11第十一章 转座因子的遗传分析iverson

(一)插入序列IS;
一、原核生物转座子
(二)转座子;
(三)转座噬菌体
(一)酵母菌转座子;
二、真核生物转座子
(二)果蝇中的P因子; (三)玉米转座子
三、转座机制及遗传学效应 (一)转座机制;
(二)转座遗传学效应
一、原核生物中的转座子
• 类型 按分子结构及遗传性质分类：
•
插入序列(inserted sequence, IS)：序列较小，含有转座酶等相关
如下图：
转座机制
(二)转座的遗传学效应
1、引起插入突变(引起基因失活)或切离引起回复突变等。从而对基因表达进行调节。 2、给靶位点带来新的基因，如转座子上的抗药性基因等 3、引起序列重复：如转座子复制重复，靶位点同向重复序列。 4、引起染色体结构变异：如处在不同位点(甚至不同染色体上)的同源转座子间可相
的反向重复序列类似)。
每个单倍体酵母基因组有30-35个 TY，及至少100个单一的δ因子 酵母Ty1转座子的结构（ a） 与Solo δ的形成（ b）
(solo δ elements)。
Ty1因子转座
Ty1因子转座是通过一种RNA
中间产物进行的。
首先以其DNA 为模板合成一 个拷贝的RNA；
然后再通过反转录合成一条
被Ac因子激活。尤其是两端重复序列与Ac同源。
• Ac也是一个转座子，由4563 bp组 成(其中间区编码转座酶)，两端有 11 bp的反向重复序列，可转座到 基因组的任何位臵，其靶位点有两 个8 bp的同向重复序列。其中间编 码区不同程度缺失，形成不同的 Ds。 • 当Ac开始转座活动时，Ds被激活 也进行转座，移动到新位点，使靶 位点附近基因失活或改变表达活性。
在体细胞中，内含子1、2被剪 接掉，所形成的mRNA翻译成一个转 座阻遏蛋白，抑制P因子转座。 在生殖细胞中，内含子1、2、3 都被剪接掉，所形成的mRNA翻译成 转座酶，导致P因子转座，插入W位点 引起配子劣育。
在转座子切离时可以是准确的，
也可能不准确，准确的切离，导致插 入位点所在基因的回复突变，即恢复 功能。
新的Ty1因子； 最后这条新的Ty1转座子再插
入到新的位点上。
(二)果蝇转座子
果蝇中也有很多转座子：
如Copia、P、412、279、Tip、FB等。 其中，P因子可非复制型转座插入W位点，引起杂种劣育。 P因子：2907 bp，两端为31 bp的反向重复序列，中间含4个编码区(ORF0 ， ORF1 ，ORF2，ORF3)和3个内含子录时G区序列的不同走向导 致了不同的寄主特异性： G（＋）→Sv和U基因表达→吸 附E.coilK12菌株 G（－）→Sv′和U′基因表达 →E.coilC菌株
二、真核生物中的转座子
(一)酵母菌的转座子
酵母菌是低等真核生物，其转座子 类似于细菌转座子。酵母转座 子中研究较清楚的是 TY(transposon yeast)类转座子： 如TY1和TY917。 TY结构：含约5.6 kb中心区，分布 于两端的340 bp的同向重复序 列(称为δ)，其作用与IS、Tn中
不准确的切离，导致插入位点基因的突变， 由此发生的突变有白眼、焦刚毛、黄体等。
黑腹果蝇中的P因子与杂种败育
在黑腹果蝇有两类品系： P品系：作为父本能造成杂种败育。其P因子含有正常转座酶基因(相当于显性不育 基因S)，但细胞质正常，有转座阻遏蛋白，能抑制转座(相当于细胞质中有该 显性不育基因的抑制基因I)。基因型可表示为I(SS)。正常可育。 M品系：作为母本能造成杂种败育的品系。其P因子缺失了编码区(相当于核内没有
其机制可能是：
（二）转座子(transposon)
• 在IS序列基础上，多了一些额外的基因如抗性基因。目前已发现40
多种，如Tn1、Tn2、Tn3、Tn10 等。
Tn3的结构模式图：
复合转座子
• 有时两个IS序列之间虽然间隔有一些其它基因如细菌染色体基因、抗性
基因等，但是它们可作为一个整体进行转座，改变位臵。这种转座子被
Ac-Ds的类似系统
• 在玉米中，除了Ac-Ds系统外，还有其它5个转座系统。但是它们之 间是类似的。
三、转座机制和遗传学效应
(一)转座机制
• 转座步骤是： (1)转座酶在靶位点上制造一个交错的切口。
(2)然后转座子与突出的单链末端相连接，并填充缺口。
交错末端的产生和修复，可产生靶位点的同向重复。其交 错长度决定了同向重复的长度。
称为复合转座子（即带有已知的 IS的Tn）。
(三)转座噬菌体
