第十二章 转座子

自主和非自主转座子的鉴别
a1a1(花斑) A2A2C1C1C2C2 ×A1A1A2A2C1C1C2C2
A1a1A2A2C1C1C2C2
1A1A1(有色):2A1a1(有色):1a1a1(花斑)
自主转座子
非自主转座子的鉴别
Ac a1a1(花斑) A2A2C1C1C2C2 × ac A1A1A2A2C1C1C2C2
亦不能转座，但SP可以出现活化和失活状态的周期性变化。
非自主因子I作用特点：插入结构基因时，可部分抑制结构基因表达，在m基因活化时 可以转座，引起结构基因的回复突变。
图12-9 Spm系统与结构基因A的相互作用，以及玉米糊粉层的性状表现
图12-10 不同Spm突变引起I因子转座时间与频率对玉米糊粉层的影响 左：转座发生得晚但频率高；中：转座发生得晚，频率低；右：转座发生得早
三、SPm系统
自主因子----SPm 非自主因子----I 自主因子作用特点------SPm分为两个部分 －－－抑制基因SP：通过控制因子对结构基因的表达起到完全抑制作用 －－－增变基因m：能够引起控制因子的转座和状态变化，控制整个SPm因 子转座。 SP和m的互作：只有SP正常，m才能发挥作用。SP正常，m发生状态变化，则影响 回复突变发生的时间和频率，m失活，SPห้องสมุดไป่ตู้不能转座，非自主因子I
没有活性的a1和a1-m，在dt存在时，表现是稳定的，但在Dt存在时， 都能发生特定频率的回复突变，出现不同活性水平的A1。回复突变可 以发生在个体发育的任何时期。在能够产生花青素的组织，引起叶片、 花药、籽粒等产生大小不同的有色斑点（图12-1）。
图12-1 Dt-rDt系统对花药和叶片色素的影响
图15 Ac因子与三个不同Ds因子的分子组成比较 Ds-a 只在Ac大基因编码区缺失了194个 核苷酸Ds-b缺失了Ac核苷酸的1/2；Ds-c只保留了Ac因子的反向重复区
Ac中编码转座酶的长度为2421bp的ORF。有证据表明， 转座酶的结合序列为目标DNA上的AAACGGG，并且 需要该序列6次以上的重复才能稳定结合（Becker和 Kunze, 1997）。甲基化对上述结合有很大影响，两条 链上的C被甲基化后，则不能结合，只有一条链甲基化 则显著影响结合。因此，甲基化可能在转座过程中发挥 重要作用。 正常结合： AAACGGG TTTGCCC 结合弱化： AAA mCGGG TTT GCCC
有一系列的Ds因子，都能够引起结构基因插入突变并对Ac因子发生反应。但有可靠证据表 明，并非所有Ds因子都能引起染色体断裂。只有一种称作“双重Ds”（double Ds）的类 型才有使染色体断裂的能力（H. P. Döring，1986）。这种双重Ds因子由两个只有 2041bp的Ds拷贝组成，其中一个拷贝以反向方式插入另一个拷贝分子中，它的末端反向 DNA序列重复4次，其他部分也以反向方式重复两次，其转座所致染色体断裂过程如图 12 － 5。

控制因子利用其特定的靶子位点重复（target site duplication，TSD）DNA与受体基因相连接，插入基因座位。 在它们离开插入位点时，TSD与转座因子一起消失。但在植物中， 转座因子离开之后，TSD常常被遗留下来形成印迹（footprint）， 不过这种遗留下来的TSD，有时与原来的TSD有所不同，个别碱 基可能被替代或丢失（图12-18，图12－19）。如果转座因子的 插入和跳出，发生在内含子或基因前导序列（leader sequence），其后果很难觉察得到。如果发生在外显子，在遗 留的TSD碱基不是3的倍数时，有可能产生移码突变 （frameshift mutation），是3的倍数时，TSD碱基有可能增加 少数氨基酸，使回复突变的蛋白质与原始类型有所不同。
二、诱发与活化
1、组培 2、病毒感染 3、环境因素刺激
图12-8 C基因与不同状态转座子互作的籽粒遗传表现
二、控制因子突变的性质（略）
第四节 转座因子的分子基础
一、分子基础 AC—DS系统
图12-14 带有Ac因子的wx基因的单股 DNA与不带Ac因子的回复突变Wx基因单 股DNA分子杂交示意：Wx基因与wx基因 大部分区段可以发生联会，形成双链。 只有wx上的Ac因子因无互补序列而形成 单股环
从分离到的几个Ds因子来看，其大小差别很大。第一个Ds很像Ac，只是缺失了 194个核苷酸，这部分缺失恰好发生在大基因编码区。由于Ds的转座必须有Ac 存在，所以可以想象，这194个核苷酸的缺失，正好破坏了转座酶基因。第二个 Ds只有Ac长度的一半。一个最小的Ds因子只有Ac长度的1/10，仅仅包括了Ac 因子的末端反向重复区。染色体上任何具有与Ac相似的反向末端重复序列的成 分都可能起到Ds的作用。这部分序列很可能已经包含了全部有关转座酶需要的 识别、切除和转座的信息。Ac因子则不然，在结构上不可能有太大的区别，因 为它必须具有编码和表达转座酶的能力。从已经分离到的3个Ac的情况来看，它 们几乎是完全相等的。
