ｎＡ ｎＲ基因本身 的表 达有 阻遏作用外 ，对于使共合体解开成为各带一 个 Ｔ３ ｎ 的两个质粒的过程也是不可缺少的。
４８
（ 下转第３页） ０
处有与转座有关的Ａ 基因与Ｂ 基因， ， 在Ａ Ｂ 基因与末 端之间还有一段不长的核营酸序列，这一序列编码的 产物对 Ａ Ｂ基因的表达有负控制作用。 ， 真核生物中的转座因子 玉米籽粒色斑的产
生、 果蝇复眼 颜色 的变异 、 啤酒酵母接合型的转换等现 象， 都与转 座因子 在染色体上 的转座有关。 果蝇的转座因子有 ｃ ｉ ４２ ２７ ｏ ａ １ 与 ９ 等，它们的 ｐ ， 两端都有同向的重复序列 ，这些重复序列的两端又有 较短的反向重复序列。 ｃｐ ｏｉ ａ分散在 染色体的不同位
hzau微生物遗传七章细菌转座因子
第七章
细菌转座因子
转座因子（transposable element）是一类广泛存在于细菌、病 毒和真核生物DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片 段，它可以在同一细胞内DNA复制子间转移，也可以在一个 复制子内部转移。 转座因子的共同特征是：插入寄主DNA后，导致基因失活； 插入时在靶DNA位点产生一个短的正向重复顺序。
3. 复制型转座涉及到两种类型的酶：一种是转座酶，它作用 于原位点的转座因子的两端序列；另一种是解离酶 （resolvase），它作用于复制拷贝的拆分。
四、Mu噬菌体的转座
转座噬菌体是具有转座功能的一类可引起突变的溶源性噬菌 体。这类噬菌体不论是进入裂解循环还是处于溶源状态，均 可整合到寄主染色体上。其中研究得较多的是Mu噬菌体。 Mu噬菌体(mutator phage)，即突变者的意思，不同于一般的 温和噬菌体： 1) Mu DNA几乎可插入到宿主染色体的任何一个位点上，而 一般的温和噬菌体在宿主染色体上有特定插入位点。 2) Mu噬菌体DNA的两端没有黏性末端，它的整合方式不同 于λ噬菌体，而类似于转座因子的作用
1. Mu噬菌体的遗传图
宿主DNA
晚期mRNA 合成激活因子 lys
头部和尾部基因
可变化末 端的宿主 DNA
整合复制
c attL
AB
C
D E H F G I T J KL M Y N P
R S U U’ S’ attR
2. Mu噬菌体的转座及其生活史
MuCts突变，受高温 诱导进入裂解循环
C蛋白表达
2. 复杂转座子(TnA转座子)
复杂转座子的长度约5000bp，它的两端是长度为30-40bp的 末端反向重复序列(IR)或正向重复序列(DR)，中央是转座酶 基因和抗药性基因。
细菌转座因子
转座因子（transposable element）是一类广泛存在于细菌、病 毒和真核生物DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片 段，它可以在同一细胞内DNA复制子间转移，也可以在一个 复制子内部转移。 转座因子的共同特征是：插入寄主DNA后，导致基因失活； 插入时在靶DNA位点产生一个短的正向重复顺序。
3. 复制型转座涉及到两种类型的酶：一种是转座酶，它作用 于原位点的转座因子的两端序列；另一种是解离酶 （resolvase），它作用于复制拷贝的拆分。
四、Mu噬菌体的转座
转座噬菌体是具有转座功能的一类可引起突变的溶源性噬菌 体。这类噬菌体不论是进入裂解循环还是处于溶源状态，均 可整合到寄主染色体上。其中研究得较多的是Mu噬菌体。 Mu噬菌体(mutator phage)，即突变者的意思，不同于一般的 温和噬菌体： 1) Mu DNA几乎可插入到宿主染色体的任何一个位点上，而 一般的温和噬菌体在宿主染色体上有特定插入位点。 2) Mu噬菌体DNA的两端没有黏性末端，它的整合方式不同 于λ噬菌体，而类似于转座因子的作用
1. Mu噬菌体的遗传图
宿主DNA
晚期mRNA 合成激活因子 lys
头部和尾部基因
可变化末 端的宿主 DNA
整合复制
c attL
AB
C
