第九章 转座因子的遗传分析

识别的靶序列5--9bp，转座后，在寄主DNA上产生同向重复。
IS因子插入细菌染色体上可以产生各种效应，这取决于其 插入的方向，IS因子虽然不含有其它编码蛋白质的结构基因，
但是它们可以含有转录终止子（transcriptional terminator) 或
McClintock认为原来的C突变（无色素）是由一个“可 移动的遗传因子”，即解离因子（dissociator）Ds的插入所 引起，它插入到C基因中。另一个可移动的因子是激活因子 Ac（activator），它的存在激活Ds转座进入C基因或其他基 因中，也能使Ds从基因中转出，使突变基因回复，这就是 著名的Ac－Ds系统。
②类反转录病毒元件 在酵母、植物和动物中存在，虽在碱基长度和核苷酸序列上不 同，但具有一个相同的基本结构：编码区位于中间，两侧都有相 同方向的长末端重复序列（long terminal repeats, LTR），所以， 类反转录病毒转座子又称LTR反转录转座子。
其中间编码区只包含少数几个基因，通常只有两个，它们与 反转录病毒中的gag和pol基因是同源的，gag编码病毒衣壳的结 构蛋白，pol基因编码一个反转录酶/整合酶蛋白，这两蛋白在转 录过程中起重要作用。
某些转座子只采用一种转座机制，而另一些转座子可能具 备两种途径。如IS1和IS903就采用复制和非复制两种途径。 Mu噬菌体能从共同的中间体转变为两种途径中的一种。还有 些转座子存在着不同的转座机制交替使用，据此特征难以划 分它们的类型。
DNA区段无论以什么机制进行转座，其转座过程是有别
于同源重组过程。这些DNA序列的转座往往发生在非同源序 列之间，也不需要像细菌同源重组中Rec A等蛋白质的参与
反转录病毒: RNA →DNA →整合宿主靶DNA 病毒超 家族 非病毒超 家族
Ty Copia LINS L1 SINS B1 Alu 假基因 (1) 有长末端重复序列 （2）编码反转录酶或整合酶 （3）可含内含子 （1）无重复序列 (2)不编码转座子产物 （3）无内含子
反转录转 座子
第二节
原核生物中的转座因子
（3） 保守型转座（conservitive transposition） 这种转座实质是另一种非复制型转座过程。在此过程中， 转座元件从供体位点上切除并通过一系列过程插入到靶位点， 其所有碱基均被保留。保守型转座与λ 噬菌体整合机制非常相 似，其转座酶与λ 整合酶也相关。应用保守型转座机制的转座 子较大，并且除了介导转座子本身转移外，还能将供体细菌的 DNA转移到另一种细菌。虽然这种元件最初被归类为转座子， 但称为附加体（ episome）更加确切。
图11—1 玉米花斑表型的遗传学解释 （a）由于转座因子而引起的玉米籽粒花斑的表型 （b）最初认为玉米籽粒花斑形成是双突变的结果
但是什么因素导致或产生花斑呢？一种可能是在体细胞 中产生了回复突变a1→A1，但大量的斑点需要很高频率的回 复突变。 Rhoades用a1a1Dt _（花斑）特殊无性生殖植物与a1a1的 植株测交，结果有的后代完全是有颜色的，表明在亲本中每 个斑点实际上是回复突变的表型效应。 a1成为首次发现的不稳定突变等位基因的例子，而这种 等位基因的不稳定性取决于不连锁Dt基因的存在。一旦回复 突变发生，它们就变得稳定了；即Dt基因能离开A1基因，这 时A1的表型不再改变。因而Dt的缺乏使得表型保持稳定。 Rhoades发现了某些基因的不稳定性，而且这种不稳定性是 由另一个独立的因子所控制。但仍未揭示这种不稳定性的遗 传学机制，也缺乏实验证据
③反转座因子，也称为非LTR反转录转座子
如长散在核元件（ long interspersed nuclear element，LINE） 又称长散在重复序列（ long interspersed repeated sequence）； 短散在核元件（ short interspersed nuclear element，S INE）又 称短散在重复序列（ short interspersed repeated sequence）
McClintock根据大量遗传学和细胞学研究结果，于1951 年提出了生物的基因组中存在转座因子学说。 这些转座因子既可以沿染色体移动，也可以在不同染色体 之间跳跃。转座因子又称为跳跃基因（jumping gene）。 这是遗传学发展史中划时代的重大发现，将基因概念向前 推进了一大步。但这项划时代的成果并未受到当时同行们重 视。直到20世纪60年代Jacob和Monod的乳糖操纵子模型和 基因调控理论发表后，特别是Shapiro在细菌中也发现了可转 座的遗传因子后，这一成果才被接受。
