转座因子1

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转座因子的遗传分析

转座因子的遗传分析

11转座因子的遗传分析 20世纪40至50年代B畅McClintock通过对玉米花斑糊粉层和植株色素形成的遗传研究,发现色素的变化与一系列染色体断裂重组有关,并首次报道了在基因组的不同区域内存在可移动的遗传因子(mobile genetic element)。

可是由于当时人们受基因固定排列于染色体的传统观念的束缚,加之分析手段的限制,因此这一划时代的发现在当时几乎不能被科学界所接受。

直到20世纪70年代,在大肠杆菌半乳糖操纵子的突变型研究中第一次在细菌中发现了可转移座位的插入序列(insertion sequence,IS),之后才被重视,此后近30年来在许多生物中也发现各种类型的可移动的遗传因子,并在分子水平上得到证实。

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。

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。

因此,可转座遗传因子的发现是遗传学发展史上重要的里程碑之一,McClintock因而获得1983年诺贝尔奖。

本章仅就这30余年研究成果与进展讨论转座因子(transposable element)———一类可改变位置的遗传因子的总称,其分类与结构特征,原核生物的转座因子与真核生物的转座因子,转座作用的机制和遗传学效应。

251 11畅1 转座因子的发现与分类11畅1畅1 转座因子的发现 早在20世纪初,Em erson 于1914年在研究玉米果皮色素遗传的过程中,发现一种花斑果皮的突变类型。

这种突变可发生多次回复突变,从而产生宽窄不同、红白相间的花斑。

在金鱼草植株叶片以至花瓣上都可见花斑表型。

他意识到这种花斑产生在于突变基因的不稳定性,但如何不稳定不得其解。

到1938年Rhoades 在研究玉米籽粒糊粉层色素遗传时,发现有色籽粒纯种自花授粉的后代中,表现出一种意外的修饰的孟德尔分离比:有色··斑点··白色=12··3··1,显然这两个基因是不连锁的。

微生物中的转座因子

微生物中的转座因子

(Kan)
生长
第三节
丝状真菌中的转座因子
一、丝状真菌中的转座现象 真菌转座因子的鉴定方法: 1.克隆真菌中的重复序列,然后与其他生物中的已知转座因 子进行比较来确定。 2.根据真菌的缺陷型表型来鉴定转座因子。
3. 通过同源杂交,即以别的生物中的转座因子为探针进行杂
交筛选。 4. 通过DNA序列分析。
长度kb 9.3 5.7 3.1 2.5 2.08
遗传标 末端特 记 征 TetR KanR KanR CamR 胞外肠 毒素 IS10R IS10L IS50R IS50L IS903 IS1 IS1
末端两 IS排向 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
二、细菌转座子
带有抗性基因并能在不同的DNA分子之间移动的遗传单位 叫做细菌转座子(bacterial transposon,Tn)。
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. 复合转座子
转座子 Tn10 Tn5 Tn903 Tn9 Tn1681
2. DNA转座子 结构特征与细菌转 座子类似,两端具 有反向重复序列, 中间有编码转座酶 的ORF,在靶位点 两端形成正向重复 序列。
第四节
酵母中的转座因子
本章思考题
1、转座因子分哪几类?它们之间有何异同? 2、何谓复合转座子、复杂转座子?各有何特点? 3、根据复制机制,将转座子分为哪几类?各有何特点?
第一节
细菌转座因子的类型和结构
细菌转座因子分为四个类型: 插入序列(insertion sequence IS) 转座子(transposon Tn) 接合型转座子 转座噬菌体(Mu)

转座因子

转座因子
转座因子
概述
转座因子(transposable element ),又叫可 移动因子,它是指一段特定的DNA序列, 可从原来的位置上单独复制或自动脱落下 来,经环化后再插入到染色体其他位置, 并对插入位置的附近基因产生各种遗传学 效应。
转座因子的发现和检出
首先由美国遗传学家Barbara MeClintock在玉 米中发现,并荣获1983年度诺贝尔奖。 1951年McClintock提出转(Transposition)和 跳跃基因(jumping gene)的新概念 1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子 (transposable element )
转座因子广泛存在于原核和真 核细胞中。原核生物中的转座 因子有三种类型:插入序列 (insertion sequence IS) ,转座 子(transposon,Tn) ,某些特殊 病毒(如Mu,D108)
转座子的分类举例
插入序列(IS) 最简单的转座子称为插入序列(IS) IS家族有很多成员,它们的结构相似 特征: 两端都有短5-9bp的正向重复序列(DR) 略长15-25bp的反向重复序列(IR) 1kb左右的编码区,它仅编码和转座有关的 转座酶
2 转座的机制
2.1复制性转座: 特征: (1)转座后原来位置上的转座因子保持不变 (2)在新的位置上的转座因子的两侧出现顺 向重复序列 (3)转座过程中有一共合体
转座作用的遗传效应