D E H F G I T J KL M Y N P
R S U U’ S’ attR
2. Mu噬菌体的转座及其生活史
MuCts突变，受高温 诱导进入裂解循环
C蛋白表达
2. 复杂转座子(TnA转座子)
复杂转座子的长度约5000bp，它的两端是长度为30-40bp的 末端反向重复序列(IR)或正向重复序列(DR)，中央是转座酶 基因和抗药性基因。
转座因子新版
在交叉构造中，其交错末端都具有单链区，此单链区是为 DNA合成提供模板旳假复制叉(pseudoreplication forks)，假如复 制从二个假复制叉继续进行，那么将经过转座子并在其末端终 止，从而形成二个拷贝旳转座子。
供体和受体形成旳这种构造称为共整合体(cointegrate)。
所谓共整合体，就是两个或两个以上旳复制子经过共价键连 接在一起。共整合体在原来两个分子之间结合处具有两个转 座子旳拷贝，方向为正向反复。
IS21 2132 10/11 4
2
R68-45(铜绿假单孢菌
IS50 1534 8/9
9
3
Tn5(肠杆菌)
IS51 1311 26/26
3
2 萨氏假单胞菌
(Pseudomonase savastanoi)
IS91 1800 8/9
0
1 pSU233(肠杆菌)
IS150 1443 19/24 3
(4) 交错末端旳产生和填充解释了在插入部位产生靶DNA正 向反复旳原因。
转座因子旳插入引起靶序列反复 靶序列反复旳产生过程
图10-5 转座因子旳插入机制
2. 细菌转座因子旳转座模型
(1) 剪-贴型转座(cut-and-paste transposition)
此类转座又叫简朴插入，是一种非复制型转座过程。
5 Shigella flexneri
Tn501 8200 Hgr 38
5 Pseudomonase aeruginosa
Tn1000 (Υδ) 5800 无 37
5 E. coli
起源于G＋ 细菌
Tn551 5300 Ery(erythromycin) 35 5 Staphylococcus aureus
供体和受体形成旳这种构造称为共整合体(cointegrate)。
所谓共整合体，就是两个或两个以上旳复制子经过共价键连 接在一起。共整合体在原来两个分子之间结合处具有两个转 座子旳拷贝，方向为正向反复。
IS21 2132 10/11 4
2
R68-45(铜绿假单孢菌
IS50 1534 8/9
9
3
Tn5(肠杆菌)
IS51 1311 26/26
3
2 萨氏假单胞菌
(Pseudomonase savastanoi)
IS91 1800 8/9
0
1 pSU233(肠杆菌)
IS150 1443 19/24 3
(4) 交错末端旳产生和填充解释了在插入部位产生靶DNA正 向反复旳原因。
转座因子旳插入引起靶序列反复 靶序列反复旳产生过程
图10-5 转座因子旳插入机制
2. 细菌转座因子旳转座模型
(1) 剪-贴型转座(cut-and-paste transposition)
此类转座又叫简朴插入，是一种非复制型转座过程。
5 Shigella flexneri
Tn501 8200 Hgr 38
5 Pseudomonase aeruginosa
Tn1000 (Υδ) 5800 无 37
5 E. coli
起源于G＋ 细菌
Tn551 5300 Ery(erythromycin) 35 5 Staphylococcus aureus
五节微生物中转座因子
第五节微生物中的转座因子转座因子（transposable element，TE）是一类广泛存在于细菌、病毒和真核生物DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片段，它可以在同一细胞内DNA复制子间转移，也可以在一个复制子内部转移。
转座因子是20世纪40年代由Barbara McClintock在进行玉米的遗传学研究时首先发现的，她因此而荣获了1983年度的诺贝尔奖。
尔后在细菌中得到了广泛和深入的研究。
