转座因子
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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
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。
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。
第八章-微生物的遗传变异与育种答案
第七章习题答案一、名词解释1.转座因子:具有转座作用得一段DNA序列、2.普遍转导:通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”,而将其遗传性状传递给受体菌得现象称为普遍转导。
3.准性生殖:就是一种类似于有性生殖,但比它更为原始得两性生殖方式,这就是一种在同种而不同菌株得体细胞间发生得融合,它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子、4.艾姆氏试验:就是一种利用细菌营养缺陷型得回复突变来检测环境或食品中就是否存在化学致癌剂得简便有效方法5.局限转导:通过部分缺陷得温与噬菌体把供体得少数特定基因携带到受体菌中,并与后者得基因整合,重合,形成转导子得现象、6.移码突变:诱变剂使DNA序列中得一个或几个核苷酸发生增添或缺失,从而使该处后面得全部遗传密码得阅读框架发生改变、7、感受态:受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化得一种生理状态、8、高频重组菌株:该细胞得F质粒已从游离态转变为整合态,当与F菌株相接合时,发生基因重组得频率非常高、9、基因工程:通过人工方法将目得基因与载体DNA分子连接起来,然后导入受体细胞,从而使受体细胞获得新得遗传性状得一种育种措施称基因工程。
10、限制性内切酶:就是一类能够识别双链DNA分子得特定序列,并能在识别位点内部或附近进行切割得内切酶。
11.基因治疗:就是指向靶细胞中引入具有正常功能得基因,以纠正或补偿基因得缺陷,从而达到治疗得目得。
12.克隆:作为名词,也称为克隆子,它就是指带有相同DNA序列得一个群体可以就是质粒,也可以就是基因组相同得细菌细胞群体。
作为动词,克隆就是指利用DNA体外重组技术,将一个特定得基因或DNA序列插入一个载体DNA分子上,进行扩增。
二、填空1.微生物修复因UV而受损DNA得作用有光复活作用与切除修复、2.基因组就是指一种生物得全套基因。
3.基因工程中取得目得基因得途径有 _____3_____条。
4.基因突变可分为点突变与染色体突变两种类型。
转座因子1
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
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
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
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
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）
转座因子遗传分析.pptx
DNA的插入（突变）和切离（回复突变）
第10页/共59页
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第二节、原核生物中的转座因子
(一) 插入序列(IS) (二) 类插入序列（IS-like elements） (三) 复合转座子。 (四) TnA家族
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• 1．插入序列（insertion sequences，IS）
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• Ac-Ds系统中二者的关系 Ac的作用是自主的，而Ds行为却依赖于Ac，
Ds和Ac在很大程度上表现出核苷酸序列的同源， 特别是两端的序列是相同的。
Ac 具有转座因子的全序列，即具有自主转 座的功能，Ds存在不同程度的缺失中间序列，丧失 了自主转座的功能。
第9页/共59页
原核细胞中转座因子的发现
• 一类较大的可移动成分。除有关转座的基因外， 至少带有一个与转座作用无关并决定宿主菌遗传 性状的基因。
• 转座子中的转位酶常称为转座酶，其功能是介导 转座子插入到DNA的其它部位。
• 复合型Tn：由一个基因序列及两侧臂组成。两侧臂为IS 序列。
• TnA族T n: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
原核生物中的转座因子的发现和检出：
1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因
子
（transposable element）。他在半乳糖操 纵子(gal K,T,E ）中发现了一种极性突变。 它有以下的特点：
(1) 能回复突变；
(2) 用诱变剂对其处理并不能提高回复突变 率;
