原核生物基因转移(转座)
原核生物转座子的转座机制
原核生物转座子的转座机制1.引言1.1 概述原核生物转座子是一类具有转座能力的DNA序列，可以在基因组中移动位置并插入到新的位置。
转座是一种重要的基因组重组机制，能够在生物进化过程中产生遗传多样性。
在原核生物中，转座事件常常发生，对于细菌和古菌的基因组结构和功能起着重要的影响。
原核生物转座子具有多样的分类，包括细菌转座子和古菌转座子等。
细菌转座子一般以IS元件和转座酶为特征，可以分为复制转座子和保守转座子。
复制转座子通过复制转座机制进行移动，而保守转座子则是通过切割转座机制进行位置的重排。
古菌转座子的分类方式较为复杂，包括Tn元素、羧甲基转移酶和嵌合子等。
原核生物转座子的转座机制基本原理是通过转座酶的介导，将转座子从原有位置切割并插入到新的位置。
转座酶是一种特殊的酶类，能够识别和切割转座子两端的特定序列，并在目标位置引起切割和粘合的重组反应。
转座子的转座机制具有高度的特异性和选择性，可以确保转座子的准确插入和稳定遗传。
原核生物转座子的重要性不容小觑。
它们在细菌和古菌的基因组重组和进化中发挥着重要的作用，能够帮助适应环境变化，增加基因组多样性。
此外，原核生物转座子还参与了一些重要的生物学过程，如抗生素抗性的传播和基因调控的调整等。
未来的研究方向包括对转座子的结构和功能的深入研究，以及对其在细菌和古菌进化中的作用机制的进一步探究。
此外，对于转座子的调控机制、应用价值等方面也需要开展更多的研究。
通过对原核生物转座子的深入了解，有望揭示更多有关基因组的演化和多样性形成的奥秘。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以从以下几个方面展开：1.2 文章结构本文旨在探讨原核生物转座子的转座机制。
为了达到这个目的，文章将分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。
引言部分将用来引出本文的研究背景和意义。
首先，我们将概述原核生物转座子的概念和分类，帮助读者了解转座子的基本知识。
然后，我们会详细介绍转座机制的基本原理，包括转座子的结构和作用方式等。
高中基因重组的两种类型
基因重组是指一个基因的DNA序列是由两个或两个以上的亲本DNA组合起来的。
基因重组是遗传的基本现象，病毒、原核生物和真核生物都存在基因重组现象。
减数分裂可能发生基因重组。
基因重组的特点是双DNA链间进行物质交换。
真核生物，重组发生在减数分裂期同源染色体的非姊妹染色单体间，细菌可发生在转化或转导过程中，通常称这类重组为同源重组（homologous recombination），即只要两条DNA序列相同或接近，重组可在此序列的任何一点发生。
然而在原核生物中，有时基因重组依赖于小范围的同源序列的联会，重组只限于该小范围内，只涉及特定位点的同源区，把这类重组称作位点专一性重组(site-specific recombination），此外还有一种重组方式，完全不依赖于序列间的同源性，使一段DNA序列插入另一段中，在形成重组分子时依赖于DNA复制完成重组，称此类重组为异常重组（illegitimate recombination），也称复制性重组（replicative recombination）。
一、自然重组自然界不同物种或个体之间的基因转移和重组是经常发生的，它是基因变异和物种进化的基础。
自然界的基因转移的方式有：接合作用：当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时，质粒DNA就可从一个细胞（细菌）转移至另一细胞(细菌），这种类型的DNA转移称为接合作用（conjugation ）。
转化作用（transformation) 通过自动获取或人为地供给外源DNA，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型。
转导作用：当病毒从被感染的（供体）细胞释放出来、再次感染另一（受体）细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组即为转导作用（transduction）。
转座：大多数基因在基因组内的位置是固定的，但有些基因可以从一个位置移动到另一位置。
这些可移动的DNA 序列包括插入序列和转座子。