引起插入突变 产生新的基因 产生染色体畸变 引起生物进化
总结
制作者:吴涛,周哲,吴鑫 ,柯海强
插入序列(IS)的结构和功能
转座过程


转座酶(transposase)催化插入序列(IS)的 转座,它由插入序列(IS)编码 首先转座酶交错切开宿主靶位点,然后IS插 入,与宿主的单链末端相连接,余下的缺 口由DNA聚合酶和连接酶加以填补,最终 插入的IS两端形成了DR或靶重复。

遗传学:转座因子的遗传分析

遗传学:转座因子的遗传分析
(2)有4个编码区(0、1、2、3)和3个内含子(1、 2、3)
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

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

转座因子介绍

转座因子介绍

宿主 DNA
过量的 OUT-RNA 与其配对,抑制 IN-RNA 的转录
甲基化阻止转录酶和 DNA 结合
甲基化阻止转录酶合成 图 23- 46 几种抑制 Tn10 专座的机制,主要是通过控专座酶的合成来调节
主要类型转座子
类型
细菌插入序 列(IS)
结构特征
TIRs;转座酶和或拆 分酶编码基因 IS组份;抗药基因 TIRs;蛋白质编码 基因(有内含子)
表 复合转座子的结构和功能
转座因 子 Tn903 Tn9 Tn10 长 度 (bp) 3100 2500 9300 遗传标 记 KanR CamR TetR 末端组 件 IS903 IS 1 IS 10R IS 10L Tn5 5700 KanR IS 50R IS 50L 反向 1 bp的改变 反向 有2.5%的 差异 方向 反向 正向 二组件的关 系 相同 推测相同 组件的功能 二者皆有功 能 预计有功能 有功能 无功能 有功能 无功能
① 如IS1因子不论以什么方向插入都会降低基因的表达,
②而IS2因子以同一方向插入到染色体中,则会减少基因的表 达,但以相反方向整合,则会增加基因表达。 ③不同转座元件的转座频率不同。一般为10-3-10-4 次/世代。 ④恢复频率则很低(通过精确切除IS元件而产生),为10-6-10-10/ 代。比插入频率率低 10 -3 倍。
• 3.复合转座子在两个末端有IS序列 • 4.首先,在靶位点处产生一个交错切口,切 出转座子。接着,转座子与靶位点连接。 最后,填补插入位点两侧的单链区。 • 5.转座子转座时能够导致宿主序列的缺失、 重复或插入。另外,转座子通过宿主重组 系统导致基因组重排。
2 复合转座子(composite
transposon)

微生物的转座因子

微生物的转座因子

总结:以符号
• 用“::”表示各类转座子的插入,如: gal T::IS1 , gal E::IS4 , gal OP::IS1
第二节 细菌转座子的插入机制和转座模型
一、插入机制 • 靶序列DNA双链被交错切割 • 转座因子插入到切口处,两条链的各一端共价相连 • 靶序列的单链部分通过复制修补上,原来的靶序列转 座后变为转座子两侧的正向重复序列,其长度与Tn种 类有关,有的4bp有的9bp。
二、转座因子的遗传学效应
• 转座因子能引起许多遗传效应,主要包括:插入突变、 极性效应、DNA重排(缺失、扩增和倒位)等。 1. 插入突变 • 插入结构基因,引起钝化或失活,插入位点出现新基因。 如: lac + lac::Tn kmr 表型为 kmr Lac—,增加了卡那霉素抗性基因。 插入的基因被破坏后,有可能出现各种各样的突变体。
• 3. DNA重排(缺失、扩增和倒位) • (1)当一个转座因子插入后由于不准确的切离带来染色 体的畸变。如: hisG::Tn10 Tcr 表型His- Tcr 准确切离 不准确切离
his+ Tcs
his - Tcs
• (2) 插入区域有两个或以上转座子时,有时还会出现少 数核苷酸对的缺失、重复、倒位等。转座因子插入引 起缺失的原因推测可能是: – 首先一个转座子以相同方向转座到含有另一相同转 座子的邻近位置上,这两个正向重复的转座因子之 间发生同源重组,就导致宿主染色体上两个转座子 之间DNA片段的缺失。 – 同理,如果转座因子以相反方向转座到含有另一相 同转座子的邻近位置上,然后发生重组,引起宿主 染色体上两个转座子之间DNA片段的倒位。 – 当染色体外一个含有转座因子的DNA片段呈环型状 态时,与包含相同转座因子的染色体发生同源重组, 可以使染色体外的DNA片段整合到染色体上,引起 染色体DNA的扩增。