转座因子的共同特征是：插入寄主DNA后，导致基因失活；插入时在靶DNA位点产生一个短的正向重复顺序。
一转座子的发现和分类转座因子：是基因组内一段相对独立的、可移动序列，它们不必借用噬菌体或质粒的形式就可以从基因组的一个部位直接转移到另一个部位，这个过程称为转（transposition）。
转座子每次移动时携带着转座必需的基因一起在基因组内跃迁，所以转座子又称跳跃基因（jumping gene）。
转座子的转座特点（1）基因组内移动；（2）不依赖于供体与受体间的序列关系；（3）一般仅移动转座子序列本身。
根据转座因子的转座机理，将转座因子分为两类：第一类是DNA转座子(DNA transposon)，其转座过程是从DNA→DNA，这类转座因子存在于原核生物和真核生物中，如细菌的转座子和插入序列；第二类是反转座子(retrotransposon)，其转座过程是以RNA为中间体，即从DNA→RNA→cDNA → DNA转座。
二、细菌转座因子的类型和结构细菌转座因子分为四个类型：插入序列（insertion sequence，IS）转座子（transposon，Tn）转座噬菌体（Mu）接合型转座子一）、插入序列插入序列也称IS因子，它是最简单的转座因子。
IS因子的长度一般为0.7-2.5 kb。
⏹最简单的转座因子，不含任何宿主基因的可转座的DNA序列（insertion sequences, IS）。
⏹IS元件是独立的结构单位，每个元件只编码为自身转座所需要的蛋白质。
转座因子
转座噬菌体是一种溶菌周期和溶源性交替方式的噬菌体
Mu噬菌体
① 线形双链DNA分子，既有温和噬菌体的特性，又有转座子的特性。其DNA几 乎可以插入到宿主染色体的任何一个位点，可以诱导大肠杆菌突变。
② 噬菌体DNA的多个拷贝转座到染色体DNA的许多位点上，最终由这些染色
体上的转座单位进行噬菌体包装。
段正向重复序列。不同转座子的靶序列长度不同，但特定 转座子所复制的靶序列长度主靶细胞一小段（4~15bp）DNA，在IS序列 两端形成正向重复区
转座起始的时候形成“a
strand transfer complex ”
在这个复合物中，转座子通过
两侧各一条单链与位点连接。
（transposase)的编码基因。
转座酶识别末端重复序列，并可交错5bp切割靶DNA，使 转座子插入。 3.是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。
IR
Transposase Gene
IR
具体过程： 首先转座酶交错切开宿主靶位点，然后IS插入， 与宿主的单链末端相连接，余下的缺口由DNA聚 合酶和连接酶加以填补，最终插入的IS两端形成 了DR或靶重复。
切割-粘贴机制(cut-and-paste mechanism) 首先交错切开靶DNA，转座子插入到DNA上新的位点， 转座子连接到靶的凸出单链上，最后填补空缺完成转座。 转座时的插入作用有一个普遍特征：受体分子中有一段很 短的（3～12bp）、被称为靶序列的DNA会被复制，使
插入的转座子位于两个重复的靶序列之间，从而形成了一
转座产生新的基因
如果转座子上带有抗药性基因，在造成插入突变的同
时，也使该位点带上抗性
转座产生的染色体畸变
往往导致转座子两个拷贝之间的同源重组，一起DNA 缺失或倒位。
转位因子transposableelement
• PFLP的基础是高度重复序列和点突变。
串联重复顺序多态性
• 重复单位很小，但重复次数有较大的变化，主 要发生在小卫星DNA和微卫星DNA中，也称为 可变数目的串联重复序列( variable number of tandem repeats VNTRS)。
• 小卫星DNA多态性：由于重复单位的数目不同 引起。
• 接合型Tn：
Transposable phage
• 具有转座功能的溶源性噬菌体，包括Mu 和D108等。
Eukaryote Genome
• 基因组结构与功能的特点 • 基因组结构 • 人类基因组的组织结构特征 • 人类基因组计划
