第九章转座因子遗传分析
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转座因子的遗传分析
11转座因子的遗传分析 20世纪40至50年代B畅McClintock通过对玉米花斑糊粉层和植株色素形成的遗传研究，发现色素的变化与一系列染色体断裂重组有关，并首次报道了在基因组的不同区域内存在可移动的遗传因子（mobile genetic element）。
可是由于当时人们受基因固定排列于染色体的传统观念的束缚，加之分析手段的限制，因此这一划时代的发现在当时几乎不能被科学界所接受。
直到20世纪70年代，在大肠杆菌半乳糖操纵子的突变型研究中第一次在细菌中发现了可转移座位的插入序列（insertion sequence，IS），之后才被重视，此后近30年来在许多生物中也发现各种类型的可移动的遗传因子，并在分子水平上得到证实。
转座因子不像某类噬菌体或质粒那样，既可插入基因组，又可采取独立形式而存在。
转座因子是从基因组中一个位置直接移动到另一个位置，而且它不依赖于供体位点与受体位点之间的任何关系。
转座是基因组突变与进化的主要来源之一，也是表观遗传的信号与调节因子。
因此，可转座遗传因子的发现是遗传学发展史上重要的里程碑之一，McClintock因而获得1983年诺贝尔奖。
本章仅就这30余年研究成果与进展讨论转座因子（transposable element）———一类可改变位置的遗传因子的总称，其分类与结构特征，原核生物的转座因子与真核生物的转座因子，转座作用的机制和遗传学效应。
251 11畅1 转座因子的发现与分类11畅1畅1 转座因子的发现 早在20世纪初，Em erson 于1914年在研究玉米果皮色素遗传的过程中，发现一种花斑果皮的突变类型。
这种突变可发生多次回复突变，从而产生宽窄不同、红白相间的花斑。
在金鱼草植株叶片以至花瓣上都可见花斑表型。
他意识到这种花斑产生在于突变基因的不稳定性，但如何不稳定不得其解。
到1938年Rhoades 在研究玉米籽粒糊粉层色素遗传时，发现有色籽粒纯种自花授粉的后代中，表现出一种意外的修饰的孟德尔分离比：有色··斑点··白色＝12··3··1，显然这两个基因是不连锁的。
遗传学 第九章 转座因子的遗传分析
SINE: 短散在重复序列。如Alu元件。
四、转座作用的分子机制
（一）DNA转座机制 1、复制型转座 P266 2、非复制型转座 P267
9、反转录转座子的转座机制
反转录病毒：
◇ 真核生物中一类RNA病毒，基因组为ssRNA， 含有三个基因：gag、pol和env, gag和env 的产物与RNA的包装和病毒粒子（virion） 的产生有关，pol产物的主要成分是反转录 酶，与核酸合成有关.
2、copia, FB 等
（三）玉米基因组中的转座子
1、McClintock,Ac-Ds系统
Ac：为可自主移动的调节因子，全长4.5Kb, 含有5个外显子，编码转座酶，两端具有11bp的反 向重复序列（IR）。 Ds：来源于Ac，由Ac转座酶基因缺失形成。 Ds不能自主转座。只有在Ac存在时，Ds才能转座。 Ds全长0.4-4Kb,两端同样具有11bp的反向重复序 列（IR）。
第九章 转座因子的遗传分析 一、转座因子的发现与分类
（一）发现
1、玉米的花斑遗传： McClintock,Ac-Ds系统。 转座因子又叫跳跃基因 2、J. Shapiro, IS1被发现。 3、发现转座子（Tn）
（二）分类
1、DNA DNA的转座 （1）复制型转座
（2）非复制型转座
（三）保守型转座
2、反转座子
RNA介导的转座，通过反转录酶将转座子RNA 拷贝为cDNA后，再整合到宿主基因组中。包括 反转录转座子，反转录病毒，LINE, SINE。 （1）反转录转座子 （2）反转录病毒 （3） LINE （4） SINE
二、原核生物中的转座因子
（一）插入序列（IS）
（二）转座子（Tn） 1、复合转座子 如Tn5, Tn10,Tn903。 2、简单转座子 如Tn3等。
四、转座作用的分子机制
（一）DNA转座机制 1、复制型转座 P266 2、非复制型转座 P267
9、反转录转座子的转座机制
反转录病毒：
◇ 真核生物中一类RNA病毒，基因组为ssRNA， 含有三个基因：gag、pol和env, gag和env 的产物与RNA的包装和病毒粒子（virion） 的产生有关，pol产物的主要成分是反转录 酶，与核酸合成有关.