生工09微生物遗传-5-转座因子

生工09微生物遗传-5-转座因子

IR
IR
IS:插入序列 TnA:复杂转座 子 Tn:复合转座子
IS
IS
6.2.4 细菌转座因子的插入机制
转座子插入到一个新的部位的通常步骤是: 在靶DNA上制造一个交错的切口,然后转座 子与突出的单链末端相连接,并填充切口。
交错末端的产生和填充解释了在插入部位 产生靶DNA正向重复的原因。链的切口之间 的交错决定了正向重复的长度。
转座引起的DNA缺失
转座引起的DNA倒位
确定微生物基因组功能
应用转座子及其相关技术, 全面确定了微 生物基因组功能特征, 特别是分支菌属基 因组功能. 例如, 结核分支杆菌模式菌株的必需基因 组及其相关功能均用此类方法得到确认
鉴别菌株及群体多样性
转座子通常限制性地分布于特定的真菌菌 株或群体中, 可以作为特定菌株的诊断工 具. 已用于丝状真菌群体多样性分析.



埃氏巨型球菌(Megasphaera elsdenii)是奶牛 瘤胃内一种常见的革兰氏阴性乳酸发酵菌,它能 发酵很多种不同的可溶性碳水化合物,利用丙烯 酸途径将乳酸分解为丙酸,或者经乙酰辅酶A途径 在乙酸激酶(AK)和磷酸转乙酰酶(PTA)的作用 下生成乙酸[1]。 奶牛在妊娠后期和泌乳初期及疾病状态下,瘤胃 内发酵菌的数量和比例发生改变,使丙酸生成减 少,而乙酸生成增加[2]。 恢复和重建瘤胃微生物区系,不仅可增强围产期 奶牛的消化功能,增加采食量,还可提高生糖先 质丙酸的生成量,纠正或缓解围产期奶牛能量负 平衡。
6、微生物中的转座因子
主要内容
6.1 转座子概述
6.2 细菌转座子的类型和结构
6.3 细菌转座子的遗传效应和应用
6.1 转座子概述
6.1.1 概念

hzau微生物遗传七章细菌转座因子

hzau微生物遗传七章细菌转座因子
第七章
细菌转座因子
转座因子(transposable element)是一类广泛存在于细菌、病 毒和真核生物DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片 段,它可以在同一细胞内DNA复制子间转移,也可以在一个 复制子内部转移。 转座因子的共同特征是:插入寄主DNA后,导致基因失活; 插入时在靶DNA位点产生一个短的正向重复顺序。
3. 复制型转座涉及到两种类型的酶:一种是转座酶,它作用 于原位点的转座因子的两端序列;另一种是解离酶 (resolvase),它作用于复制拷贝的拆分。
四、Mu噬菌体的转座
转座噬菌体是具有转座功能的一类可引起突变的溶源性噬菌 体。这类噬菌体不论是进入裂解循环还是处于溶源状态,均 可整合到寄主染色体上。其中研究得较多的是Mu噬菌体。 Mu噬菌体(mutator phage),即突变者的意思,不同于一般的 温和噬菌体: 1) Mu DNA几乎可插入到宿主染色体的任何一个位点上,而 一般的温和噬菌体在宿主染色体上有特定插入位点。 2) Mu噬菌体DNA的两端没有黏性末端,它的整合方式不同 于λ噬菌体,而类似于转座因子的作用
1. Mu噬菌体的遗传图
宿主DNA
晚期mRNA 合成激活因子 lys
头部和尾部基因
可变化末 端的宿主 DNA
整合复制
c attL
AB
C
D E H F G I T J KL M Y N P
R S U U’ S’ attR
2. Mu噬菌体的转座及其生活史
MuCts突变,受高温 诱导进入裂解循环
C蛋白表达
2. 复杂转座子(TnA转座子)
复杂转座子的长度约5000bp,它的两端是长度为30-40bp的 末端反向重复序列(IR)或正向重复序列(DR),中央是转座酶 基因和抗药性基因。