真核生物基因组结构与功能
的特点
• 1、含两份同源的基因组
• 2、结构复杂，基因数庞大，具有许多复 制起点，每个复制子大小不一。
启动子（promoter)
• 是RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA 序列，位于结构基因转录起始点的上游25bp处，本身不被转录。
• 启动子必须与转录因子结合才能被RNA 聚合酶识别与结合。
• TATA盒。
上游启动子元件（upstream
promoter elements)
• TATA盒上游的一些特定的DNA序列， 反式作用因子能与这些元件结合调控基 因的转录效率。
人类基因组的重复序列
• 1、反向重复序列（inverted repeats)：5% • 2、串联重复序列（tandem repeats):具有一
个固定的重复单位，头尾相连。10% （1）编码区串联重复顺序 （2）非编码区串联重复顺序
3、散在重复顺序（interspersed repeats)
反向重复序列（inverted
串联重复序列（tandem
串联重复顺序多态性
• 重复单位很小，但重复次数有较大的变化，主 要发生在小卫星DNA和微卫星DNA中，也称为 可变数目的串联重复序列( variable number of tandem repeats VNTRS)。
• 小卫星DNA多态性：由于重复单位的数目不同 引起。
• 接合型Tn：
Transposable phage
• 具有转座功能的溶源性噬菌体，包括Mu 和D108等。
Eukaryote Genome
• 基因组结构与功能的特点 • 基因组结构 • 人类基因组的组织结构特征 • 人类基因组计划
真核生物基因组结构与功能
的特点
• 1、含两份同源的基因组
• 2、结构复杂，基因数庞大，具有许多复 制起点，每个复制子大小不一。
启动子（promoter)
• 是RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA 序列，位于结构基因转录起始点的上游25bp处，本身不被转录。
• 启动子必须与转录因子结合才能被RNA 聚合酶识别与结合。
• TATA盒。
上游启动子元件（upstream
promoter elements)
• TATA盒上游的一些特定的DNA序列， 反式作用因子能与这些元件结合调控基 因的转录效率。
人类基因组的重复序列
• 1、反向重复序列（inverted repeats)：5% • 2、串联重复序列（tandem repeats):具有一
个固定的重复单位，头尾相连。10% （1）编码区串联重复顺序 （2）非编码区串联重复顺序
3、散在重复顺序（interspersed repeats)
反向重复序列（inverted
串联重复序列（tandem
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(Kan)
生长
第三节
丝状真菌中的转座因子
一、丝状真菌中的转座现象 真菌转座因子的鉴定方法： 1.克隆真菌中的重复序列，然后与其他生物中的已知转座因 子进行比较来确定。 2.根据真菌的缺陷型表型来鉴定转座因子。
3. 通过同源杂交，即以别的生物中的转座因子为探针进行杂
交筛选。 4. 通过DNA序列分析。
长度kb 9.3 5.7 3.1 2.5 2.08
遗传标 末端特 记 征 TetR KanR KanR CamR 胞外肠 毒素 IS10R IS10L IS50R IS50L IS903 IS1 IS1
末端两 IS排向 反向 反向 反向 同向 反向
IS关系 2.5%差异 1bp差异 相同 相同 相同
二、细菌转座子
带有抗性基因并能在不同的DNA分子之间移动的遗传单位 叫做细菌转座子(bacterial transposon，Tn)。
细菌抗药性转座子一般可分为两类： 复合转座子 (composite transposon) 复杂转座子 (complex transposon)
