转座因子的遗传分析

哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
1. 不同接合型可以相互接合，相同接合性不接合；
α
α
α
a
a
a
a 因子
α因子
2. 单倍体酵母接合型决定：由第三染色体上的MAT基因座决定 α接合型：由 MATα决定 a 接合型：由 MAT a 决定
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
3. 酵母的接合型可以发生互换：
互换依赖于另一条染色体上的基因HO
c) 某些转座因子（Tn3）对同类转座因子的插入具有排他
性（免疫性）；
d) 靶序列在转座因子两侧会形成正向重复(DR)；
e) 转座因子的切除与转座将产生复杂的遗传学效应；
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与倒位 / 易位染色体结构变异现象的区别 ：
转座 Transposition l 特定的基因片段 倒位 / 异位 Inversion / Translocation 断点随机的任意DNA片段 可能破坏某结构基因 l U.V / 诱变剂无效 l 高频率的回复突变 l 转座需 transposase inverted repeat (IR) l 与复制有关的过程
1. 控制接合型基因表达DNA由一个活跃盒和两个沉默盒组成； 2. 沉默盒与活跃盒的启动子区域相同，但在沉默盒上游存在沉默子 （silensers），阻遏蛋白SIR与沉默子结合抑制沉默盒基因表达； 3. 接合型互换时，HO基因表达的HO内切核酸酶在活跃盒MAT的Y
区右侧切割DNA产生双链缺口；
4. DNA双链断裂启动MAT 序列的基因转换过程，这种基因转换过
①回复突变率高：表明不可能属于缺失或移码突变； ②用诱变剂对其处理并不能提高回复突变率：可能不是点突变。
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第八章 遗传重组
表明λdgal– 片段有所增长
Jordon、Starlinger和Shapiro的密度梯度离心实验
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突变型与野生型DNA分子杂交出现茎环结构
(3) 保守型转座（conservative tranposition）
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(一)、复制型转座机制
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供体
Tn
靶位点
受体
交错切割
共联体
同源重组
共联体
共联体拆分 供体 受体
Tn
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DR Tn DR
(二)、非复制型转座机制
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(二)、转座子(transposon, Tn)
特点：
较大的转座因子(2-2.5kb)；
除了含有与转座有关的转座酶基因外，还带有抗药基
因或其它的功能基因
两端有 IR 序列，某些 IR 本身便是IS，带有IS的Tn也
称复合转座子(composite transposon)，不带有IS的Tn
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U.V / 诱变剂可提高频率 不能产生回复突变 Rec.A, B, D χ(chi) site, DNA链的断裂与错接的过程
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二、原核生物转座因子的类型
1). 插入序列(inserted sequence，IS)
2). 转座子（transposon，Tn）
3). 转座噬菌体(mutator phage，Mu)
第一次发现了细菌中的可转移的插入序列
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DNA转座现象的一般遗传特点：
a) 不依赖 供体位点(Donor site)与 靶位点(Target site)间序 列的同源性(非同源重组过程 ，不依赖 recA 酶) ； b) 转座插入的靶位点并非完全随机； Hotspots (热点) Regional preference ( 在3kb区域内的随机插入)
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IS的结构和特性
DR(bp) 靶重复序列 IS1 IS2 IS4 IS5 IS10R IS50R IS903 9 5 11～13 4 9 9 9 23 41 18 16 22 9 18 IR(bp) 中心区域 靶的选择 (bp) 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 ？ 拷贝数
倒位酶
sv u
●
P
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sv’ u’
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三、真核生物转座因子的类型
(一)、酵母的转座子 例如：Ty 系列 (transposon yeast, Ty) δ序列
5900 bp 340 bp
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340 bp
啤酒酵母接合型的转变也是一种转座
α接合型
单倍体酵母 a 接合型
Tn9
Tn10
2500
9300
CamR
Tet R
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 的改变
无功能
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(三)、转座噬菌体(mutator phage，Mu) 1. 特点： 一种DNA噬菌体，长约37kb的线状DNA，末端含有一
称简单转座子(simple transposon)；
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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)
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第八章 遗传重组
复合转座子的结构和功能 转座 因子 Tn90 长度 (bp) 3100 遗传 标记 Kan R IS903 反向 相同 二者皆有功能 末端组件 方向 二组件的关系 组件的功能
DNA序列比较结果：
HML α
w
X
Y α747
Z1
Z2
沉默盒子基因不表达
MAT α
w
X α2 mRNA
Y α747 α1 mRNA
Z1
Z2
活性盒子基因表达
MAT a
w
X
Ya642
Z1
Z2
活性盒子基因表达
a1 mRNA
HMR a
X
Ya642
Z1
沉默盒子基因不表达
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Mating type interconversion分子机制：
小段大肠杆菌的片断；
含有IS序列，可随机插入到宿主染色体的任何位置上； 无粘性末端； 转座频率高； IS IS E.Coli DNA
E.Coli DNA
2. Mu插入寄主细胞方式的特点；
是一种温和型的噬菌体，但对寄主的插入位点是非专一性的
3. Mu phage 的基因表达: sv’ u’
●
P
sv u
1951年提出可转移的染色体因子(抑制因子)
玉米糊粉层颜色控制因子：Ds-Ac 系统 Cis inhibitor
A C I(Ds) R Pr
Ac
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四、转座的机制
(1) 复制型转座（replicative transposition） (2) 非复制型转座（nonreplicative transposition）
程涉及到DNA 的复制，是一种类型的DNA 重组；
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α
a
α
MAT α
MAT α HMR a
HMR a
MAT a HMR a
(二) 果蝇的转座因子
果 蝇 的 杂 种 劣 育
♂P ╳ ♀M
形成原因：
P因子转座
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(三)、玉米的转座子
McClintock 1932年开始研究玉米籽粒色斑不稳定遗传，
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第八章 遗传重组
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第八章 遗传重组
DNA的双螺旋结构中双链严格 互补的关系阐明了基因的遗传 稳定性 -1953
玉米糊粉层色斑不稳 定遗传是由可转座因子 Ac-Ds引起(1947-1950)
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基因转座现象的再次发现与证实:
1967年，Starlinger在大肠杆菌半乳糖操纵子突变型研究中， 发现一种半乳糖的突变体，称为gal-；
α α因子
α
a
HO
a 因子 α
a
a 因子
a
α因子
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4. 接合型的转变与MAT基因座两侧的HMLα和HMR a 座位有关； 根据上述线索由大岛研究组和Herskovitz提出了
盒子模型（cassette model）
活跃盒
HMLα MAT a /α HMR a
沉默盒
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第一种模式
第二种模式
两种类型的转座机制对比
复制型转座
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非复制型转座
染色体缺失
染色体倒位
四、转座的遗传学效应 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、调节基因活动的开关； 5、增加同源重组的机率；
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(一)、 插入序列(inserted sequence, IS)
IS 结构模式图
转座酶基因
IR (inverted repeat sequence) 18-41 bp
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第八章 遗传重组
含有IS的质粒经变性后形成颈环结构
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上一课重点内容回顾
染色体数目变异：
• 整倍 • 非整倍
突变的分类：
自发突变：
• DNA复制错误
• 自发的化学损伤
诱发突变：
• 物理诱变 • 化学诱变
第十二章 转座因子的遗传分析
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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第八章 遗传重组
一、转座因子的发现
1951年McClintock通过对玉米种子色斑的研究，首次发现了可 转移的控制因子(transposable element)。