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2
一 转座因子的发现
Emerson于1914年发现玉米果皮花斑产生在于突变基因的不稳定性。 1938年Rhoades研究玉米糊粉层时也发现了基因的不稳定性:


















3
40年代初,McClintock 研究玉米花斑糊粉层和植株 色素产生的遗传基础发现色素变化与染色体重组有关。 染色体的断裂或解离(dissociation)有一个特定位点(Ds)。 Ds不能自行断裂,受一个激活因子(activator) Ac所控制。
❖ 反转录病毒首先被观察到的是以传染性病 毒颗粒的形式存在,并能在细胞间传播; 而反转座子是被当作基因组中的一部分而 被发现的,它们可以在基因组内进行转座, 但不能在细胞间迁移。
17
18
第二节 原核生物中的转座因子
根据分子结构与遗传特性可以分为三类。
一.插入因子(insertion sequence,IS)
转座子可以分为以下两种系统: ①. 复合转座子:IS因子抗菌素抗性片段 IS因子 。 ② 简单转座子:不含IS因子的Tn转座子。
22
复合转座子与简单转座子结构
23
三 Mu噬菌体(Mu):
是E. coli 的温和噬菌体,溶源化后能起转座子作用。 Mu噬菌体也含有与转座ห้องสมุดไป่ตู้关的基因和反向重复序列。 Mu能够整合进寄主染色体,催化一系列染色体的重新 排列。
Ac因子由4563个核苷酸组成 一个由11个核苷酸组成 的未端反向重复区两个与转座有关的酶基因(一个大基因 和一个小基因)。

转座因子新版

转座因子新版
在交叉构造中,其交错末端都具有单链区,此单链区是为 DNA合成提供模板旳假复制叉(pseudoreplication forks),假如复 制从二个假复制叉继续进行,那么将经过转座子并在其末端终 止,从而形成二个拷贝旳转座子。
供体和受体形成旳这种构造称为共整合体(cointegrate)。
所谓共整合体,就是两个或两个以上旳复制子经过共价键连 接在一起。共整合体在原来两个分子之间结合处具有两个转 座子旳拷贝,方向为正向反复。
IS21 2132 10/11 4
2
R68-45(铜绿假单孢菌
IS50 1534 8/9
9
3
Tn5(肠杆菌)
IS51 1311 26/26
3
2 萨氏假单胞菌
(Pseudomonase savastanoi)
IS91 1800 8/9
0
1 pSU233(肠杆菌)
IS150 1443 19/24 3
(4) 交错末端旳产生和填充解释了在插入部位产生靶DNA正 向反复旳原因。
转座因子旳插入引起靶序列反复 靶序列反复旳产生过程
图10-5 转座因子旳插入机制
2. 细菌转座因子旳转座模型
(1) 剪-贴型转座(cut-and-paste transposition)
此类转座又叫简朴插入,是一种非复制型转座过程。
5 Shigella flexneri
Tn501 8200 Hgr 38
5 Pseudomonase aeruginosa
Tn1000 (Υδ) 5800 无 37
5 E. coli
起源于G+ 细菌
Tn551 5300 Ery(erythromycin) 35 5 Staphylococcus aureus

