transpon讲稿

转座理论不被接受
在当时,占统治地位的染色体遗传学理论认为, 生物细胞内的遗传物质比较稳定,遗传基因以 一定的顺序在染色体上作线性排列,彼此之间 的距离也非常稳定.常规的交换和重组只发生 在等位基因之间,并不扰乱这种距离.除了在 显微镜下可见的,发生频率极为稀少的染色体 倒位和相互易位等畸变可以改变基因的位置外, 人们还从未认识到,也难以设想出基因会从一 处跳跃到另一处.
KanR
CamR TetR
IS 1 IS 10R IS 10L
正向
推测相同
预计有功能 有功能
反向
有 2.5%的差异
无功能 有功能
Tn5
5700
KanR
IS 50R IS 50L 反向 1 bp(1) 复制型转座 (replicative transposition) (2) 非复制型转座 (nonreplicative transposition) (3) 保守转座 (conservative tranposition)
2. 转座子的遗传学效应
① 转座引起插入突变 ② 转座产生新的基因 ③ 转座产生的染色体畸变 ④ 转座引起的生物进化.
3. 转座子的应用
研究基因的功能 基因克隆和序列测定
本节重点: 1 转座子的概念 2 原核生物转座子的分类 3 转座引起的遗传学效应 4 转座类型
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DNA的转座子 的转座子
转座子(transposon,Tn):存在于染色体上可 存在于染色体上可 转座子 以自主复制和位移的基本单位. 以自主复制和位移的基本单位. 基因组内不必借助于同源序列就能 改变 自身位置的一段DNA序列 序列. 自身位置的一段 序列
二.原核转座因子的类型
(一) 插入序列 一 插入序列(IS) (二) 类插入序列(IS-like elements) 二 类插入序列( ) (三) 复合转座子. 三 复合转座子. (四) TnA家族 四 家族
表 23-4 IS 的结构和功能 DR(bp) IR(bp) 中心区 域(bp) IS 1 IS2 IS4 IS5 IS10R IS50R IS903 9 5 11～13 4 9 9 9 23 41 18 16 22 9 18 768 1327 1428 1195 1329 1531 1057 随机 热点 AAN20TTT 热点 NGCTNAGCN 热点 随机 5～8 5 (在 F 因子上为 1) 1或2 ? 靶的选择 拷贝数
IS 组件相同,方向相反 >>>>> ISL IS 组件 中的 IR camR >>>>> ISR IS 组件 中的 IR
图 23-31 复合转座子结构的(Tn9)
表 23-5 复合转座子的结构和功能 转座 因子 Tn90 3 Tn9 Tn10 2500 9300 长 度 (bp) 3100 遗 传 标记 末 端 组 件 IS903 反向 相同 二者皆有功能 方向 二组件的关系 组件的功能
转座机制与遗传学效应
1. 转座的机制: 转座的机制: 以细菌中转座子T 为例,说明转座的一般过程 以细菌中转座子 n3为例 说明转座的一般过程 (1979 提出) 年Sharpiro提出 : 提出 A. 切开: 转座酶识别受体的靶序列,在两条单链上均 切开: 转座酶识别受体的靶序列, 切开,形成粘性末端;识别自身的反向重复序列, 切开,形成粘性末端;识别自身的反向重复序列, 端切开. 在3'端切开. 端切开 B. 连接:供体和受体结合形成不完整共联体,留下缺口. 连接:供体和受体结合形成不完整共联体,留下缺口. C. 复制:DNA聚合酶补齐缺口,再连接形成完整的共 复制: 聚合酶补齐缺口, 聚合酶补齐缺口 联体,具有重复序列. 联体,具有重复序列. D. 重组:在特定位点进行重组,共联体分离:留下原来 重组:在特定位点进行重组,共联体分离: 的转座子;并在靶序列上插入转座子, 的转座子;并在靶序列上插入转座子,两端有同向 重复序列. 重复序列.
P(母)x P(父), M(母)x M(父), ( ( ( ( P(母)x M(父):F1正常; ( 正常; ( P(父)x M(母): F1不正常 ( (
无转座,后代可育
转座,后代劣育
无转座,后代可育
P因子与杂种劣育
三,玉米的转座子
1932年,美国玉米遗传学家B.McClintock发现玉 年 美国玉米遗传学家 发现玉 米籽粒色斑不稳定遗传现象, 米籽粒色斑不稳定遗传现象,于1951年,第一 年 次提出转座因子的概念. 次提出转座因子的概念. 糊粉层颜色: 糊粉层颜色: A C R 花色素 颜色 红 I/Ds:解离因子 : Ac:激活因子 : Pr 紫 I/Ds 抑制因子 解离因子
供体
受体 靶位点
?
+ (a)
+ (b)
+ (c)
图 23-35 三种不同的转座机制: (a)复制性转座;(b)非复制性转座: (c) 保守性转座.
Tn
从 3' 末端复制 产生共合体
靶
四.转座的 共同中间体 五.转座的 机制 夏皮罗模型
单链交错切割
共合体
重组
转座子被切开的 末端和靶被切开 的末端连接 交叉结构(单链转移复合 图 23-41 转座模型.Mu 转座产生交换结构,此结构通过复制产生共合体, 共合体中的转座子之间发生交换产生 2 个重组子.