最早发现的是:1963年Taylor 发现的是Mu－phage（Mutator 特点： 1、是一种以大肠杆菌为寄主的温和噬菌体，以裂解生长和溶源生长两种方式交替繁 衍自已，同时它又能像IS和Tn一样可以在宿主基因组上随机进行转座。 即Mu噬菌体具有温和噬菌体和转座因子的双重特性。 2、结构特点：Mu是一种DNA噬菌体，38000bp 线状DNA；有三个区： α区：含有包括A、B基因等大多数基因； 右侧3kb的G区序列：含Sv、U、U′和Sv′4个基因 β区：含gin等基因。 3、游离：两端连接着一段寄主DNA，左端100bp,右端1500bp； 整合：再一次整合时，这两段序列消失 phage）。
互重组，导致染色体片段的重复、缺失、倒位等结构变异。如重组的两个转座子
的重复序列相同，重组后产生缺失；如果相反，则重组后发生倒位。 5、可能诱发新的变异，产生新基因。 6、转座子在作为基因转移的供体或标记，在遗传研究及基因工程等方面也有广泛的 用处。
本章要点
• • • •
基本概念 IS序列及特征、 玉米Ac-Ds系统及特征 果蝇P因子及杂种败育 转座的遗传学效应。
可自由转座，因此杂种败育。
(三)玉米转座子
• 美国玉米遗传学家
McClintock(1940-1950)发现玉
米子粒色斑的不稳定遗传现象。 经长达10年的研究，提出AcDs转座系统。首次提出了遗传 因子可以移动的观点，1983年 获得诺贝尔奖。
P252
玉米糊粉层颜色至少与A、C、R、Pr、I等5个基因有
S)，其细胞质中没有转座阻遏蛋白(相当于细胞质中没有I)。基因型可表示为
i(ss)。 P × P，P×M：杂种正常，基因型: I(＿)
M × M：杂种正常，基因型: i(ss) × i(ss) = i(ss) 。
M × P：杂种败育。 i(ss) × I(SS) =i(Ss)。
因为M品系细胞质中没转座阻遏蛋白，P品系的P因子能表达转座酶，
青春一经典当即 永不再赎。
西南大学生命科学学院
Chapter 11 Genetic Analyse of transposable element
概念及类型
异常重组：是指不依赖于同源序列就能改变特定DNA序列位置，引起遗传性 状改变的重组。以转座重组较普遍。 • 转座重组：转座子通过转座酶改变自己位臵所引起的重组。 • 转座子(transposon，Tn)：能通过转座酶改变自己位臵的DNA序列。 • 转座子转座时插入的位点被称为靶位点。 根据转座中转座子复制与否，可分为两种： (1)复制型转座：在转座过程中转座子被复制，1个拷贝保留在原位点，1个拷 贝被转移到新位点。依赖于转座酶及解离酶。 (2)保守型转座：转座过程中转座子作为一个实体被转移到一个新位点。 最早是McClintock(1951)在玉米粒色遗传研究中发现的Ac-Ds转座系统。
基因，两端有几个到几十个bp构成的反向重复序列。
•
转座子(transposable elements，Tn)：分子较大，除了含转座相
关基因外还含有抗药性基因等其它基因，其两端有反向重复序列。
•
转座噬菌体(transposable phage)：可随机整合进细菌DNA任何位
点的特殊噬菌体。分子大。
(一)、插入序列(IS, inserted sequence)
IS1
• 插入序列是最简单的转座
因子，IS是细菌染色体和 质粒的正常组成部分，可 进行同源序列间的重组。 E.coli K12 chromosome
8个IS1，5个IS2和IS3。
IS两端的反向重复序列
IS转座产生同向重复序列
• IS插入靶位点后，在插入序列两端产生一小段（约3-11bp）同向重复序列。
关。其中
A为花青素; C代表颜色，决定颜色(紫色或红色)的发生; R为红色，在存在A、C基因时决定红色的形成; Pr是紫色，在存在A、C、R下决定紫色的产生;
I是颜色的抑制基因，抑制颜色产生，位于C基因附近。
I = Ds
I可以发生位臵改变，它解离转座到别
处时，由于没有它的抑制作用，A、 C、R共同作用可产生红色，因此
被称为Ds(dissociator)。当它停留在
原位点时，子粒表现无色。 在A-C-R或A-C-R-Pr基因型的胚乳发
育过程中，I解离越早，子粒上色斑
的面积就越大; 解离越晚，则子粒 上色斑面积越小。由于不同胚乳细
胞中Ds解离的时间不同，因此在子
粒上产生大小不同的色斑嵌合现象。
Ac-Ds系统
• 研究发现，Ds是激活因子Ac(activator)的缺失突变体，不能自主转座，需