tes转座因子

tes转座因子

tes转座因子
转座因子(Transposable Elements,简称TEs),也被称为跳跃基因,是细胞中能改变自身位置的一段DNA序列。

TEs在基因组中并不是随机分布的。

它们可以分为两类:I 型转座子和II型转座子。

I型转座子主要以DNA为模板,转录为mRNA,mRNA再反转录为cDNA,在整合酶的作用下插入基因组的新位置。

而II型转座子则通过一种称为“剪切和粘贴”的机制进行转座。

此外,每个TE子类进一步分为亚组(或超家族),通常在广泛的生物体中发现,但具有共同的遗传组织和单系起源。

然而,由于发现了全新的TE类型,在分类中引入了新的粒度级别以及方法和标准的不断发展,TE的分类一直处于不断变化的状态,因此永久需要修订。

转座因子

转座因子
异常重组:机制不清楚。


研究简史 命名方法
前 言
研究简史
生物基因组的不固定性(基因的大小、 数目、位置、方向等) 1951年Barbaro McClintock首次在玉米中发 现可转移的控制成分 1967年在大肠杆菌中发现可转移的插入序列 此后,在细菌、酵母、果蝇、动物甚至人体 等基因组内发现了各种各样的转座因子 1983年Barbaro McClintock获诺贝尔奖
果蝇转座成分
P因子
P因子是真核生物中了解最清楚,应用最广泛,长3kb,31bp 的ITR,8bp的靶位点GGCCAGAC。2/3的P因子有缺陷,无功能。
真 核 转 座 子
返座子:转座机制与反转录病毒相似,遗传信息的流向从 DNA到RNA再到DNA。转移过程称返座(retroposition) (1)病毒大家族 逆转录病毒(全部) 反转录转座子( 如酵母的Ty、果蝇 的Copia、玉米的BSI等)
转座机理 转座的遗传学效应
转座意义及其在遗传学 中的应用
引起基因的插入突变(包括极性突变); 产生靶序列DNA的同向重复; 介导复制子的融合; 成为调节基因活动的开关(内外源启动子); 引起基因的重排\缺失或倒位; 产生切离:精确切离与不精确切离 造成同源序列的整合, 如F因子整合到染色体形 成Hfr菌; 8. 果蝇的杂交不育(P因子); 9. 鼠伤寒沙门氏菌鞭毛的相变。 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Tra
res
TnpR
Amp
原 核 转 座 子
IS
Tra
Tra
ORF ORF
Tra
Tn
Tra Tra
TnA
ORF
Tra
原 核 转 座 子

五节微生物中转座因子

五节微生物中转座因子

第五节微生物中的转座因子转座因子(transposable element,TE)是一类广泛存在于细菌、病毒和真核生物DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片段,它可以在同一细胞内DNA复制子间转移,也可以在一个复制子内部转移。

转座因子是20世纪40年代由Barbara McClintock在进行玉米的遗传学研究时首先发现的,她因此而荣获了1983年度的诺贝尔奖。

尔后在细菌中得到了广泛和深入的研究。

转座因子的共同特征是:插入寄主DNA后,导致基因失活;插入时在靶DNA位点产生一个短的正向重复顺序。

一转座子的发现和分类转座因子:是基因组内一段相对独立的、可移动序列,它们不必借用噬菌体或质粒的形式就可以从基因组的一个部位直接转移到另一个部位,这个过程称为转(transposition)。

转座子每次移动时携带着转座必需的基因一起在基因组内跃迁,所以转座子又称跳跃基因(jumping gene)。

转座子的转座特点(1)基因组内移动;(2)不依赖于供体与受体间的序列关系;(3)一般仅移动转座子序列本身。

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),其转座过程是从DNA→DNA,这类转座因子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),其转座过程是以RNA为中间体,即从DNA→RNA→cDNA → DNA转座。

二、细菌转座因子的类型和结构细菌转座因子分为四个类型:插入序列(insertion sequence,IS)转座子(transposon,Tn)转座噬菌体(Mu)接合型转座子一)、插入序列插入序列也称IS因子,它是最简单的转座因子。

IS因子的长度一般为0.7-2.5 kb。

⏹最简单的转座因子,不含任何宿主基因的可转座的DNA序列(insertion sequences, IS)。

⏹IS元件是独立的结构单位,每个元件只编码为自身转座所需要的蛋白质。

转座因子名词解释

转座因子名词解释

转座因子名词解释
转座因子(又叫可移,可动因子),是一类在很多后生动物中(包括线虫、昆虫和人)发现的可移动的遗传因子。

一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来,环化后插入另一位点,并对其后的基因起调控作用,此过程称转座。

这段序列称跳跃基因或转座子分插入序列(Is因子),转座(Tn),转座phage。

转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。

最简单的转座(因)子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列(IS),它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。