三,转座噬菌体:Mu噬菌体 转座噬菌体: 噬菌体
与其他温和性噬菌体的差别: 与其他温和性噬菌体的差别:其基因组不论在进入裂 解周期或处于溶源状态都可随机整合到宿主染色体的 任何位置,且游离的和已整合的基因次序是相同的. 任何位置,且游离的和已整合的基因次序是相同的
复合式转座子(composite transposon)是 一类带有某些抗药性基因(或其他宿主 基因)的转座子,其两翼往往是两个相 同或高度同源的IS序列,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.
真核生物中的转座子
一,酵母菌的转座子: 酵母菌的转座子:
Ty系列,长度约6300bp,两端含有两个 正向重复 系列,长度约 系列 ,两端含有两个δ 序列,其插入酵母菌染色体后,受体出现5bp的正向重 序列,其插入酵母菌染色体后,受体出现 的正向重 复序列. 复序列.
二,果蝇的转座子 P因子:杂种不育 因子: 因子 ORF0 ORF1 ORF2 ORF3,内含子 ,2,3 ,内含子1, ,
冷落的原因和启示
1. 从转座子理论和经典遗传学的关系来看,转座子理论 推翻了经典遗传学关于基因是稳定的这一传统观念, 是一种革命性的理论,因而不为经典遗传学家所接受. 2. 从转座子理论和分子遗传学的关系来看,是由于前者 走在了时代前面,是一种超时代发现.科学界还没有 做好接受它的准备.因而遭到分子遗传学家的冷落. 3. 从转座子理论赖以建立的实验材料看,是由于它离开 了分子生物学的主流.麦克林托克虽然身在冷泉港生 物学实验室,但她所采用的材料,与该室中极大多数 科学家不同.她没采用病毒和细菌作材料,研究基因 的拼接,剪切和重组,而是采用玉米这样的高等植物 作为研究对象.
含有Is的质粒经变性后形成柄环结构 含有 的质粒经变性后形成柄环结构
二,复合转座子: 复合转座子:
大(2000-25000bp),转座有关的基因 抗药性及其他基 ,转座有关的基因,抗药性及其他基 两端具相同或同源序列. 序列. 因,两端具相同或同源序列.如IR序列. 序列
Tn3的结构模式图 的结构模式图
60年代中期,关于遗传物质的转移,人 们在细菌中发现了转化和转导现象. 60年代后期,当人们运用遗传工程这种 强有力的新工具时,终于在细菌中发现 了"转座子" ,从而开始激起人们对麦 克林托克研究工作 的兴趣.许多研究很 快与麦氏的早期研究所提出的相似现象 联系起来.
终被接受
整个70年代,分子遗传学家找到了愈来愈多的 可移动的或可转移的遗传因子, 又称之为"跳 跃基因" .这些因子不仅存在于细菌中,同时 也存在于较高等的动物中.麦氏的理论又得到 了进一步的验证. 麦克林托克30年代初做出的发现,40年代提出 的理论,到60年代末终于被重新提起,80年代 初为科学界普遍接受.她走在时代前面四十年, 同时也为此冷落奋斗了四十年.
Ac/Ds转座系统
例如SG是一个产生紫色色素的结构基因,它 附近的一个控制因子Ds(称为离解因子或分 化变异因子)以一定的速率关闭SG,使玉米 籽粒不能产生紫色色素,而成为黄色.DS从 SG附近跳开,SG所受的控制作用即被解除, 玉米籽粒又变成紫色.而DS跳到远离AC处, 或者AC本身跳开,DS即不受AC的控制,它又 可以发挥对结构基因SG的抑制作用,使玉米 籽粒成为黄色.这些控制因子跳动得如此之快, 使得受它们控制的颜色基因时关时开,于是玉 米籽粒便出现了斑斑点点.
DNA transposable element
冷落四十年的转座子理论
1983年,美国遗传学家巴巴拉.麦克林托 克(B.McClintock)由于发现了可移动 的遗传物质,被授予诺贝尔医学奖. 人们把麦氏的成就比之为一百年前另一 位伟大的遗传学家孟德尔的成就.
研究玉米
玉米是经典遗传学研究中采用的一个理想 的供试对象.因为它的籽粒和叶子有颜色 变化.这种颜色变化是由遗传结构的基本 改变引起的. 为了探究遗传机构变化的内在机制,麦克 林托克年复一年地在田间仔细地观察玉米 籽粒和玉米叶子的颜色发生的一代又一代 的复杂变化;然后,将采下的材料带回实 验室,观察玉米染色体的断裂和重组情况.
30岁那年,麦克林托克在某些玉米籽粒 中发现了玉米色素显现着一些稀奇古怪 的模式.她观察到玉米籽粒颜色的遗传 很不稳定,有时籽粒上还出现一些斑斑 点点. 她通过耐心的记录和仔细的分析,发现 使籽粒着色的色素基因是在某一特定代 上"接上"或"拉断"的.