细菌转座因子的插入机制
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六章 细菌转座因子
转座因子：是DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片 段，广泛存在于细菌、病毒和真核生物中。又名转位子、跳跃 基因。 （1942-1983） 转移方式：可以在同一细胞内的DNA复制子间转移，也可以在 一个复制子内部转移。
共同特征：插入寄主 DNA 后，导致基因失活；插入时在靶
（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，还含有解离酶基因和β-内酰胺酶基因。
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 在IS 的两端含有长度为 10～ 40bp反向重复序列 IR，在 IS的切割
和DNA链转移中起作用。 ② 大多数IS都含有一个编码转座酶的长编码区，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。
③ 在 IS插入时，在靶 DNA位点产生一个短的、长度一般为 3-9bp正 向重复序列DR，分布在IS的两侧。
插入序列的结构
两个IR之间仅含有编码转座酶（Transposnase 简称Tnp） 的基因，该酶是转座所必需的，并能准确识别IS两端的序 列。
转座插入的靶位点：IS插入时，在靶DNA位点产生一个39bp的正向重复序列(direct repeat sequence，DR) 。
IS插入目标DNA的靶序列（5bp）以及 在IS两端的同向重复序列（蓝色阴影）
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。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。
转座子 Tn10 Tn5 Tn903 Tn9 Tn1681 长度kb 9.3 5.7 3.1 2.5 2.08 遗传标 末端特征 末端两 记 IS排向 TetR KanR KanR CamR 胞外肠 毒素 IS10R IS10L IS50R IS50L IS903 IS1 IS1 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 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
res
Mer
IR
Tn21
IR
转座酶
解离酶
res
Sul
Str
IR
IR Tn1000
转座酶
解离酶
res 重组位点
IR
三、细菌转座因子的插入机制、转座模型
1．细菌转座因子的插入机制 根据转座子在转座过程中是否复制分为： 非复制型转座：剪-贴型转座，是一种简单的插入。 复制型转座：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。
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
弗氏链霉菌
几种复杂转座子(TnA) 的结构示意图
IR Tn3 转座酶
res
解离酶
Amp
IR
IR Tn501
转座酶
解离酶
表：部分插入序列的特征 插入序列 长度/bp IS1 768 反向重复序列 靶位点长度 长度/bp /bp 23 9或8 在染色体中的 拷贝数 6-10
IS2
IS3 IS4 IS5
1327
1400 1428 1195
41
38 18 16
5
3-4 11或12 4
4-13
5-6 1-2 11-12
插入序列的结构特点：
第一节 细菌转座因子的类型和结构
细菌转座因子分为三个类型： ① 插入序列（insertion sequence IS） ② 转座子（transposon Tn） ① 转座噬菌体（Mu）。
一、插入序列
插入序列（IS）：是最简单的转座因子。长度一般为0.71.6 kb，在其两端含有长度为10-40bp的反转重复序列 （inverted repeat sequence IR）。
Tn5 5700bp
CamR Tn9 2638bp
IS1
IS1
（ C） IS10
TetR Tn10 9300bp IS10
2.复杂转座子（TnA转座子）
• TnA转座子广泛存在于细菌中，从不同地区不同菌种分 离到的质粒都携带有TnA转座子。 • 尽管这些质粒互不相关，复制系统和转移系统都差异很 大，但每个质粒都带有TnA转座子。 • TnA能转座到大多数质粒、噬菌体及革兰阴性菌的染色 体上。
由于插入序列不编码可检测的表型性状，因此根据上述IS的 特点，就可进行判断和鉴定。
二、细菌转座子
细菌转座子(bacterial transposon，Tn)：带有抗性基因 并能在不同的DNA分子之间移动的遗传单位。
Tn与IS的主要区别： Tn携带与转座无关的药物抗性或其 他特性的基因。
转座子结构示意图
非复制型转座模型
按箭头位置切开靶DNA双 链并产Biblioteka Baidu9 bp的单链末端
转座子一端连接到单链靶 DNA末端并留下两个9 bp 的单链缺口
通过DNA合成，补平靶DNA 和转座子间的单链空缺
这种类型的转座只需要转座酶的参与，很多插入序列（IS）和转座子，如 IS10、IS50、Tn5、Tn10等都以这种方式进行转座。
TnA转座子的基本特征见表
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
来源 假单胞菌 沙门氏菌 志贺菌
5 5 5
Tn501
Tn1000 Tn551 Tn4430 Tn4451 Tn4456
DNA位点产生一个短的正向重复序列。
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) ：转座过程是从 DNA→DNA ，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) ： 转 座 过 程 是 以 RNA为中间体，即从DNA→RNA→cDNA → DNA转座。