他 们 想 到 galE- 的 突 变 可 能 也 是 部 分
IS是一种最简单的转座因子，共同的结构特征： 两端的核苷酸顺序是完全相同或相近反向重复序 列，中间是转座酶基因。
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第二节、原核生物中的转座因子
(一) 插入序列(IS) (二) 类插入序列（IS-like elements） (三) 复合转座子。 (四) TnA家族
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• 1．插入序列（insertion sequences，IS）
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• Ac-Ds系统中二者的关系 Ac的作用是自主的，而Ds行为却依赖于Ac，
Ds和Ac在很大程度上表现出核苷酸序列的同源， 特别是两端的序列是相同的。
Ac 具有转座因子的全序列，即具有自主转 座的功能，Ds存在不同程度的缺失中间序列，丧失 了自主转座的功能。
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原核细胞中转座因子的发现
• 一类较大的可移动成分。除有关转座的基因外， 至少带有一个与转座作用无关并决定宿主菌遗传 性状的基因。
• 转座子中的转位酶常称为转座酶，其功能是介导 转座子插入到DNA的其它部位。
• 复合型Tn：由一个基因序列及两侧臂组成。两侧臂为IS 序列。
• TnA族T n: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
原核生物中的转座因子的发现和检出：
1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因
子
（transposable element）。他在半乳糖操 纵子(gal K,T,E ）中发现了一种极性突变。 它有以下的特点：
(1) 能回复突变；
(2) 用诱变剂对其处理并不能提高回复突变 率;
他 们 想 到 galE- 的 突 变 可 能 也 是 部 分
IS是一种最简单的转座因子，共同的结构特征： 两端的核苷酸顺序是完全相同或相近反向重复序 列，中间是转座酶基因。
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
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
《中国大百科全书生物学》卷遗传学条目―转座因子
细
胞中能改变自身位置的一段脱氧核塘核酸 （Ｎ ）序 ＤＡ 列。转座因子改变位置（ 例如从染色体上的一个位置 转移到另一个位置， 或者从质粒转移到染色体上） 的行
为称为转座。 第一个转座因子是四十年代美 国遗 传学家 Ｂ ．麦
图 １ 转座子 Ｔ ３的分子结 构示意图 ｎ Ｉ ：末端反向重复顺序 ； Ｔ ｐ Ｒ ｎＡ：转座酶 基因 ：
转座 子：以 Ｔ ｎ表示， ＊ １Ｔ ２等。分子大 如 Ｔ ，ｎ ｎ 小一般在 ２００ ５００ ，０－２，０ 碱基对之间，两端有相同的
序 列， 如果它们的方向相反 ， 则称为反向重复顺序 Ｉ） Ｒｏ 某 些转座 子的 Ｉ 便是 已知的 Ｉ Ｒ Ｓ因子， 这些 Ｉ 既可 Ｒ 以作 为 Ｔ 的一个部分而转座， 可以 单独 转座。转 ｎ 也 座 子除 含有与转座有关的基因与核营酸序列外 ，还含 有一些其 他的基 因。 已发现近 ４ 种不同的转座子分别 ０ 带有不 同的抗菌 素抗性基 因， 乳糖基 因、 热稳定肠毒素
基 因编码 的转座酶在这一过程中是不可缺少的。Ｔ ｐ ｎＲ 基 因编码 的多肤除 了对 Ｔ ｐ 基因与 Ｔ ｐ ｎＡ ｎＲ基因本身 的表 达有 阻遏作用外 ，对于使共合体解开成为各带一 个 Ｔ３ ｎ 的两个质粒的过程也是不可缺少的。
４８
（ 下转第３页） ０
处有与转座有关的Ａ 基因与Ｂ 基因， ， 在Ａ Ｂ 基因与末 端之间还有一段不长的核营酸序列，这一序列编码的 产物对 Ａ Ｂ基因的表达有负控制作用。 ， 真核生物中的转座因子 玉米籽粒色斑的产
生、 果蝇复眼 颜色 的变异 、 啤酒酵母接合型的转换等现 象， 都与转 座因子 在染色体上 的转座有关。 果蝇的转座因子有 ｃ ｉ ４２ ２７ ｏ ａ １ 与 ９ 等，它们的 ｐ ， 两端都有同向的重复序列 ，这些重复序列的两端又有 较短的反向重复序列。 ｃｐ ｏｉ ａ分散在 染色体的不同位
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。
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。
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
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
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
异常重组：机制不清楚。
定
义
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
