2-6第六节DNA的转座

分子生物学
青海大学生物科学系
Mu噬菌体（即 mutator phage，诱变噬菌体） 它是E . coli的一种温和噬菌体。 与必须整合到宿主染色体特定位置上的一般温和 噬菌体不同，Mu噬菌体并没有一定的整合位置。 与以上的IS和Tn两种转座因子相比，Mu噬菌体的 分子量最大（37kb），它含有20多个基因。 Mu噬菌体引起的转座可以引起插入突变，其中约 有2%是营养缺陷型突变。
分子生物学
青海大学生物科学系
分子生物学
青海大学生物科学系
四、真核生物的转座子
高等真核生物：随机分布而且能重复移动的转座子
I 型； 剪贴式转座因子（cut - paste ）
Two components system 玉米中的控制因子：Ac/Ds, Spm/dspm, Dt in maize IR, transposase, needed II 型；反转录转座子（Retro-transposon 类似反 转录病毒） 果蝇中的转座子：Copia in drosophila Ty1 in yeast Alu family
●
IR
GATCGTC --------------------------GACGATC
Stem-loop
分子生物学
5’ GATCGTC 3’ CTAGCAG
青海大学生物科学系
插入序列转座
插入序列（insertion sequences，IS）： 长750 ~ 1500bp 组成： 反向重复序列：9~41bp，位于两侧
分子生物学
青海大学生物科学系
复制性转座(ReplicativeTransposition)
A.整个转座子被复制，所移动的仅仅是原转座子的拷贝。 B.转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)分别作用于原始 及复制转座子。 C. TnA类主要是这种形式。
分子生物学 青海大学生物科学系
分子生物学
青海大学生物科学系
1、玉米中的控制因子
1932年,美国玉米遗传学家B．McClintock发现玉米 籽粒色斑不稳定遗传现象,于1951年,第一次提出转 座因子的概念。因为玉米中发现的转座因子除了具 有转座的特性外,还具有调节其他基因的作用。又称 之为控制因子（Controlling elements） 。
青海大学生物科学系
玉米糊粉层色斑不稳定遗传是 由可转座因子Ac-Ds引起
-1947
1951年，通过对玉米籽粒色斑不稳定遗传现象，B.McClintock(美)首次提出转座 子的概念 Ds-Ac系统(Dissociation-Activation System )： •抑制因子（inhibitor, I)，后改称为解离因子(dissociator, Ds)。 •激活因子(activator, Ac), 能够控制Ds因子。
分子生物学 青海大学生物科学系
跳跃基因 （Jumping gene、movable gene） （Transposable element）——基因转座现象的发现
• 1914 A. Emerson Cornell university pV V pv v
Indiana University
•
玉米种子色素的遗传：回复突变花斑
分子生物学
青海大学生物科学系
表23－5 一些有代表性的真核转座子的属性 物种 果蝇 II 类转座因子家 族 P、Hobo Mariner FB Tc1 ITR 31、12 28 大 54 TSD 8、8 2 9 2
但是发现：
— 常常得到的是从着丝粒与Wx之间断裂的，丢失三 个基 因的染色体。她定义为“ Ds ”（dissociation） — 偶尔发现 Ds 可以跳到 C 内的某一位置：种子为无色 — 在种子发育过程中，Ds 可以从 C 跳出：种子大部分无色， 少 量斑点。
分子生物学
青海大学生物科学系
分子生物学
分子生物学
青海大学生物科学系
3）转座噬菌体 Mu phage （巨型转座子 ）
150bp P att L C A B S U
1.5kb att R gin
G 倒位区 38kb
C repressor for A, B B 33 kd 与转座有关 A 70 kd 转座酶 U, S 毒性蛋白 attL, attR 与寄主同源，反向重复，转座必需 Gin G区倒位酶
分子生物学
生态环境工程学院
第六节
DNA的转座（1学时）
一、转座子的分类和结构特征 二、转座作用的机制 三、转座作用的遗传学效应 四、真核生物的转座子 1、玉米中的控制因子 2、果蝇中的转座子
分子生物学
青海大学生物科学系
一、转座子的分类和结构特征
1、定义 DNA的转座，或称移位（transposition），是由可移动因子 （transposable element）介导的遗传物质重排现象。 Transposable Elements：are sections of DNA ( sequence elements ) that move, or transpose, from one site in the genome to another.转座因子（transposible
转座发生时，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。 靶序列的复制可能起源于特定内切酶所造成的黏 性DNA末端。
分子生物学
青海大学生物科学系
分子生物学
青海大学生物科学系
转座作用的机制
1. 复制性转座：所移动和转位的仅仅是原转座子 的拷贝。——TnA类 2. 非复制性转座——IS序列、Mu及Tn5等。 转座酶（transposase）——原始转座子 解离酶（resolvase）——复制转座子
Individual elements comprise transposable units or modules of composite transposons
IR DR
标准命名法
分子生物学 青海大学生物科学系
IS的结构
来自百度文库
IS的转座机制
分子生物学 青海大学生物科学系
2）Transposon (Tn / TnA family)