1940年至1950年McClintock 在美国康奈尔大学和冷泉港 实验室工作期间，研究了玉米胚乳的紫色、白色以及白色背 景上带有紫色斑点这些表型之间的相互关系。她发现花斑表 型是不稳定的，并根据自己的遗传学和细胞学研究结果推断 “花斑”这种表型并不是一般的基因突变产生的，而是由于 一种控制因子的存在所导致的。 人们已经发现控制玉米糊粉层颜色至少有5对相关基因：① A代表花色素（ anthocyan） ，如A变为a，则什么颜色都不会 产生。② C 代表颜色（ corlor） ，决定红色和紫色的发生。 ③ R代表红色（ red） ，其作用是以A、C 两基因的存在为先 决条件。④ Pr代表紫色（ purple） ，它是在红色基础上辅助 成紫色的，没有A、C、R基因存在，即使它是显性也不能使玉 米籽粒产生任何颜色。⑤ I称为抑制基因（ inhibitor） ，它抑 制C 基因的作用，C 基因如被抑制，则红色与紫色都不会形成
第九章
转座因子的遗传分析
本章讨论
1、转座因子的分类与结构特征 2、原核生物的转座因子与真核生物的 转座因子 3、转座作用的机制和遗传学效应
可以从一个位置移动到另一个位置的DNA序列--------称为转座元件（transposable element）或转座因子或转座 子（transposon）。 转座因子不像某类噬菌体或质粒那样，既可插入基因组， 又可采取独立形式而存在。转座因子是从基因组中一个位置 直接移动到另一个位置，而且它不依赖于供体位点与受体位 点之间的任何关系。
二、转座因子的类型
可移动位置的遗传因子包括两种类型：一种类型是直接以 DNA 序列某些区段作为转座成分的，称为DNA转座；另一种类 型是以RNA介导进行转座，称为反（逆）转座子(retroposon)或 反转录转座子（ retrotransposon） 。 复制型转座 DNA转座 转座因子
非复制型转座
转座子的பைடு நூலகம்别 原 核
IS — 两端有IRIR，只编码转座酶 类转座因子—结构同ISIS，但不能独立存在，仅作为复合子的两端组件 复合转座子—两端由ISIS或类ISIS构成，可编码抗抗菌素物质 TnA转座子家族—两端为IR,可编码转座酶、解离酶和抗性物质
转座子 真 核
Ac--Ds双因子系统（玉米中）激活—解离因子 P因子—果蝇中父本因子，在M♀×P♂中导致杂种不育
作用，只依赖于转座区域DNA复制、转座酶和特定的反向重
复序列等因子而完成重组过程。
三、反转录转座子（ retrotransposon）
反转座子的转座过程均由RNA介导，通过反转录酶将转座子 RNA拷贝为cDNA后再整合到宿主基因组中。
反转录转座子：
反转录病毒 类反转录病毒元件 反转座因子
① 反转录病毒的基因组为RNA 分子，可感染许多脊椎动物，该 病毒感染细胞后，由病毒基因组 编码的反转录酶将其RNA拷贝为 DNA，然后整合到宿主基因组中。 新的病毒产生必须由整合的DNA 转录为RNA，合成由病毒基因组 编码的蛋白质外壳，然后再进行 包装。已经整合到脊椎动物染色 体中的反转录病毒基因组称为内 源性反转录病毒（ endogenous retrovirus，ERV） 。这些ERV 有些仍有活性，在活细胞的一定 生活时期可指导内源病毒的合成， 但大多数ERV已无功能。
McClintock还发现Ds可 导致所在位置的染色体断 裂，这种断裂可以通过细 胞学和遗传学的方法加以 检测。Ds存在的玉米的9号 染色体的一条臂上，该染 色体一端带有结节(knob)， 这一特征性结构极易辨认， 在Ds处易发生断裂。当Ds 插入C 基因后籽粒为无色， 当Ac激活Ds从C基因切离 后，则籽粒出现有色斑点， 而且斑点大小取决于产生 染色体的断裂结果还会形成断裂融 它的细胞分裂次数。 合桥（breakage－fusion－bridge）
转座重组：由于在转座酶的作用下转座因子插入染色体或 切离染色体而产生的遗传重组。 转座是基因组突变与进化的主要来源之一，也是表观遗传 的信号与调节因子。
第一节 转座因子的发现与分类
一、转座因子的发现
1914年Emerson 研究玉米果皮色素遗传，发现一种花斑 果皮的突变类型可发生多次回复突变，从而产生宽窄不同、 红白相间的花斑。这种花斑的产生在于突变基因的不稳定性， 但如何不稳定他不得其解。 1938年Rhoades 研究玉米籽粒糊粉层色素遗传，发现修 饰的孟德尔分离比：有色：斑点:白色＝12: 3:1，而这两个基 因是不连锁的。他认为 基因A1（控制色素）������ a1表现为无色； 另一基因Dt（斑点）表型为有色斑点。 这样原品系的基因型为A1A1dtdt，突变后产生了A1a1Dtdt 的植株，这种双突变植株自交就产生了上述比例
（2） 非复制型转座（nonreplicative transposition） 转座因子作为一个物理性实体，直接从一个位点移动到受 体DNA 一个靶位点，并且保守性很强。这可以通过两种机制 实现：一种是利用供体与靶DNA 的连接，并且有些步骤与复 制型转座相同。插入序列和复合转座子Tn10和Tn5便是利用这 种转座机制进行转座的。另一种是转座过程中转座子必须从供 体DNA 上释放，这种机制只需要转座酶。非复制型转座的两 种机制皆导致转座子离开供体位点并插入到靶位点。在发生非 复制型转座之后，供 体分子的存活可能需 要宿主修复系统识别 双链缺口并对其进行 修复。