定
义
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
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原 核 转 座 子
IS
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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
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
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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表2 一些复合转座子的基本特征
转座子 Tn10
长度(bp) 遗传标记 末端特征 末端两个IS排向 IS关系 IS功能 9300 Tetr IS10L IS10R 反向 2.5% 功能减弱 完整功能 G- 细菌
来源பைடு நூலகம்
Tn5
5700 Kanr Bler Strr IS50L
IS50R
反向
1bp差异
完整功能 G- 细菌
(2) 复制型转座和保守型转座 所谓复制型转座(replicative transposition)是指在转座过程中， 供体分子上的转座子首先被转座酶在其两端被交错切开，使转 座子的两个DNA链都带有游离的3ˊ-OH末端。 转座酶在转座子两端进行切割的同时也对靶部位的两个链进行 交错切割，然后供体上的转座子和靶链在切口处连接，即转座 子的每个DNA链的3ˊ- OH与靶位点单链突出的5ˊ-磷酸基团共 价连接，从而产生一种交叉结构。 在交叉结构中，其交错末端都含有单链区，此单链区是为 DNA合成提供模板的假复制叉(pseudoreplication forks)，如果复 制从二个假复制叉继续进行，那么将通过转座子并在其末端终 止，从而形成二个拷贝的转座子。
一般来说，一个功能性的IS结构单位能转座它本身或整个 转座子。
当一个复合转座子的两个IS不同时，该转座子的转座主 要 依 靠 其 中 一 个 IS 的 功 能 ( 如 Tn10 中 的 IS10R 和 Tn5 中 的 IS50R)； 当两侧IS完全相同时，其中任何一个都能行使使该复合 转座子转座的功能。图2是3个复合转座子Tn5 、Tn9和Tn10 的结构示意图。
1968年，分子水平的研究证实了在大肠杆菌中转座因子的 存在，这才引起科学家的重视并进行了深入细致的研究.。 现在已经证明细菌、放线菌、酵母、丝状真菌、植物、果 蝇、哺乳动物、人等几乎所有生物的染色体上以及多种细菌 质粒上也都有不同类别的转座因子存在。 此外还证明大肠杆菌Mu噬菌体与脊椎动物的反转录病毒 （retrovirus）的原病毒（provirus）DNA也是转座因子。
图10-5 转座因子的插入机制
2. 细菌转座因子的转座模型
(1) 剪-贴型转座(cut-and-paste transposition) 这类转座又叫简单插入，是一种非复制型转座过程。
* 在该过程中转座酶识别转座因子的两个末端，在转座因 子的两个末端进行双链平端切割，则完整的转座因子从供体 DNA中释放出来。 •同时转座酶在受体的靶部位进行交错切割。
Cam r 无
38
12 38
5
不详 5
Bacillus thuringensis
Clostridium perfringens
Streptomyces fradiae
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 转座因子插入到一个新的部位的通常步骤是：
(1) 在靶DNA序列两侧各一条单链上造成一个切口，切口之 间的距离决定了将来转座子两侧正向重复单位的长度。
1998年已达到500种，这500种IS分离自73个细菌属、156种 细菌和古菌。
表1. IS种类
细菌中一些常见的IS 长度(bp) 末端反向重复(bp) 靶点正向重复(bp) 编码蛋白质的可能数目 来源
来源于G- 细菌的IS IS1 IS2 IS3 768 1327 1258 20/23 32/41 29/40 9 5 3 2 2 2 大肠杆菌(E.coli) 大肠杆菌(E.coli) 大肠杆菌(E.coli)
• 然后转座子与靶部位的切口末端相连接。这种类型的转座只 需要转座酶。
• 在非复制型转座发生之后，供体的命运如何呢？一般认为 供体被破坏，另一种可能是宿主修复系统识别了断裂的双链 并对它进行了修复(图10-6) 。很多插入序列(IS)和复合型转座 子，如IS10、IS50、Tn5、Tn10等就是以这种方式进行转座的。
反向重复序列 转座酶
IR Transposae
反向重复序列
IR
图1 IS的典型结构
二、细菌转座子 将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 transposons,简称Tn)。
Tn与IS的主要区别是携带与转座无关的药物抗性或其它特性 的基因。
抗药性转座子一般可分为两类 复合转座子 (composite transposon) 和复杂转座子 (complex transposon)。