Acac+ A1a1(Dsds)A2A2C1C1C2C2 自交
9Ac-A1-(有色):3Ac-a1a1(Ds花斑):3acacA1- (有色):acaca1a1(无色)
非自主转座子
自主转座子的确定
与已知非转座子测验种杂交
第二节 重要玉米转座子系统
一、Dt-rDt系统 Dt系统是30年代在墨西哥黑甜玉米中发现的，其自主控制 因子Dt，位于9号染色体短臂末端。至今已经发现了6个独 立的Dt基因突变，它们只能特异性地引起a1座某些等位基 因的不稳定突变。它的非自主控制因子为rDt。rDt能够插入 a1座，并对Dt发出的信号作出反应，引起a1的回复突变。
图12-3 Ac因子自主转座和对Ds的控制作用
图12-4 玉米9号染色体在Ac-Ds作用下引起的染色单体“断裂-融合-桥”循 环
图12-7 玉米C座位控制因子突变 a. 显性基因C产生有色糊粉层；b. Ds因子 插入C座位，使C突变为c-m，使糊粉层无色；c. 在Ac存在时，可引起Ds在 某些细胞转座，产生回复突变，故整个子粒呈现出在无色背景下散布着有色斑点。
麦克林托克－－转座子的发现
第一节 转座子种类与鉴别
一、转座子种类 自主转座子
非自主转座子
反转录转座子
表12-1 玉米的3个转座遗传因子系统及其控制的部分结构基因
所属系统 Dt-rDt
自主控制因 子 Dt
非自主控制因子 rDt
受控制的结构基因 a a-m1
Ac-Ds
Ac
Ds
a-m3 a-m4 a2-m4 c-m1
SPm系统
Spm因子（从wx-84-4得到）和I因子（从wx-m8得到）分子的基本结构与Ac和Ds因子很 相似。它们分子的两端有一个由13个碱基对组成的反向重复序列TIR （CACTACAAGAAAA）。紧挨着TIR，是由以12个碱基对为基本单位 （CCGACACTCTTA），以顺向或反向重复若干次，形成的各由大约200个碱基对组成的 “柄”（stem），柄中间是它们的功能单位。Spm因子由8248bp组成，I因子由2.2kb组 成。它们之间的6.2kb的差异导致了I因子转座能力的丧失。Spm因子在883碱基处失去了 6.2kb的DNA序列，就形成了I因子。对一系列分离到的I因子测定的结果，发现它们大都 是由于Spm因子内部缺失造成的。但有一个I（dSpm）因子，其分子长度与Spm完全相 同，可能是由于点突变或者DNA分子的某些修饰作用所致，这种点突变或DNA修饰作用 使Spm丧失了自主转座能力。
图12-11 Spm系统中，引变因子m失活，抑制因子Sp发生周期性变化对A 基因的影响，以及引起玉米糊粉层色素的变化。a. 无Spm；b. Spm存在，但m无活性； c. Spm存在，m无活性，Sp发生周期性变化
第三节 转座发生的时间与控制因子突变的性质 一、转座发生的时间
玉米果皮颜色P基因的研究：
与Ac类似，Spm的活性也受甲基化影响，甲基化抑制其转座能力。但具体的调 控方式还不完全清楚。Fedoroff(1995)认为，Spm 5’端至转录起始点的上游 控制区域（UCR）甲基化与其失活有关。Spm编码产生的两个蛋白TNPA和 TNPD是转座所必需的，两个蛋白通过与Spm端部结合，促使Spm与DNA的 紧密结合。TNPA结合于Spm靠近端部的重复区域，可以使Spm启动子脱甲基 化。同时，通过影响转录和转座实现Spm的调控。图12－17为Spm的分子调 控模式。
sh-m1 sh-m2 bz-m1 bz-m4 wx-m1 wx-m5 wx-m6 wx-m7 wx-m9
Mp(Ac) M(Ac) Spm Spm
Ds Ds Spm(缺损)
P-vv bz2-m a-m1(Spm) a-m2 a-m5
c2-m1 c2-m2 a2-m1 a2-m5 pr-m2 pr-m3 c-m5 wx-m8
图12-16 I-8因子的分子结构 它包含3个外显子，它和Spm之间的 差异在于在883碱基处缺失了6.2kb的DNA序列
控制因子利用其特定的靶子位点重复（target site duplication，TSD）DNA与受体基因相连接，插入基 因座位。在它们离开插入位点时，TSD与转座因子一起 消失。但在植物中，转座因子离开之后，TSD常常被遗 留下来形成印迹（footprint），不过这种遗留下来的 TSD，有时与原来的TSD有所不同，个别碱基可能被替 代或丢失（图12-18，图12－19）。如果转座因子的插 入和跳出，发生在内含子或基因前导序列（leader sequence），其后果很难觉察得到。如果发生在外显 子，在遗留的TSD碱基不是3的倍数时，有可能产生移 码突变（frameshift mutation），是3的倍数时，TSD 碱基有可能增加少数氨基酸，使回复突变的蛋白质与原 始类型有所不同
En(Spm) I bz2-m
二、转座子鉴别
1、确定基因突变发生的座位 2、确定转座子类型