2、copia, FB 等
（三）玉米基因组中的转座子
1、McClintock,Ac-Ds系统
Ac：为可自主移动的调节因子，全长4.5Kb, 含有5个外显子，编码转座酶，两端具有11bp的反 向重复序列（IR）。 Ds：来源于Ac，由Ac转座酶基因缺失形成。 Ds不能自主转座。只有在Ac存在时，Ds才能转座。 Ds全长0.4-4Kb,两端同样具有11bp的反向重复序 列（IR）。
第九章 转座因子的遗传分析 一、转座因子的发现与分类
（一）发现
1、玉米的花斑遗传： McClintock,Ac-Ds系统。 转座因子又叫跳跃基因 2、J. Shapiro, IS1被发现。 3、发现转座子（Tn）
（二）分类
1、DNA DNA的转座 （1）复制型转座
（2）非复制型转座
（三）保守型转座
2、反转座子
RNA介导的转座，通过反转录酶将转座子RNA 拷贝为cDNA后，再整合到宿主基因组中。包括 反转录转座子，反转录病毒，LINE, SINE。 （1）反转录转座子 （2）反转录病毒 （3） LINE （4） SINE
二、原核生物中的转座因子
（一）插入序列（IS）
（二）转座子（Tn） 1、复合转座子 如Tn5, Tn10,Tn903。 2、简单转座子 如Tn3等。
转座子在遗传变异中的作用及其机制
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10 转座因子的遗传分析 南开大学遗传学课件
细菌转座子的发现和转座因子被公认
1951年McClintock提出生物基因组中存在转座因子学说，但未被当时持基因在 染色体上具有固定位置的主流观点同行接受 20世纪60年代继P. A. Jacob 和L. Monod之后J. Shapiro ①发现由转导噬菌体λdgal＿引起的基因突变可恢复，但不能被核酸置换所回复， 因此不是一般的点突变和缺失造成的 ②运用密度梯度离心比较λdgal＿和λdgal＋， λdgal＿比λdgal＋密度大，并将两种 DNA变性和复性处理后进行电镜观察，发现双链分子中出现多余DNA环 由此证明λdgal＿突变是因一段称为转座因子的插入序列（insertion sequence） 造成的
ATGGGATCTTT TACCCTAGAAA
IR
AAAGATCCCAT TTTCTAGGGTA
IR
转座子两侧DR形成机制（Tn3）
转座子及其特点
①自主转座 ②除转座相关的基因外还含有抗性及其他基因 ③分子较大，2～25 kb,一般两端有相同的IR
某些Tn的IR便是已知的IS，带有IS的Tn称为复合转 座子（composite transposon），如Tn5、Tn10和 Tn903 不含IS称为简单转座子，如Tn3 有些没有IS的体积庞大转座子称为TnＡ家族
例如TnA转座子家族，其结构中两端有38 bp的 反向重复序列(IS)，中间有三个基因：编码β－内 酰胺酶的氨苄青霉素(ampicillin)抗性基因(ampr)、 转座酶基因(tnpA)和编码一种阻遏蛋白调节基因 (tnpR)，tnpR的产物抑制tnpA和其自身基因的 表达
res为内部解离位点(resolvation site)
有转座和复制相关的A、Ｂ基因，gin编 码转化酶（invertase），催化IR DNA链 的反向弯曲
转座因子和转座
逆转录病毒颗粒结构
逆转录酶 RNA
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
gp41 gp120
包膜
基质蛋白
衣壳蛋白
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6.1.1 Genome Structure of Retrovirus
长末端 重复序列
正常的病毒基因
LTR gag
pol
env LTR
调节和 启动转录
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Enzymes involved
RNA polymerase
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Two fates of RNA:
▪ Translation:作为mRNA 翻译成病毒的蛋白质
▪ Packaging：作为病毒 RNA基因组被装配成新的 病毒颗粒
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座
逆转录病毒和反座子的循环 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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6.1逆转录病毒（Retroviruses）
