第十一章 转座因子的遗传分析

Ac：激活因子
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转座元件的结构:真核生物的转座元件 Ac-Ds系统： Ac： 4565 bp 末端反向重复序列（11 bp） 自主元件 转座酶基因 Ds： Ac的缺失序列，结构多样 末端反向重复序列（6~13） 非自主元件
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四、转座的分子机制
转座子
复制转座机理
第一步：转座酶识别转座子
单链
质粒DNA（双链）
单链之间由于互补形成茎环结构
2、转座基因的转移不是IS序列从某一位置切离，而 后插入到染色体新的位置，而是通过复制及重组过 程，在新的位置插入，同时新位置的转座子两侧出 现正向重复序列
IS整合到一个新的靶部位时，在插入部 位两侧形成正向重复序列：
AC GATGTC G CAGAGTATG C TG CTACAG C GTC TCATAC G
含有Is的质粒经变性后形成柄环结构
当一个IS插入“靶”DNA后，其两端会出现一 小段正向重复序列（约5-11个核苷酸对）。
插入位点形成正向重复序列的机制
二、转座子：
使宿主菌获得一定特性
大(2000-25000bp)，转座有关的基因,抗药性及其他基 因，两端具相同或同源序列。如IR序列。
Tn3的结构模式图
2 . 外显子改组: 两个转座子被同一转座酶识别整合于染色体邻 近位置,其间的外显子易被转座酶作用而转座, 造成外显子重组,产生新基因。
渗漏突变（leaky mutation):允许残留水平的基因表 达的突变。
转座子
Exon 1A
Exon 3A 转座酶作用下 切离 Exon Exon 1B 2A 转座
第十一章 转座因子的遗传分析
学习要点： 1 名词概念:转座因子,转座基因,移动基因.渗漏 突变， 2 3 4 5 移动基因的发现 转座基因的特点及转座的三种机制 转座的遗传效应 五、转座因子的应用：
一 概念及转座因子的发现
一、转座因子（转座元）
转座因子：能够在染色质或质粒上转移 座位的 DNA功能单位（transposable element）。 特点： 1.自身携带有转座酶基因，末端有反向重复序 列; 2.转座过程中出现共联体； 3.转座以后,原来的转座子依然保持在原位，而 在靶序列上复制了一个转座子; 4.转座完成以后可以在靶序列上造成同向重复序 列.
三、转座噬菌体：Mu噬菌体
与其他温和性噬菌体的差别：其基因组不论在进入裂 解周期或处于溶源状态都可随机整合到宿主染色体的 任何位置，且游离的和已整合的基因次序是相同的.
三、真核生物的转座子
玉米的激活—解离系统（Activator-Dissociator, Ac-Ds）
Ds C
C突变
Ac
Ds
C 回复突变
靶序列
和靶序列，在其两端各
切断一个单链，然后断 头交叉相连。
转座酶
受体 DNA
+
+
第二步：DNA 单链缺口被修 复，形成共合体 （cointegrant）。 第三步：在解离酶的作用下， 共合体解离成两条染色体 （环形 DNA），各含有一 个完整的转座子。
解离酶 同源重组
动画
3、转座过程伴随着共联体的出现：
•二、转座基因的特点： •1、DNA序列分析表明，转座基因两端的 核苷酸碱基顺序完全相同或相近，但方向 相反，即所谓反向重复序列（inverted repeat sequence IR）。
IS序列 中部基因
CCCAGAC GGGTCTG
GTCTGGG CAGACCC GTCTGGG CAGACCC 变性，复性
Exon 2A
Exon 2B
Exon 1B
Exon 2AExoLeabharlann 2B双转座引发外显子改组
3. 引发染色体变异：转座引发缺失和倒位 4. 调节基因表达：酵母Ty1因子。 5. 基因工程载体：果蝇P因子

3、由于带有正向或反向重复序列，会造成宿主 染色体结构变异（缺失、倒位等）。 4、具有明显的基因调控开关作用。
5、增加同源序列的整合。
6、在靶序列上引入新的转座子序列，原来序列 保持不变；
转座因子的应用： 1. 克隆目的基因及根据突变型研究基因功能：
从带转座因子生物中筛选出在发育、生理与行为等方 面有突变的品系，如果这些突变是由于转座子的DNA克 隆所产生，则必定会有与该突变体有关的基因存在（用转 座子给未知目的基因加上标记） 以此突变的表型，可探知此基因功能，从分子水 平上对基因进行研究与利用

一、转座基因：Mcclintock于1941年通过对玉米胚 乳颜色的研究，提出生物体可以在不同的染色体间 转移，即跳跃基因假说。 前述F+菌株中的F因子即为跳跃基因，通过自身的IS （Inserted sequence）随机地插入到细菌的基因组中， 而变成Hfr 菌株。

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 发现色素变化与一系列染色体重组 有关。 染色体的断裂或解离(dissociation)有一个特定位点 (Ds)。但Ds并不能自行断裂，受一个激活因Ac(activator)所控制。 Ac可以像普通基因一样进行传递，但有时表现很 特殊，可以离开原座位 转移到同一个或不同染色体的 另一座位。 Ds也能移动，不过只有在Ac存在时才能发生。 McClintock把Ac和Ds称为控制因子或转座因子 “控制因子”假说。 Jacob P. A.和Momod L.（1961年）发表乳糖操纵 子模型和控制基因理论，McClintock的“控制因子”假 说才开始重新引起人们的注意。
1932年，美国遗 传学家 B.McClintock 发 现玉米籽粒色斑不 稳定遗传现象。 1951年首次提出 转座子的概念，认 为在基因组的不同 区域存在可移动的 控制因子， controlling element。1983年 获诺贝尔奖。
DNA transposable element
McClintock
供体与靶位点靠近， 发生链交换
Shapiro中间体
3’ 5’
非复制型转座
5’ 3’
3’ 5’
复制方向，缺口连接
5’ 3’ 3’ 5’
位点专一性重组
5’ 3’ IR IR 3’ 5’
5’
3’
3’
5’
五、转座的遗传效应及其应用：
1、可以插入新基因（ampR、terR等）
2、某些转座子带有功能基因，引起显性突变。
2、连接：供体与受体结合成为共联体 （Shapiro中间体）
3、复制：由DNA聚合酶进行修复补上缺口， 由连接酶连接。
4、重组：特点位点重组，共聚体分离。
IR 5’ 3’
3’供体切出 IR 3’ 5’ 3’
靶DNA
3’ 5’
5’
5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’
3’ 5’ 3’ 5’
共联体：为两个或两个以上的复制子通过共价连接 起来成为一个复制整体。 4、转座因子不仅在原核生物，而且在真核生物都有 发现，可能是生物进化的一种特殊机制
三、转座机制模型：
A.Shapiro（1979）提出Tn3转座模型： 切开受体质粒的靶序列 Tn3转座酶 识别反向重复序列，从转 座子3’端切开
1、切开：
IS
AC GATGTC G CAGAG
TG CTACAG C G TCTC
GTC G CAGAGTATG C IS CAG C G TCTCATAC G
正向重复序列
正向重复序列
二、原核生物转座因子的类别：
一、原核生物中的转座子 1.插入序列（inserted sequence,IS)：长度在 768-5700bp, 两端具几~几十bp的反向重复序列