由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座（transposition ）。
可移动的遗传因子(转座子)
特点：
重组DNA之间不需要任何序列同源性！
转座以很低的频率发生，而且转座子的插入是随机的，没有 转座的特异位点！
一、转座子的分类和结构特征
转座子分类－转座机制 DNA-DNA方式转座的转座子：
通过DNA复制或直接剪切两种方式获得可移动片段，整 合入基因组DNA中。又分为复制型，非复制型，保守型。
聚合酶 (polymerase) :
依赖DNA的DNA聚合酶（DDDP），简写为 DNA-pol ；
如何获得单链DNA模板？？
多种蛋白质参与（以大肠杆菌为例）
解链酶（helicase）；
单链结合蛋白（single－strand DNA binding prote
SSB）；
DNA拓扑异构酶（ DNA topoisomerase ）
发生在同源序列之间，涉及大片段同源序列的
交换。 最基本的DNA重组方式，通过链的断裂和再连接，
在两个DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交 换。 同源重组需要一些重组蛋白和酶，如Rec A、B、
C、D及DNA连接酶等-无碱基序列特异性。
同源重组机制 （P90）
Holliday模型 （单链断裂重组模型）
变序列）
DNA聚合酶（DNA dependent DNA polymerase，DDDP）
5 至 3 的聚合活性
(dNMP) n
+ dNTP (dNMP) n+1 + ppi
5'
3'
A T G C A A T T G C
| | | | T G dTTP 3'
5
T A C
ppiBiblioteka 合反应的特点：非LTR逆转录转座子，能编码逆转录酶等蛋白，可自主转座。 非病毒超家族(nonviral superfamily)： 自身没有转座酶或整合酶的编码能力，而在细胞内已有的酶系
第五章 转座子
第一节 原核生物中的转座子 • (2) 非复制型转座（nonreplicative transposition） • 这类转座因子作为一个物理的整体直接从一个位点 移到另一位点。 • 这种类型又有两种机制： • A 利用供体和受体靶DNA序列的连接。 • 插入序列和复合转座子Tn10及Tn5就是用这种机制 转座。这种类型的机制只需要转座酶。
第一节 原核生物中的转座子
• tnpR的产物具有双重功能，1）作为基因表达的阻遏物， 2）具有解离酶的功能。 • A）TnpR阻遏了tnpA和它自己的基因转录，TnpR蛋白 失活就使TnpA合成增多，结果增加了转座的频率。
• B）tnpA和tnpR基因之间有一个富含A-T的内部顺式控 制区，TnpR通过与该区的结合来实施两种功能。 • C）TnpR作为解离酶介导Tn3在共整合结构中正向重 复之间的重组。
第一节 原核生物中的转座子
• 4）可转移噬菌体(transposable phage) •Fra bibliotek－Mu巨型转座子
• Mu是一种以大肠杆菌为寄主的温和噬菌体，以裂解生 长和溶源生长两种交替方式之一繁衍自己。 • Mu噬菌体中的转座子区域率先插入寄主DNA中， • 与其他转座子不同，Mu DNA不含末端反向重复序列； • 游离Mu噬菌体DNA的两端连接着一段寄主DNA。左 端的约长150bp，右端的约长1 500bp。
第一节 原核生物中的转座子
IS10R外侧边缘有两个启动子
PIN控制IS10R的转录－－－是一个弱启动子 POUT控制右向转录宿主DNA—强启动子 INRNA和OUTRNA有36bp的重叠
大量outRNA作为 inRNA的反义RNA
第一节 原核生物中的转座子
• 3) TnA家族
DNA的转座(DNA TRANSPOSITION)
1、转座成分概述
1）转座子(元)或转座元件 (transposon or transposable element): 即能够反复插入到基因中许多位点的特殊DNA片段， 它们可从一个位点转移到另一个位点，从一个复制子到另 一个复制子。（在转移时原来位置上的这些结构依然存在 或不存在）。
b) 转座不是简单的转移，涉及转座子的复制
c) 转座插入的靶位点并非完全随机（插入专一型） Hotspots (热点)
Regional preference ( 在3kb区域内的随机插入) d) 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） e) 靶序列在转座因子两侧会形成正向重复 f) 转座因子的切除与转座将产生复杂的遗传学效应