转座(因)子是基因组中一段可移动的DNA序列,可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。

转座因子

转座因子

转座噬菌体是一种溶菌周期和溶源性交替方式的噬菌体
Mu噬菌体
① 线形双链DNA分子,既有温和噬菌体的特性,又有转座子的特性。其DNA几 乎可以插入到宿主染色体的任何一个位点,可以诱导大肠杆菌突变。
② 噬菌体DNA的多个拷贝转座到染色体DNA的许多位点上,最终由这些染色
体上的转座单位进行噬菌体包装。
段正向重复序列。不同转座子的靶序列长度不同,但特定 转座子所复制的靶序列长度主靶细胞一小段(4~15bp)DNA,在IS序列 两端形成正向重复区
转座起始的时候形成“a
strand transfer complex ”
在这个复合物中,转座子通过
两侧各一条单链与位点连接。
(transposase)的编码基因。
转座酶识别末端重复序列,并可交错5bp切割靶DNA,使 转座子插入。 3.是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。
IR
Transposase Gene
IR
具体过程: 首先转座酶交错切开宿主靶位点,然后IS插入, 与宿主的单链末端相连接,余下的缺口由DNA聚 合酶和连接酶加以填补,最终插入的IS两端形成 了DR或靶重复。
切割-粘贴机制(cut-and-paste mechanism) 首先交错切开靶DNA,转座子插入到DNA上新的位点, 转座子连接到靶的凸出单链上,最后填补空缺完成转座。 转座时的插入作用有一个普遍特征:受体分子中有一段很 短的(3~12bp)、被称为靶序列的DNA会被复制,使
插入的转座子位于两个重复的靶序列之间,从而形成了一
转座产生新的基因
如果转座子上带有抗药性基因,在造成插入突变的同
时,也使该位点带上抗性
转座产生的染色体畸变
往往导致转座子两个拷贝之间的同源重组,一起DNA 缺失或倒位。
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2.1.4未分类的转座子

未分类的转座子包括粪链菌( Streptococcus faecalis ) 的Tn916和金黄色葡萄球菌(Straphylococcus aureus) 的Tn554等,其转座方式与众不同。例如Tn916可以插 入到宿主的许多位点;但既非转化,又非转导;转移 过程抗DNaseI;无细胞提取液转移无效,足见转座要 有细胞的接触;然而Tn916可以原处切下,转移到同 一染色体的另一处,则又表明转座细胞无须接触。 Tn554无末端反向重复序列,却能高频插入宿主的特 异位点,插入处宿主DNA无重复。Tn916和Tn554的转 座机制,都还没有经过仔细研究。
2.2.2插入位置上出现的基因

如果转座因子上带有抗药基因,那么 它一方面造成一个基因的插入突变, 另一方面在这一位置上出现一个新的 抗药基因。对于Mμ来讲,这一位置上 出现了一个原噬菌体。
2.2.3造成插入位置受体DNA的 少数核苷酸对的重复

假 定 转 座 因 子 的 核 苷 酸 顺 序 是 XYZ , 受 体 DNA的一部分核苷酸顺序是ABCD,插入位置 是在B和C之间,那么插入以后的受体DNA的 核苷酸顺序将是ABXYZBCD,其中B代表少数 核苷酸对(到现在为止发现的各种转座因子 中B 的数目是3-11bp)的重复。
2.2.6切离

转座因子可以从原来的位置上消失,这一 过程称为切离。准确的切离使插入失活的 基因发生回复突变,不准确的切离并不带 来回复突变,而是带来染色体畸变。通过 切离而消失的转座因子的命运还不清楚。
2.2.7质粒与染色体的整合

通过同源重组和转座作用使质粒与染 色体发生整合。
2.3转座机制(见5-1.5-2)
Байду номын сангаас

进一步研究的结果说明:(1)Ds的存在常 使它近旁发生染色体断裂;(2)Ds可以转 移位置,转移到新的位置后又可以使它的近 旁的染色体发生断裂;(3)Ds的作用依赖 于另一转座子Ac,Ac的作用不仅依赖于Ds; (4)Ds和Ac如果转移位置到另一基因中, 就使这一基因发生突变。