• 具有包膜，圆球状，直径为 80~120nm
• 基因组是单正链RNA，3.5~9.0kb • 病毒颗粒中有逆转录酶 • 能整合于宿主细胞的染色体
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Reverse transcription
• From RNA to DNA
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
David Baltimore
• 1970 • Reverse
transcription and Reverse transcriptase
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正链病毒 (Plus strand virus)
逆转录酶 RNA
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gp41 gp120
包膜
基质蛋白
衣壳蛋白
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6.1.1 Genome Structure of Retrovirus
长末端 重复序列
正常的病毒基因
LTR gag
pol
env LTR
调节和 启动转录
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Enzymes involved
RNA polymerase
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Two fates of RNA:
▪ Translation:作为mRNA 翻译成病毒的蛋白质
▪ Packaging：作为病毒 RNA基因组被装配成新的 病毒颗粒
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座
逆转录病毒和反座子的循环 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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6.1逆转录病毒（Retroviruses）
• 具有包膜，圆球状，直径为 80~120nm
• 基因组是单正链RNA，3.5~9.0kb • 病毒颗粒中有逆转录酶 • 能整合于宿主细胞的染色体
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Reverse transcription
• From RNA to DNA
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David Baltimore
• 1970 • Reverse
transcription and Reverse transcriptase
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正链病毒 (Plus strand virus)
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
转座因子遗传分析.pptx
DNA的插入（突变）和切离（回复突变）
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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
第12页/共59页
• 1．插入序列（insertion sequences，IS）
第8页/共59页
• 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。
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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。
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
转座因子概述
1.插入序列（IS）：简单、只含转座基因，可编码特殊 的酶和调节蛋白，而并不赋予细菌任何表型特征。但 其插入可干扰基因的正常读码序列，导致基因失活或 引起突变，两端有反向重复序列。
反向重复序列 转座酶 反向重复序列
IR
Transposae IR
图1 IS的典型结构