2）特点：
♣ 不必借助同源序列就可移动的DNA片段，即转座作
用与供体和受体之间的序列无关。 ♣ 原核生物和真核生物均有转座子。 ♣ 转座序列可沿染色体移动，甚至在不同染色体间跳 跃。
3）种类与特点
（1） 两种类型： A 简单转座子（simple transposon） 或（插入序列 insertion sequence IS ） B 复合转座子（composite transposon） （2） 特征： a）两端有20～40bp的反向重复序列(IR)
b）具有编码转座酶（transposase）的基因
c）复合转座子除转座酶基因外还有1—数个基因。 d）转座酶催化转座子插入新位点。
A 插入序列 ♣ 最简单，是细菌染色体、质粒和某些噬菌体的 正常组分，是一个自主的单位，每种IS均编码自身 转座所需的蛋白质。 ♣ 命名： IS＋编号（鉴定类型） 长度 700～2000bp
遗传学：转座因子的遗传分析
P因子基因在体细胞和生殖细胞mRNA加工剪切存在差异，产生 不同的蛋白（转座阻遏蛋白和转座酶）
M雌× P雄杂交F1出现杂交劣育的机制：
M品系雌性细胞质内缺失转座阻遏蛋白，P品系雄性细胞核存
在P因子，F1代生殖细胞P因子自由转座，F1劣育
是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分，不含宿主基 因，但都含有编码转座酶的基因。
一个细菌常有多个IS,都可以自主转座，因为自身带有转 座酶
已 知 IS 有 10 余
种 ， 长 7685700 之 间 ， 两 端有反向重复 序列
图11-7
2.2 转座子（transposon Tn) 较大，一般2000-25000bp 除含转座有关基因外，还带抗药基因和其它基因 复合转座子：两端带有IS 简单转座子：两端没有IS而有简单重复序列IR
被切离而缺失，DR只留下一个 如重组发生在IR之间，结果IR之间的DNA发生倒
位
图11-31
5.2 诱发基因突变与启动外显子混编
转座子插入某个基因往往导致基因失活：
转座子插入所在基因转录方向相同，转录终止在转座子的 多聚A信号位点，形成半截mRNA 有时也能正常表达—渗漏突变 转座子插入与所在基因的方向相反，前体RNA中的转座子 序列在转录后加工切除，编码正常
有的后代完全是有颜色
麦克林托克的伟大发现
1940-1950，McClintock研究玉米胚乳紫色、白色 以及白色背景上带紫色的遗传
1951， McClintock提出了生物基因组中存在转座 因子学说（就是Ac-Ds系统 ）（下图）
这些转座因子可沿染色体移动，也可以不同染色 体跳跃
这是遗传学发展史中划时代的重大发现
第五节DNA的转座Transposons
5、DNA复制时在前导链上DNA沿5’-3’方向合成，在滞后链上 则沿3’-5’方向合成。（ ）
6、DNA的复制需要DNA聚合酶和RNA聚合酶（ ）
7、核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的（ ） 和由大约200bp DNA组成的。八聚体在中间，DNA分子盘绕在 外，而（ ）则在核小体的外面。
雄性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
雄性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
P 品系 (P♂×P♀) 雌性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
P♂×M♀ 雌性染色体
P 细胞型 66KD 阻遏物
66K
阻遏物
抑制所 有P因 子转 座
P 细胞型
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 AC-Ds-植物（玉米）中的激活-解离因子
转 座
座 子
P 因子-果蝇中父本因子，在 M♀×P♂中导致杂种不育
因 子
反转录病毒、RNA →DNA→整合宿主靶 DNA
真 核
反 转 录
病毒超家族
Ty Copia LINSL1
（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