McClintock发现了这些事实,并且根据 这些事实提出基因可以改变位置这一划 时代的概念,而且还转座因子并不限于 玉米。她的发现当时并没有受到很多注 意,直到60年代后期在细胞中发现了 转座因子以后,才逐渐认识了这一发现 的重要意义,终于使她获得了1984年 的诺贝尔医学奖。

插入序列并不为细菌带来表型的变化。另一 类转座因子称为转座子(Tn),许多转座子 带有抗药基因,所以它们为细菌带来对于药 物的抗性。具有这类转座子的质粒便是抗药 质粒。

质粒有能通过细胞结合而转移的,它们称为转译性 质粒,有不能通过细胞结合而转移的,这们称为非 转译性质粒。如果要测定一个非转移性质粒上的抗 药基因AR是否属于一个转座子,只要把带有抗药基 因的BR的一个转移性质粒引进同一细胞使它能抗A和 B,然后把它和抗C的细胞进行结合转移,在含有B和 C的培养基上选取移子BRCR,如果发现在抗B、C细 胞中有一部分抗A、B、C的细胞,就说明抗药基因 AR属于一个转座子。由于检出方法的简便易行,转 座因子被大量发现,使转座因子研究成为分子生物 学中的一个重要领域。

转座因子最早在玉米中发现。40年代末玉米 的细胞遗传学研究已经具有深厚的基础。 McClintock正是在这基础上,通过她自己对 玉米的长期的细胞遗传学研究,首先报道了 转座因子。
玉米的第九染色体的短臂上排列着一系列 主要和籽粒颜色有关的基因:
染色结
Yg
C Sh
Bz
Wx
Ds
着丝粒
C A bz
yg
2.2.4原来位置上保持原有的转 座子

转座子转移到新的位置上后,原有位置上 的转座因子保持不变,属于复制性转座方 式。如果是保守性转座原有位置上的转座 因子消失。
2.2.5促使染色体发生畸变

由于IS1的存在,它的旁边容易发生缺失,缺 失发生的频率高出于自发缺失频率100-1000 倍。McClintock也是通过诱发断裂而发现玉 米中的转座因子的。发生缺失的特点:1转 座因子保持不变;2缺失向两边延伸;顺向 重复与缺失部分同时消失。
2.1.2转座子(Tn)

是一类除了和它的转座作用有关的基因外还 带有其他基因的转座因子。它们是较大的转 座因子,最初发现的是抗药基因的转座子, 以后还发现带有其他的基因(例如乳糖发酵 基因)的转座子。
2.1.3噬菌体 Mμ

某些温和噬菌体,例如大肠杆菌的噬 菌体Mμ。一般的温和噬菌体在染色体 上有一定的整合位置,可是Mμ可以引 起大肠杆菌的几乎任何一个基因发生 的插入突变,所以它既是一个噬菌体, 又具有转座因子的特性(包括其他 一 些特性)。
第五章
转座因子
1 概论
1.1定义

转座因子是一种不能独立完成自我复制,但 是却能在细胞内,由一种复制子移动到另一 种复制子的遗传因子。转座因子也称为可移 动遗传因子。由转座因子介导的遗传物质重 排现象,称为转座(transposition)。
1.2 简史

在50年代以前,人们对于基因组的认识一般 是以每一个基因组的DNA的量是固定的,它 包括数目固定、位置固定、功能固定的一系 列基因,而且这些基因的排列是随机的。 1961年大肠杆菌中的乳糖操纵子的发现,说 明大肠杆菌的染色体不是一个随机排列的基 因集合体,它由许多操纵子以及一些单独的 基因所组成。

细胞的转座因子在60年代后期在大肠杆菌的 半乳糖操纵子的研究中首次发现。大肠杆菌 的有关半乳糖发酵的3个基因(半乳糖激酶 基因galK、磷酸半乳糖尿核苷酰转移酶基因 galT和尿核苷二磷酸半乳糖差向异构酶基因 galE)在半乳糖操纵子中的相对于调控序列 的位置是galPOETK。它们催化的反应是:

sh
Wx
这里Yg代表叶绿色,yg代表黄色;C代表糊粉层有色,c无 色;I代表抑制基因,I对于C是显性的;Sh代表胚乳圆整, sh代表皱缩;Wx代表胚乳为碘液染成紫色,wx代表染成红 棕色;Bz代表糊粉层紫红色,bz代表青铜色;Ds代表解离 因子,实际上便是一种转座因子。