（二）转座因子
2.转座子（Tn）：比IS分子大，除转座基因外， 还有抗药性基因。三类：
2、DNA重排 (缺失、扩增和倒位)
引起插入部位邻近片段的不稳定而产生缺失。以相反方向 转座到邻近位置上，然后发生重组，引起染色体DNA倒位 转座子之间的同源重组，可使两个不同的DNA片段连接在一 起，从而引起DNA的扩增（重复）。 3、极性效应
当转座因子插入到一个操纵子的前端基因时，不仅能破坏 被插入的基因，而且能大大降低远离启动子一端的基因的表达。
（二）转座因子
• 转座:DNA序列通过非同源重组的方式，从染色体某一部位 转移到同一染色体上另一部位或其他染色体上某一部位，或 在质粒与染色体之间转移的现象。
• 原核生物转座因子பைடு நூலகம்要有三类：（根据分子结构和遗传性质， 转座因子可分为3类： ）
1.插入序列（IS，insertion sequence） 2.转座子（Tn，transposon，又称转位子，易位子） 3.Mu噬菌体（即mutator phage，诱变噬菌体）
转座子 扩增（重复）
Transposon mutagenesis 转座子诱变
插入
基因2被破坏，基因3和4的表达受影响
极性效应
3. 诱变噬菌体（转座噬菌体）：具有转座功能的一类可
引起突变的温和性噬菌体。 Mu噬菌体与其它温和性噬菌 体的差别： Mu的基因组无论进入裂解周期或处于溶源状 态均可整合到宿主染色体上，而且整合的部位是随机的， 即它同时具有温和噬菌体和转座因子的双重功效。
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
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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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TnpR
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ORF ORF
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原 核 转 座 子
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❖ 实验证明这种突变体是由于DNA片段插入而产生的， 这一插入序列是最先发现的最小的一种转座因子， 称为IS1。
第九章转座因子遗传分析
IS的特性
插入 序列
IS1
在大肠杆菌中 长度（bp） 末端反向重复 靶DNA中
的拷贝数
（bp） 产生重复片
段大小
5-8份在染色体 768
23
9
IS2 5份在染色体， 1 327
它基因，从而赋于宿主细菌一定的表型。 ❖ 分为简单转座子和复合转座子。
第九章转座因子遗传分析
Tn的特征
转座 子
Tn3
抗性标记 氨苄青霉素
长度/bp 4975
反向重复序 列长度/bp
38
末端重复 序列的方向
反向
靶DNA产生 的重复长度
/bp
5
Tn5 卡那霉素 54009反向 Nhomakorabea9
Tn9
氯霉素
2638
23
❖ 该转座过程与λ的整合 机制类似，并且转座酶与 λ整合酶家族有关。
第九章转座因子遗传分析
三、反转录转座子
❖ 由RNA介导，通过反转录酶将转座子RNA拷 贝为cDNA后再整合到宿主基因组中形成转 座，称为反/逆转座子或反转录转座子。
❖ 包括反转录转座子和反转录病毒。 ❖ 只在真核生物基因组中发现。
第九章转座因子遗传分析
含有IS的质粒经变性后形成颈环 （或哑铃状）结构
IR
IR
变 性 后 单 链 复 性
IS
IR
IR
第九章转座因子遗传分析
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。
第九章转座因子遗传分析
2、转座子（transposon，Tn）
❖ 一类较大的转座因子: 2000～25000bp. ❖ 含有与转座有关的基因外，还带有抗药基因以及其
❖ (4) 插入后引起靶DNA序列多数为5 ～ 11bp的正向重复。
❖ (5) 一般情况下转座频反率向为重1复0-4～10-3G/世TC代TG，G恢G 复频率为
10-7 ～ 10-6/世代。
CAGACCC
CCCAGAC
GGGTCTG
正向重复
CCCAGAC
第九章转座因子遗传分析GGGTCTG
IS结构模式图
❖ 1938年，Rhoades 在研究玉米糊
粉层色素遗传时，首次报道一个
基因的遗传不稳定性受到一个独
立基因的控制。但也未揭示其遗
传机制。
第九章转座因子遗传分析
“控制因子”假 说