转座子（transposon） 反转录转座子（retrotransposon）
反转录转座子（retrotransposon）：指通过RNA为中 介，反转录成DNA后进行转座的可动元件。
IS-两端有 IR，只编码转座酶
原 类转座因子-结构同 IS，但不能独立存在，仅作为复合转座子的两端组件
核 复合转座子-两端由 IS 或类 IS 构成，可编码抗抗菌素物质
转座子质粒遗传重组
3、异常转座的效应：
异常转座包括：一端转座； 部分转座 隐藏位点转座 协同转座 倒位转座
4、对宿主细胞活力的影响：
影响细胞DNA代谢，介导基因异常重排。 三种形式：① 修复切割所留下的切口
② 转座子内部的重排 ③ 转座子间的重排
5、转座子作为研究工具：
遗传信息的移动是从DNA到RNA再到DNA， 这种RNA介导的转座作用称为返座作用；
被转移的遗传信息单元称为返座子。
真核生物的非病毒返座子都起源于RNA polⅡ 和Ⅳ的转录产物。 前者为长散布重复序列，后者为短散布重复序列。
4、玉米调控元件：
是真核生物中首先被发现的转座子。
玉米调控元件有几个家族， 每个家族分为两大类： 一类是自发元件，另一类是非自发元件。
五、逆转录病毒和逆转录转座子
以RNA介导的转座与逆转录病毒有关，被转移 的因子称为逆转录转座子。
逆转录转座子是真核生物转座子的重要类型。
逆转录病毒与逆转录转座子的区别：
逆转录病毒是具有感染能力的病毒颗粒，可以 在细胞之间转移。
逆转录转座子是宿主DNA基因组的组分，可以 在基因组内转座，但不能在细胞之间转移。
第三章
可移动的遗传因子（转座子） 和染色体外遗传因子
生化教研室 肖建英
主要内容
第一节 第二节 第三节
转座子 质粒 遗传重组
第一节 转 座 子
转座子(transposons) 概念：
在原核生物与真核生物基因组中存在 着可从一个染色体位点转移到另一位点 的一些DNA序列。
转座子是基因组突变的主要因素之一。
主要用于如下研究： ① 基因传送载体 ② 结构重组 ③ 基因表达 ④ 基因突变 ⑤ 克隆 ⑥ 基因作图
分子生物学名词解释
分子生物学名词解释分子生物学名词解释1.cDNA（complementary DNA）：在体外以mRNA为模板，利用反转录酶和DNA聚合酶合成的一段双链DNA。
2.CpG岛：真核生物中成串出现在DNA上的CpG二核苷酸。
5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中，在高等生物CpG二核苷酸序列中的C通常是甲基化的，极易自发脱氨，生成胸腺嘧啶，所以CpG二核苷酸序列出现的频率远远低于按核苷酸按核苷酸组成计算出的频率。
3.C值（Cvalue）：通常是指一种生物单倍体基因组DNA的总量，以每细胞内的皮克（pg）数表示。
4.C值反常现象（C value paradox）：也称C值谬误。
指C值往往与种系的进化复杂性不一致的现象，即基因组大小与遗传复杂性之间没有必然的联系，某些较低等的生物C 值却很大，如一些两栖物种的C值甚至比哺乳动物还大。
5.DNA的半保留复制（semiconservative replication）：DNA 在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。
这样新形成的两个DNA 分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。
因此，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式被称为DNA的半保留复制。
6.DNA的半不连续复制（semi-discontinuous replication）：DNA复制过程中前导链的复制是连续的，而另一条链，即后随链的复制是中断的、不连续的。
7.DNA的变性（denaturation）和复性（renaturation）：变性是DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程。
复性是热变性的DNA经缓慢冷却，从单链恢复成双链的过程。
8.DNA聚合酶（DNA polymerase）：一种催化由脱氧核糖核苷三磷酸合成DNA的酶。
因为它以DNA为模板，所以又被称为依赖于DNA的DNA聚合酶。
不同种类的DNA 聚合酶可能参与DNA的复制和／或修复。
分子生物学重要名词解释
分子生物学重要名词解释染色体（chromosome）：原指真核生物细胞分裂中期具有一定形态特征的遗传物质载体。