1. 复合转座子
转座子 Tn10 Tn5 Tn903 Tn9 Tn1681
2. DNA转座子 结构特征与细菌转 座子类似，两端具 有反向重复序列， 中间有编码转座酶 的ORF，在靶位点 两端形成正向重复 序列。
第四节
酵母中的转座因子
本章思考题
1、转座因子分哪几类？它们之间有何异同？ 2、何谓复合转座子、复杂转座子？各有何特点？ 3、根据复制机制，将转座子分为哪几类？各有何特点？
第一节
细菌转座因子的类型和结构
细菌转座因子分为四个类型： 插入序列（insertion sequence IS） 转座子（transposon Tn） 接合型转座子 转座噬菌体（Mu）
一、插入序列
插入序列也称IS因子，它是最简单的转座因子。
插入序 列 IS1 IS2 IS3 IS4 IS5
长度/bp 768 1327 1400 1428 1195
受抑制， 维持溶原状态
晚期基因表达 包装酶切割 50b 37kb 1kb
Mu DNA包装
五、细菌接合型转座子
接合型转座的特点是：不具有反向重复序列，在转座时不 引起靶位点DNA上核苷酸序列产生正向重复；转座过程中 是通过“切除-插入”机制来完成的；在转移过程中，会形 成共价、闭合、环状的中间体，在同一细胞中的不同DNA
1. Mu噬菌体的遗传图
宿主DNA
晚期mRNA 合成激活因子 lys
头部和尾部基因
可变化末 端的宿主 DNA
整合复制
c attL
AB
C
D E H F G I T J KL M Y N P
R S U U’ S’ attR
2. Mu噬菌体的转座及其生活史
MuCts突变，受高温 诱导进入裂解循环
C蛋白表达
IR
Tn3 IR Tn501 IR 转座酶 转座酶
转座酶
res
解离酶
Amp
IR
解离酶
res
Mer
IR
Tn21
解离酶
res
Sul
Str
IR
转座子 Tn1 Tn3 Tn21
长度/bp 5000 4957 19600
遗传标记 Amp Amp Mer Str Sul
末端反向 重复/bp 38 38 38
两侧靶点正向 重复/bp
复制型转座的特点：
1. 在复制型转座过程中，转座子被复制，一个拷贝仍保留在 原来的位置上，另一个拷贝则插入到新的位点上，这种类 型的转座伴随着转座子拷贝数的增加。 2. 在转座过程中有共整合体的出现。
3. 复制型转座涉及到两种类型的酶：一种是转座酶，它作用 于原位点的转座因子的两端序列；另一种是解离酶 （resolvase），它作用于复制拷贝的拆分。
位点进行整合或通过接合作用进入受体细胞后整合到受体
细胞的DNA上。
第二节
细菌转座因子的遗传效应和应用
一、转座因子的遗传效应 转座因子能引起许多遗传变异： 1. 插入突变 由于Tn总是带有抗药性基因，所以转座子插入后除能引起 基因突变外，还具有转座子带来的抗药性。 2.DNA重排(缺失、倒位和扩增)
二、丝状真菌中转座因子类型
根据转座机理，可将丝状真菌的转座因子分为两大类：
1. 类似反转录病毒的反转座子 2. 类似于细菌转座因子的DNA转座子
1. 类似反转录病毒的反转座子 根据反转座子的两端是否具有类似反转录病毒的长末端重 复序列LTR而分为两种类型： a. LTR-反转座子 b. 非LTR-反转座子
4、为什么说Mu噬菌体不同于一般的温和噬菌体？在应用中它与IS、 Tn比较有何优点？
5、何谓极性效应？引起极性效应的可能原因是什么？
6、如何利用转座子进行随机诱变和定位诱变？
7、简述三亲本杂交的原理和基本步骤？ 8、举例说明丝状真菌中转座因子的不同类型。
IS功能 完整功能 功能减弱 完整功能 无功能 都有功能 都有功能 都有功能
来源 G-细菌 G-细菌 G-细菌 G-细菌 G-细菌
2. 复杂转座子(TnA转座子)
复杂转座子的长度约5000bp，它的两端是长度为30-40bp的 末端反向重复序列(IR)或正向重复序列(DR)，中央是转座酶 基因和抗药性基因。
弗氏链霉菌
三、细菌转座子的插入机制、转座模型