TnA族Tn:两端是正向或反向重复序列，中间有与Tn功能相关 的基因（编码转座酶）及抗生素抗性基因。总是作为一个单位进 行转座，其末端不能单独转座。 1.没有IS序列的、体积庞大(5 000bp以上)的转座子。 2. 常带有3个基因，一个编码β-内酰胺酶(AmpR)，另两个则是 转座作用所必须的。 3. 所有TnA类转座子两翼都带有38bp的倒置重复序列。
Mu噬菌体的结构
分子生物学
青海大学生物科学系
Mu phage 的转座与基因表达
●
P
sv
56kd
u 21 kd
倒位酶
●
P sv’ 48 kd u’
26 kd
分子生物学
青海大学生物科学系
4）复合因子
（composite element / composite transposon）
IS插入到功能基因两端，可能 形成复合转座因子
Tn2 Tn4 Tn6 Tn9
(AmpR) (AmpR StrR) (kanR) (CamR)
分子生物学
青海大学生物科学系
如Tn3含有3个基因：编码β-内酰胺酶的氨苄青 霉素抗性基因（ampk）,转座酶基因（tnpA）和 编一种阻遏物的调节基因（tnpk）。
分子生物学
青海大学生物科学系
TnA家族
分子生物学 青海大学生物科学系
分子生物学
由Y-转座酶或S-转座酶介导的转座子“剪切”和“粘贴”机制
青海大学生物科学系
分子生物学
转座子的“复制”和“粘贴”机制
青海大学生物科学系
分子生物学
青海大学生物科学系
分子生物学
青海大学生物科学系
第三节、转座作用的遗传学效应
1、转座引起插入（或缺失）突变、导致结构基因基 因失活、重排； 2、转座产生新的基因，携带病毒、质粒（部分）基 因进入染色体； 3、转座产生的染色体畸变与恢复； 4、转座引起的生物进化。
分子生物学
青海大学生物科学系
分子生物学
青海大学生物科学系
●
复合转座子一旦形成，转座功能受较多因子调控
●
结构特点 IS10L
IR IR IR
Tn10 (9.3 kb)
IS10R
IR
IR
IR
IS1L
IR IR DR
Tn9(2.5 kb)
IS1R
IR IR DR
分子生物学
青海大学生物科学系
第二节、转座作用的机制
玉米果皮花斑突变 • 1936
•
Marcus . M. Rhoades
玉米糊粉层斑点（Dotted Dt）突变
玉米种子糊粉层色素遗传：二个基因相互作用，与回复突变有关。
Dt
Dt
A
分子生物学
a
a
A
青海大学生物科学系
McClintock（1944）：
玉米第 9 条染色体三个连锁基因：
Ds
Wx
Sh
C
想通过 “桥－断片－桥” 去掉染色体末端的基因 C。
转座酶编码基因：产物引起转座，位于中间
正向重复序列：4~12bp，位于反向重复序列 外侧，为插入序列所特有
转座酶基因
分子生物学 青海大学生物科学系
插入序列（insertional sequence, IS）
1. 最简单的转座子,不含有任何宿主基因。 2. 是很小的DNA片段(约1kb)，末端具有倒置重复序列。 3. 转座时常复制宿主靶位点4～15bp的DNA形成正向重复区。 4. 大部分IS序列只有一个开放读码框。 5.分子生物学 是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。 青海大学生物科学系
分子生物学
青海大学生物科学系
1） 插入序列 （ insertion sequence， IS ）
最简单的转座子——插入序列，是细菌染色体或 质粒的正常组成成分。 不含有任何宿主基因。
l 700 2000 base pair （bp） GATCGTC --------------------------GACGATC CTAGCAG---------------------------CTGCTAG IR
非复制性转座(NonreplicativeTransposition)
A.原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位 B. IS序列、Mu及Tn5等都以这种方式进行转座
分子生物学 青海大学生物科学系
分子生物学
青海大学生物科学系
分子生物学
青海大学生物科学系
由DDE转座酶介导的转座子“剪切”和“粘贴”机制
分子生物学 青海大学生物科学系
2、 原 核 生 物 转 座 因 子 的 种 类
包括以下四类： 1）插入序列（insertionalsequence，IS） 2）复杂型转座子:TnA家族（TnA family ） 3）转座噬菌体 （Transposable phage ） 4）复合式转座子（composite transposon）
element）也称作跳跃基因（jumping gene）或可移动基因（movable gene）
转座子（transposon,Tn）：是存在与染色体DNA上可自主复制和 位移的基本单位，在复制过程中可以“随机地”插入到染色体或 质粒上，也可以作为一个单位被切割下来插入到另一条染色体或 质粒上。 A transposon(transposable element) is a DNA sequence able to insert itself (or a copy of itself) at a new location in the genome, without having any sequence relationship with the target locus.
l 2.5 kb l 20 kb
具有IR、转座酶基因、 调节基因、抗抗生素基因 IR 37bp transposase TnpA Res TnpR AmpR IR
Tn3
37bp regulator β- lactamase
l
Tn1 Tn3 Tn5 Tn7 Tn10
(AmpR) (AmpR) (KanR) (StrR TmpR) (TetR)
复合型转座子的结构
IS
IS
IS
transposition
IS L
IS R
mutation
臂
分子生物学
中心区
臂
青海大学生物科学系
复合式转座子（composite transposon）
1.是一类带有某些抗药性基因(或其他宿主基因)的转座 子。 2. 两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列。 3. IS序列就不能再单独移动，只能作为复合体移动。