现在这一概念已扩大为包括原核生物及细胞器在内的基因载体的总称。
染色质(chromatin)：由DNA和蛋白质构成，在分裂间期染色体结构疏松，称为染色质。
其实染色质与染色体只是同一物质在不同细胞周期的表现。
常染色质(euchromatin)：是进行活跃转录的部位，呈疏松的环状，电镜下表现为浅染，易被核酸酶在一些敏感的位点(hypersensitive sites)降解。
异染色质(heterochromatin)：在间期核中处于凝缩状态，无转录活性，也叫非活动染色质(inactive chromatin)，是遗传惰性区。
在细胞周期中表现为晚复制，早凝缩，即异固缩现象(heteropycnosis)。
组蛋白（histones）：进化上非常保守的碱性蛋白质，是DNA的结合蛋白，也是染色体的结构蛋白，分H1、H2A、H2B、H3、H4五种，与DNA共同组成真核生物染色质的基本单位结构。
核小体(nucleosome)：DNA绕在组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3、H4各一对)核心外1.8周(146bp)，形成核小体核心颗粒。
DNA多态性：指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，包括单核苷酸多态性、串联重复序列多态性。
SNP（single nucleotide polymorphism ）：单核苷酸多态性，是指基因组DNA序列中单个核苷酸的突变引起的多态性。
包括转换、颠换、缺失和插入。
通过SNP可发现疾病相关基因突变，指导用药与药物设计，标记相邻的疾病基因。
端粒（telomere）：真核生物线性基因组DNA末端的一种特殊结构，是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体。
内含子（intron）：原初转录物中经RNA拼接反应而被去除的RNA序列或基因中与这些RNA序列相应的DNA序列。
外显子（exon）：在前体mRNA剪接(Splicing)后仍被保留下来、存在成熟mRNA中的RNA序列或与其对应的DNA序列，可在蛋白质生物合成过程中被表达为蛋白质。
转座
过程
a) 共合体形成 切口－连接－复制
b) 拆分
靶位点的DR形成
3） 非复制型转座（nonreplicative transposition) 转座子从供体一个位点转移到受体新位点处，供体 位点留下缺口，受到损伤（严重时致死）或宿主修复系 统识别修复。 只需转座酶
4） 保守型复制（conservative transpositionJ) 另一种非 复制型。与λ整
♥ 玉米的Ac-Ds元件、果蝇的P元件和FB元件等
b) 转作机制类似逆转录病毒 遗传信息： RNA→DNA→RNA
♥
如：逆转录病毒、位于玉米的第九号染色体短臂，在色素基因C 的附近。 Ac因子全长4.5kb，有5个外显子，其产物是转座酶。Ac因子两端 是长11bp的反向重复序列(IR)； Ds因子长0.4-4kb，它的中间(在转座酶基因中)有许多种长度不等的
过程中任意插入寄DNA b） 进入裂解生长后， 复制产生后代Mu DNA 几乎全部插入寄主DNA 中，并可继续转座（形 成寄主DNA和Mu的共 合体），噬菌体成熟时， 切段共合体包装
3、转座子的转作机制与模式
1）转座的一般模式
转座子插到新的位点上，靶DNA上产生交错切口， 所形成的单链末端与转座子两端的反向重复序列相连， 由DNA聚合酶填补缺口，DNA连接酶封闭切口。 转座结束后，靶DNA发生一个整向重复序列。
缺失, 如Ds9只缺失194bp，而Ds6则缺失2.5kb，Ds的两端也都有11bp
的反向重复序列。 Ac和Ds的末端反向重复几乎是一样的，只有一个不同之处：Ac两
端最外边的核苷酸是彼此不互补的T:G，而Ds是互补的T:A(图)。
Ac-Ds转座元件结构示意图。右边示Ac及Ds元件的单链DNA末端反向重复 配对所形成的茎环结构，这种结构可能对转座有意义
医学分子生物学复习重点
第二章基因【目的要求】掌握:基因的概念及结构特点;结构基因;基因转录调控相关序列;顺式作用元件;多顺反子,单顺反子。
一、基因:是负责编码RNA或一条多肽链的DNA片段，包括编码序列、编码序列外的侧翼序列及插入序列。