最初用在转座因子研究中的玉米品系的第九染色体上有一个 解离因子(Ds),另一染色体上有活化因子(Ac),它是另 一种转座因子。在CCbzbzDs+Ds+♀和IIBzBzDsDs♂杂交后 得到籽粒上经常出现一些有色斑点。I对于C是显性的,所以 按理杂交所得的籽粒应是无色的,除非I基因消失了才会出 现颜色。籽粒上出现的颜色是青铜色的,而Bz(紫红色)对 于bz(青铜色)是显性的,所以除非I基因和Bz基因同时消 失才会出现青铜色的斑点。青铜色斑点的出现暗示我们一部 分糊粉层细胞在分裂过程中出现了染色体断裂。细胞学观察 证实了这一结论。这里Ds表示解离因子,Ds+则表示解离因 子的不存在。

上述这些结果是通过突变和运用基因克 隆技术对Tn进行活体研究获得的。如 Tn3末端颠倒重复(IR)发生缺失或移 去其中的一部分,转座就不能完成。因 此,在IR中必定含有某些序列对转座行 为是重要的,可能是转座酶结合和反应 的位点。


插入序列和转座子从一个位置转移到另一位置时, 原来位置上的这些结构依然存在,这就是说实际上 转移的只是一个复制品。因此可以想象,一个基因 DNA的量可以由于转座子的存在而发生变化。事实 上瑟慎吸印和分子杂交法可以测得,同一种生物的 不同个体的基因组上同一插入序列或转座子的数目 常不相等,于是又使人们认识到一种生物的基因组 的大小或者基因的数目并不是绝对固定的。

转座作用的机制

转座时发生的插入作用有 一个普遍的特征,那就是受体分 子中有一段很短的(3-12bp)、被称为靶序列的DNA会被 复制,使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。不同 转座子的靶序列长度不同,但对于一个特定的转座子来说, 它所复制的靶序列长度都是一样的,如IS1两翼总有9个碱 基对的靶序列,而Tn3两端总有5bp的靶序列。研究发现, 靶序列的复制可能起源于特定内切酶所造成的粘性DNA末 端。转座可分为福州性和非复制性两大类。顾名思义,在 复制性转座中,整个转座子被复制了,所移动和转位的仅 仅是原转座子的拷贝。转座酶(transposase)和解离酶 (resolvase)分别作用于原始转座子和复制转座子。TnA 类转座主要是这种形式。于此相对应,在非复制性转座中, 原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位,IS序列、 及Tn5等都以这种方式进行转座。
Gal+ATP
k
Gal 1-P+ADP t e
Gal1-P+UDP-Glu
UDP-Gal+Glu1-P
UDP-Gal
UDP-Glu

这里.k、t、e表示上述三个基因所编码的3种 酶。

磷酸半乳糖(Gal-p)是有毒的,所以突变型细胞 galT-在含有半乳糖的培养基上难以存活。在这样的 培养基上得来的生长良好的细胞属于3类,一类是 回复突变的 结果;一类是galK-galT-,它的细胞不 再积累Gall-P;另一类是galK-galE-,这些galE-是极 性突变。

关于基因位置的固定性问题,在40-50年代 中McClintock在玉蜀黍的控制因子的研究中 已经指出,某些遗传因子可以转移位置,可 是这一发现当时并没有受到重视。60年代末 在大肠杆菌中发现了可转移位置的插入序列 (IS),以后又发现了转座子(Tn),于是 人们开始认识到基因组中的某些成分的位置 的不固定性是一个普遍的现象。

这些极性突变型能够发生回复突变,所以不 可能是缺失突变系型。这些突变型的回复突 变率不因为诱变剂的处理而提高,说明它们 不是点突变,而可能是染色体畸变。

R噬菌体的整合位置在gal基因的旁边,所以不难取 得带有上述突变基因的转导噬菌体rdgalE-。通过密 度梯度离心可以看到,rdgalE-的比重大于带有野生 型基因的转导噬菌体rdgal+,这一事实暗示我们突 变的发生不是DNA缺失而是DNA增加的结果。电镜 观察直观地证实了这一结论。这一段插入到galE基 因中而使它失活的DNA 序列称为插入序列1(IS1), 它的长度是768bp。
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