转座子不同于噬菌体和质粒，它们不是独立的复制子， 不能独立存在。 根据转座子在转座过程中是否复制而分为两种类型： 复制型转座和非复制型转座
据转座过程中是否有共整合体，可分为：
剪-贴型转座、保守型转座和复制型转座
1．剪-贴型转座 （cut and paste transponsition）
二、转座子的应用
1. 随机诱变
转座子载体应具有下面两个功能：
①能通过转化或接合作用导入受体菌 ②在受体菌中不能自我复制，为自杀型质粒载体
Genome Priming System (NEB)
2. 定位诱变 定位诱变与随机诱变的原理类似，但诱变中首先需要将转座 子，如Tn5，整合在基因组上。然后将要诱变的目的基因克 隆到质粒如F质粒上。将含有目的基因的F′质粒转入基因组 已整合有Tn5的大肠杆菌中，再与受体菌杂交进行诱变，最 后筛选突变型接合子。
F’ Tn5 F’
(Kan) Δ(lac pro) F’ lac+ pro+ Δ(lac pro) galE strA F’ lac+ pro+
死亡
X
(Kan) F’ Δ(lac pro) F’ lac+ pro+
Tn5
死亡
Δ(lac pro) galE strA
F’ Tn5
Δ(lac pro) F’ lac- pro+
第七章 微生物中的转座因子
转座因子（transposable element） 是一类广泛存在于细菌、病毒和 真核生物DNA分子中一段可自主 改变自身座位的DNA片段，它可 以在同一细胞内DNA复制子间转 移，也可以在一个复制子内部转 移。 转座因子的共同特征是：插入寄 主DNA后，导致基因失活；插入 时在靶DNA位点产生一个短的正 向重复顺序。
3．保守型转座
四、Mu噬菌体的转座
转座噬菌体是具有转座功能的一类可引起突变的溶源性噬菌 体。这类噬菌体不论是进入裂解循环还是处于溶源状态，均 可整合到寄主染色体上。其中研究得较多的是Mu噬菌体。 Mu噬菌体(mutator phage)，即突变者的意思，不同于一般的 温和噬菌体： 1) Mu DNA几乎可插入到宿主染色体的任何一个位点上，而 一般的温和噬菌体在宿主染色体上有特定插入位点。 2) Mu噬菌体DNA的两端没有黏性末端，它的整合方式不同 于λ噬菌体，而类似于转座因子的作用
2．复制型转座子的插入机制
1. 转座子和靶DNA在转 座酶作用下产生缺口， 分别形成两个游离末端， 以a-h表示
2. a与f、g与d连接，剩 下b、c、e、h游离端
3. 以转座子的两个游 离端（b和c）为引物 进行DNA复制
4. 复制完成并形成两 个转座子的共整合体
5. 两个转座子通过自身携带的res 位点产生重组，形成两个独立的 复制子，每个复制子上都含有一 个拷贝的转座子。
来源 假单胞菌 沙门氏菌 志贺菌
5 5 5
Tn501
Tn1000 Tn551 Tn4430 Tn4451 Tn4456
8200
5800 5300 4200 6200 6800
Hg
无 Em 无 Cam 无
38
37 35 38 12 38
5
5 5 5 不详 5
假单胞菌
大肠杆菌 金萄球菌 苏云金菌 荚膜梭菌
缺失：
a b x y z 同源序列配对 c d
a
b
z y 重组
x
c d
a
b z x
c
d
y
倒位：
a b x y z c d
同源序列配对 a b x y d c 重组 z
a
b
z y
x
c
d
扩增：
a
b
x y
z z x
c
d 同源序列配对
y 重组 a b x y z x y z c d
3. 极性效应
当转座因子插入到一个操纵子的上游基因时，不仅能破坏被 插入的基因，而且也能大大降低位于远离启动子一端的基因 的表达。几乎所有IS的可阅读框内(除IS1外)，都含有依赖于 Rho的转录终止信号和终止密码子，这是造成极性突变的根 本原因。
反向重复序 列长度/bp 23 41 38 18 16
靶位点长度 在染色体中 /bp 的拷贝数 6-10 9或8 5 4-13 3-4 5-6 11或12 4 1-2 11-12