二、结构基因:基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列成为结构基因。
三、基因转录调控相关序列:1原核生物基因的调控序列中最基本的是启动子和终止子，有些基因中还有不同的调节蛋白结合位点或操纵元件。
操纵元件:是一段能够被不同基因表达调控蛋白识别和结合的DNA序列，是决定基因表达效率的关键元件。
2真核生物基因中的调控序列一般被称为顺式作用原件，包括启动子和上游启动子元件、增强子、反应元件和poly(A)加尾信号。
启动子和上游启动元件:TATA盒-TFIID-RNA聚合酶复合物(启动转录);CAA盒-CTF(决定转录的效率);GC盒-Sp1(促进转录)。
增强子:可特异性的与转录因子结合，增强转录因子的活性。
四、顺式作用元件:真核生物基因中的调控序列一般被称为顺式作用原件。
包括启动子和上游启动子元件、增强子、反应元件和poly(A)加尾信号。
五、多顺反子:原核生物的结构基因多转录为多顺反子mRNA，即每一个mRNA分子带有几种蛋白质的遗传信息(来自几个结构基因)，利用共同的启动子及终止信号，组成“操纵子”的基因表达调控单元。
转录出来的mRNA分子可以编码几种不同的、但是多为功能相关蛋白质。
六、单顺反子:真核生物结构基因转录为单顺反子mRNA，即一个编码基因转录生成一个mRNA分子、经翻译生成一条多肽链，基本上没有操纵子的结构。
转录生成的mRNA前体中既有编码序列(外显子)，又有间隔序列(内含子)，需要进行转录后的剪切加工以及各种修饰，形成成熟的mRNA。
1熟悉:基因型;表现型;基因突变;;外显子;内含子;选择性剪接。
一、基因型:指逐代传递下去的成对因子的集合，因子中一个来源于父本，另一个来源于母本。
转座子质粒遗传重组
IS
2、转座子A家族（Tn A） 、转座子 家族 家族（ ） ——Ⅱ类复杂转座子 Ⅱ
不是IS类转座组件的复合体， 不是 类转座组件的复合体，而是携带转座 类转座组件的复合体 和耐药等基因的独立体。 和耐药等基因的独立体。
组成：长约5kb，两端为ITR，而不是 组成：长约 ，两端为 ，而不是IS
四、原核生物和真核生物的转座子 （一）原核生物的转座子
1、插入序列（IS）与Ⅰ类复合转座子 、插入序列（ ）
插入序列是最简单的转座子。包括： 插入序列是最简单的转座子。包括： ① 二个分离的反向重复序列（ITR） 二个分离的反向重复序列（ ） 编码基因 ② 一个转座酶（transposase)编码基因 一个转座酶（ Ⅰ类复合转座子由耐药性基因和两个相同的IS组成。 类复合转座子由耐药性基因和两个相同的 组成。 组成 IS
第三章
可移动的遗传因子（转座子） 可移动的遗传因子（转座子） 和染色体外遗传因子 生化教研室 肖建英
主要内容 第一节 第二节 第三节 转座子 质粒 遗传重组
第一节
转 座 子
转座子(transposons) 概念： 概念： 转座子
在原核生物与真核生物基因组中存在 着可从一个染色体位点转移到另一位点 的一些DNA序列。 序列。 的一些 序列 转座子是基因组突变的主要因素之一。 转座子是基因组突变的主要因素之一。
IR Transposase Gene 有用基因 IR
3、转座噬菌体 、
转座噬菌体是一种溶菌周期和溶源性交替 方式的噬菌体，可诱发大肠杆菌突变。 方式的噬菌体，可诱发大肠杆菌突变。
Mu噬菌体： 噬菌体： 噬菌体
既有温和噬菌体的特性，又有转座子的特性。 ① 既有温和噬菌体的特性，又有转座子的特性。 噬菌体DNA的多个拷贝转座到染色体 的多个拷贝转座到染色体DNA的许 ② 噬菌体 的多个拷贝转座到染色体 的许 多位点上， 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。 噬菌体包装。 噬菌体基因组右末端， 组成的G片 ③ Mu噬菌体基因组右末端，存在由 噬菌体基因组右末端 存在由3kb组成的 片 组成的 或称可倒位片段。 片段在不同的 片段在不同的Mu噬菌 段，或称可倒位片段。G片段在不同的 噬菌 分子中取向不同。 体DNA分子中取向不同。 分子中取向不同
第八章 基因重组和转座
位点专一性重组最早是在λ噬菌体的遗传学研究
中发现的。 λDNA通过重组整合到大肠杆菌染色体的专一性 位点上，转变成为原噬菌体DNA的非活性状态。 一般位点专一性重组都具有λ整合作用的两个基 本特征：①交换是相互的和保存原先的DNA，是典 型的保守性重组（conservative recombination）； ②它发生在噬菌体和细菌DNA短同源序列中的专一