1. 复合转座子(composite transposon)
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，IS作为Tn的两个臂或称两个末端， 两个IS在Tn中作正向或反向排列。 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。Tn5 和Tn10是这类转座子的典型代表。
反应的结果为转座子被插入到受体的靶位点DNA中，并 且其两侧为由原来的单链切口所产生的重复序列(图10-8)。
供体DNA在原来转座子处留下一个大的缺口。有些插入序 列和转座子是以这种方式进行转座。
3. 几个常见转座子的转座
(2) 然后转座子插入带有与突出单链末端的切口之间，二者 共价连接起来， (3) 由此形成的两段靶序列单链区由DNA聚合酶Ⅰ或其它类 似的酶填充，再由连接酶将端口连接起来(图10-5)。 (4) 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。
转座因子的插入引起靶序列重复
靶序列重复的产生过程
无功能
Tn903
3100
Kanr
IS903
反向
相同
两者都有功能 G- 细菌
Tn9
2500
Camr
IS1
同向
相同 两者都有功能
G- 细菌
Tn1681 2086 胞外肠毒素
IS1
反向
相同 两者都有功能
G- 细菌
2. 复杂转座子(TnA转座子) 复杂转座子的两端是长度为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。
8/9 26/26 9 3
4
3
2
R68-45(铜绿假单孢菌
Tn5(肠杆菌) 萨氏假单胞菌
2
(Pseudomonase savastanoi)
IS91
1800
8/9 19/24 30/32
0 3 9
1 2
pSU233(肠杆菌) 大肠杆菌
IS150 1443 IS426 1313
来源于G＋ 细菌的IS IS110 IS231 IS904 1550 1656 1241 10/15 0 1 天蓝色链霉菌
第一节 细菌中转座因子的类型和结构 三类：插入序列(IS)
转座子(Tn)
某些温和性噬菌体(如Mu, φ108)。 这三类转座因子的共同特征是：插入寄主DNA后，导致 基因失活；另外，插入时在靶DNA位点产生产生一个短的正 向重复顺序。
一、插入序列
一般是0.7～2.5kb。
插入序列和转座子的表示法均一般是按发现顺序先后或发 现人的意愿，用阿拉伯数字表示，如IS1、IS2、IS3等，但与 目前所分离的转座因子的总数无关。
Hgr Strr Sulr 38 Hgr 38
Tn1000 (Υδ) 5800 无
37
5
E. coli
来源于G＋ 细菌 Tn551 5300 Ery(erythromycin) 35 5 Staphylococcus aureus
Tn4430 4200
Tn4451 6200 Tn4556 6800
无
20 coccus aureus) 32/39 4 2 乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)
ISL1
ISS1
1256
820
21/40
18 8
3
1
2
干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)
乳酸乳球菌(Streptococcus lactis)
来源古菌的IS ISH1 ISH2 ISH23 ISH51 ISM1 1118 520 1000 1371 1381 8/9 19 23/29 15/16 29 8 8 10-12 9 3 1 1 不详 1 不详 盐生盐杆菌(Halobacterium halobium) 盐生盐杆菌(H. halobium) 盐生盐杆菌(H. halobium) 沃氏富盐菌(Halobacterium volcanii) 史氏甲烷短杆菌(Methanobrevibacter smithii)
IS4
IS5 IS6
1426
1195 820
16/18
15/16 14/14 17/22
11 ～13
4 8 9 1 1 3
1
大肠杆菌(E.coli)
大肠杆菌(E.coli) Tn6(肠杆菌) R100(Tn10)(肠杆菌)
IS10 1329
IS21
IS50 IS51
2132
1534 1311
10/11
表3
一些TnA家族转座子的基本特征
转座子
长度(bp) 遗传标记 末端反向
重复(bp)
两侧靶点
来源
正向重复(bp)
来源于G- 细菌 Tn1 Tn3 Tn21 Tn501 5000 4957 19600 8200 Ampr Ampr 38 38 5 5 5 5 铜绿假单孢菌(P.aeruginosa) Salmonella paratyphi Shigella flexneri Pseudomonase aeruginosa
第十章 转座因子 (Tansposable elements) 转座因子(transposable elements,TE) 是细胞中能改变自 身位置的一段DNA序列。 转座因子改变位置，如：从染色体的一个位置转移到 另一个位置，或者从质粒转移到染色体的行为称为转座。