转座因子：是DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片 段，广泛存在于细菌、病毒和真核生物中。又名转位子、跳跃 基因。 （1942-1983） 转移方式：可以在同一细胞内的DNA复制子间转移，也可以在 一个复制子内部转移。
共同特征：插入寄主 DNA 后，导致基因失活；插入时在靶
（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，还含有解离酶基因和β-内酰胺酶基因。
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 在IS 的两端含有长度为 10～ 40bp反向重复序列 IR，在 IS的切割
和DNA链转移中起作用。 ② 大多数IS都含有一个编码转座酶的长编码区，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。
③ 在 IS插入时，在靶 DNA位点产生一个短的、长度一般为 3-9bp正 向重复序列DR，分布在IS的两侧。
插入序列的结构
两个IR之间仅含有编码转座酶（Transposnase 简称Tnp） 的基因，该酶是转座所必需的，并能准确识别IS两端的序 列。
转座插入的靶位点：IS插入时，在靶DNA位点产生一个39bp的正向重复序列(direct repeat sequence，DR) 。
IS插入目标DNA的靶序列（5bp）以及 在IS两端的同向重复序列（蓝色阴影）
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。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。
转座子 Tn10 Tn5 Tn903 Tn9 Tn1681 长度kb 9.3 5.7 3.1 2.5 2.08 遗传标 末端特征 末端两 记 IS排向 TetR KanR KanR CamR 胞外肠 毒素 IS10R IS10L IS50R IS50L IS903 IS1 IS1 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 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
res
Mer
IR
Tn21
IR
转座酶
解离酶
res
Sul
Str
IR
IR Tn1000
转座酶
解离酶
res 重组位点
IR
三、细菌转座因子的插入机制、转座模型
1．细菌转座因子的插入机制 根据转座子在转座过程中是否复制分为： 非复制型转座：剪-贴型转座，是一种简单的插入。 复制型转座：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。
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
弗氏链霉菌
几种复杂转座子(TnA) 的结构示意图
IR Tn3 转座酶
res
解离酶
Amp
IR
IR Tn501
转座酶
解离酶
表：部分插入序列的特征 插入序列 长度/bp IS1 768 反向重复序列 靶位点长度 长度/bp /bp 23 9或8 在染色体中的 拷贝数 6-10
IS2
IS3 IS4 IS5
1327
1400 1428 1195
41
38 18 16
5
3-4 11或12 4
4-13
5-6 1-2 11-12
插入序列的结构特点：
第一节 细菌转座因子的类型和结构
细菌转座因子分为三个类型： ① 插入序列（insertion sequence IS） ② 转座子（transposon Tn） ① 转座噬菌体（Mu）。
一、插入序列
插入序列（IS）：是最简单的转座因子。长度一般为0.71.6 kb，在其两端含有长度为10-40bp的反转重复序列 （inverted repeat sequence IR）。
Tn5 5700bp
CamR Tn9 2638bp
IS1
IS1
（ C） IS10
TetR Tn10 9300bp IS10
2.复杂转座子（TnA转座子）
• TnA转座子广泛存在于细菌中，从不同地区不同菌种分 离到的质粒都携带有TnA转座子。 • 尽管这些质粒互不相关，复制系统和转移系统都差异很 大，但每个质粒都带有TnA转座子。 • TnA能转座到大多数质粒、噬菌体及革兰阴性菌的染色 体上。
由于插入序列不编码可检测的表型性状，因此根据上述IS的 特点，就可进行判断和鉴定。
二、细菌转座子
细菌转座子(bacterial transposon，Tn)：带有抗性基因 并能在不同的DNA分子之间移动的遗传单位。
Tn与IS的主要区别： Tn携带与转座无关的药物抗性或其 他特性的基因。
转座子结构示意图
非复制型转座模型
按箭头位置切开靶DNA双 链并产Biblioteka Baidu9 bp的单链末端
转座子一端连接到单链靶 DNA末端并留下两个9 bp 的单链缺口
通过DNA合成，补平靶DNA 和转座子间的单链空缺
这种类型的转座只需要转座酶的参与，很多插入序列（IS）和转座子，如 IS10、IS50、Tn5、Tn10等都以这种方式进行转座。
TnA转座子的基本特征见表
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
来源 假单胞菌 沙门氏菌 志贺菌
5 5 5
Tn501
Tn1000 Tn551 Tn4430 Tn4451 Tn4456
DNA位点产生一个短的正向重复序列。
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) ：转座过程是从 DNA→DNA ，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) ： 转 座 过 程 是 以 RNA为中间体，即从DNA→RNA→cDNA → DNA转座。