可接合质粒如 F 因子(F factor)
F质粒是双链闭环的大质粒，总长约100 kb，
复制起点为oriV。
F质粒可以在细胞内游离存在，也可以整合到
宿主染色体内，因此属于附加体(episome)。其与
转移有关的基因(tra)占据质粒的三分之一(～33
kb)，称为转移区，包括编码F性菌毛(F pilus)、稳
发生同源重组。
同源重组存在热点（hot spot） 即某类型序
列发生重组的概率高于其他序列。
同源重组要求序列同源性的最低长度因不同机
体而异，一般在25~300bp之间。
同源重组发生在减数分裂同源染色体非姊妹染
色单体之间，是一种交互重组类型。
但在细菌转化、结合和普遍性转导中，同
源重组是一种单向重组类型，仅受体DNA发生
片段重组体patchrecombinant拼接重组体splicerecombinantholiday中间体holiday重组模型双链侵入模型holiday中间体5?3?3?3?5?5?5?3?5?3?5?5?5?3?3?3?5?3?5?5?5?3?3?3?5?3?5?5?5?3?3?3?5?5?5?5?3?3?3?3?5?3?5?5?5?3?3?3?内切酶ruvc内切酶ruvcdna连接酶dna连接酶片段重组体拼接重组体二同源重组的酶学机制已经分离并鉴定了原核生物和真核生物促进同源重组各步骤有关的酶研究最多的还是大肠杆菌的酶
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基因转移包括自然基因转移和人工基因转移。 原核生物基因转移的方式主要包括接合、转化、转导、转染。
2
2014年9月11日
1.转化（transformation）
定义：受体菌吸收来自周围环境游离的DNA片段，通过同源重组将其整合到 自身的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。 代表案例：肺炎链球菌转化实验。
转座酶
RES
拆分酶 抗性基因
17
2014年9月11日
可转座噬菌体
可转座噬菌体是一类具有转座功能的温和噬菌体，以裂解生长和溶源生长 两种交替方式之一繁衍自己。包括以 E.coli为寄主的Mu和D108等噬菌体。
特点（以Mu噬菌体为例）
1.游离的Mu噬菌体DNA两端连接着一段宿主DNA。 2.有一个可以翻转的G片段，含有编码负责其吸附宿主细胞的尾丝蛋白，故G的不 同走向导致了不同的寄主特异性。 3.两种不同的插入方式，一类类似于其他转座子，在溶源化过程中任意插入寄主 DNA；另一类进入裂解生长后复制产生后代Mu DNA几乎全部插入寄主DNA中，并可 继续转座，形成更多拷贝，噬菌体成熟时，连同左右两侧宿主DNA一起包装进入 噬菌体。
酵母 Ty1 转座子的结构(a)与 Soloδ 的形成(b)
果蝇转座成分：copia家族、FB家族、P家族
玉米基因组中的转座子
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2.转导（transduction）
定义：一般对于温和性噬菌体而言，以噬菌体为媒介把细菌的基因从一个细菌 细胞转移到另一个细胞的过程。 对于溶菌性噬菌体，因其不发生整合而不发生转导。 普遍性转导：供体菌任何部位的基因随机包装进噬菌体颗粒中进行转导
分类： 局部性转导：供体菌少数特定基因包装进噬菌体颗粒中进行转导
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3.接合（conjugation）
定义：遗传物质（基因/质粒/染色体）通过细胞间的直接接触而进行的转移 和重组。
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4.转染（transfecetion）
定义：指病毒侵入宿主细胞的过程。 病毒在侵入宿主时，都有可能发生遗传物质的转移，所以转染也是基因转移 的一种方式。此外，人们将人工合成的反义核苷酸、寡核苷酸、干扰性RNA （siRNA）等导入细胞的过程也称为转染。
感染和转染的区别：
感染：是指细菌、病毒、真菌、寄生虫等病原体侵入人体所引起的局部组 织和全身性炎症反应。 转染：仅仅指病毒在侵入细胞时发生遗传物质转移的过程。
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二、原核生物的转座因子
细菌、病毒和真核细胞的染色体上含有一段可在基因组中移动的DNA片段， 这种转移称之为转座。 携带为转座过程所需要的基因并可在染色体上移动的DNA片段称为转座因子 或转座因子。
转座酶 基因
中心序列
转座酶 基因
ISL 左臂 16
ISR 右臂
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TnA转座子家族
结构：较长，约5000bp，比IS长的多。同时携带有负责自身转座的基因和诸如抗 药性基因等其他基因。两端没有IS或类IS组件。 特点： 1.末端重复序列非常接近，任何一个缺失将妨碍转座功能。 2.对靶点有区域优先性，在一个优先区域的选择是随机的。 3.转座仅为复制型转座，分两阶段进行（形成共合体、共合体拆分）。
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1.转座因子的遗传效应
转座因子
反：转座子插入后，使靶点处基因失活，也可 插入 引起下游所有基因停止转录，同时其存在 和复制加重了细胞的生理负担，具有一定 选择负势。 正：造成直接或间接的基因重排。（直接：复 复制 制元融合、基因缺失、倒位、易位。间接： 作为袖珍同源区域允许重组发生；某些细 菌质粒进化的方式。）
临床分子诊断学自主学习之
基因转移
一、基因转移的概念
遗传物质的横向和纵向流动统称为基因转移（gene transfer）。
横向即水平基因转移（horizontal gene transfer, HGT），指在差异生 物个体之间，或单个细胞内部细胞器之间所进行的遗传物质的交流。
纵向转移即通过繁殖进行的亲代和子代的基因传递。
C 宿主 DNA
A
B
G片段
宿主 DN真核生物的转座作用
酵母的Ty成分 果蝇的转座成分
玉米的转座成分
还原病毒与反座子
非病毒反座子
酵母菌基因组中的转座子
Ty1 因子转座是通过一种 RNA 中间产物进行的，是一种反转录转座子； 两端含有两个称为 δ 的正向长末端重复序列（ LTR ）； Ty1 插入后酵母染色体后， δ 为正向重复序列，所以也有可能发生类似于细菌 中复制重组过程，形成小环，丢失一个 δ ，而留在酵母中的 δ 称为Soloδ。
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正向 效应
反向 效应
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2.转座因子的分类
细菌中的转座成分依组成结构可以分为：
插入序列(insertion sequences，IS) 复合转座子(composite transposons，Tn) TnA转座子家族(TnA family，TnA) 可转移噬菌体(transposable phages)
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插入序列(insertion sequences) IS 末端倒转重复序列(IR)：15~25bp 转座酶基因 同向重复：5~9bp 命名： IS＋编号（鉴定类型） 长度：768～1530bp
转座酶基因
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IS转座的类型 复制型转座
供体 受体
保守型转座
供体 受体
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IS的转座机制
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末端重复 序列 转座子
转座酶使靶位 DNA错位切割
靶位DNA
转座子插入切割的位点
转座子两侧形成 正向重复序列
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复合转座子
结构：ISL+中心序列（通常为抗药性基因）+ISR 有些复合转座子两条臂为相同（似）IS，故叫长末端重复，臂的方向在少数 情况下相同，大多数臂的方向是相反的。 有些臂的结构十分类似IS，称作类插入序列。其命名方式以IS起头，后面的 数字一般跟其存在的Tn数字有关。 Tn中的IS一方面是Tn的构成部分，另一方面又是具有单独转座作用的（类） 插入序列，称之为（类）IS组件。