❖ 40年代初，McClintock在研究玉 米花斑糊粉层和植株色素产生的遗 传基础时，发现色素变化与一系列 染色体重组有关。并且染色体的断 裂或解离有一个特定位点(Ds)。但 Ds并不能自行断裂受一个激活因 子Ac所控制。
第九章转座因子遗传分析
主要内容
❖ 转座因子的发现与分类 ❖ 原核生物中的转座因子 ❖ 真核生物中的转座因子 ❖ 转座作用的分子机制与遗传学效应
第九章转座因子遗传分析
第一节 转座因子的发现与分类
❖ 转座因子的发现 ❖ DNA转座 ❖ 反转录转座子
第九章转座因子遗传分析
一、转座因子的发现
❖ 1914 年，Emerson 在研究玉米果 皮色素遗传中发现：花斑果皮产 生宽窄不同红白相间的花斑。花 斑条纹的突变产生在于突变基因 的不稳定性，但不知其因。
转座酶基因
tnpA
调节基因
tnpR ampR
氨苄青霉素 抗性基因
IR
IR
使宿主菌获得一定特性
第九章转座因子遗传分析
Tn10转座子
❖ Tn10的两侧IR为IS，为复合转座子。 ❖ 带有四环素抗性基因
不含转座 酶基因
IR Tn10的结构模式图
第九章转座因子遗传分析
含转座 酶基因
3、转座噬菌体（mutator phage）: Mu
正向
9
Tn10 四环素
9300
23
反向
9
第九章转座因子遗传分析
Tn3转座子
❖ (a) 不含IS，为简单转座子。 ❖ (b)含有3个基因：编码β-内酰胺酶的氨苄青霉素抗
性基因（ampR），转座酶基因（tnpA）和编一种阻 遏物的调节基因（tnpR）。 ❖ (c)两端为IR。
第九章转座因子遗传分析
Tn3（简单转座子）的结构模式图
❖ 转座酶、解离酶
❖ 如：TnA转座子家族（Tn3和Tn1000 等）
第九章转座因子遗传分析
第九章转座因子遗传分析
2、非复制型转座
❖ 转座因子作为一个物理性实体，直接由一个 部位转移到另一个部位。
❖ 如：Tn10与Tn5
第九章转座因子遗传分析
3、保守型转座
❖ 保守型转座是另一种非复制型的转座过程。 该过程中转座元件从供体部位被切除并通过 一系列的过程插入到靶部位，在该过程中每 个核苷键皆被保留。
第九章转座因子遗传分析
RNA
cDNA
反
转
录
整合宿主
病
靶DNA
毒
第九章转座因子遗传分析
RNA
第二节 原核生物中的转座因子
❖ 插入序列 ❖ 转座子 ❖ 转座噬菌体
第九章转座因子遗传分析
1、插入序列（inserted sequence，IS)
❖ 20世纪60年代末Starlinger在大肠杆菌中发现半乳糖 基因的突变体，称为gal-。
41
1份在质粒
IS3 5份在染色体， 1 400
38
1份在质粒
5 3或4
IS4 1-2份在染色体 1 400
18
11
第九章转座因子遗传分析
IS 特点
❖ (1) 长度在768-5700bp；
❖ (2) 本身没有表型效应，只携带转座酶基因；
❖ (3) 两端几个到几十个bp的核苷酸顺序完全相同或相近。 但方向相反，称为反向重复序列（IR）。
❖McClintock（1902-1992）于 1983年获得第九诺章转贝座因尔子遗医传分学析 生理学奖。
二、DNA转座
❖ 复制型转座 ❖ 非复制型转座 ❖ 保守型转座
第九章转座因子遗传分析
1、复制型转座
❖ 转座子被复制，转座的DNA序列实际上是原转座 子的一个拷贝。
❖ 转座子中移动的部分被拷贝，一个拷贝仍然保留 在原来的位置上，而另一个则插入到一个新的部 位，这样转座过程伴随着转座子拷贝数的增加。
❖ Ac表现很特殊，可以离开原座位 运动到同一个或不同染色体的另一 座位，McClintock把Ac和Ds称为 控制因子或转座因子。
第九章转座因子遗传分析
❖ 1961年Jacob 和Momod发表 乳糖操纵子模型和控制基因理 论，McClintock的“控制因 子”假说开始重新引起人们的 注意。
❖ 60年代未期Shapiro在细菌中 也发现了可转座的遗传因子后， 转座因子被人们所接受。
第九章转座因子遗传分析
IS的特性
插入 序列
IS1
在大肠杆菌中 长度（bp） 末端反向重复 靶DNA中
的拷贝数
（bp） 产生重复片
段大小
5-8份在染色体 768
23
9
IS2 5份在染色体， 1 327
它基因，从而赋于宿主细菌一定的表型。 ❖ 分为简单转座子和复合转座子。
第九章转座因子遗传分析
Tn的特征
转座 子
Tn3
抗性标记 氨苄青霉素
长度/bp 4975
反向重复序 列长度/bp
38
末端重复 序列的方向
反向
靶DNA产生 的重复长度
/bp
5
Tn5 卡那霉素 54009反向 Nhomakorabea9
Tn9
氯霉素
2638
23
❖ 该转座过程与λ的整合 机制类似，并且转座酶与 λ整合酶家族有关。
第九章转座因子遗传分析
三、反转录转座子
❖ 由RNA介导，通过反转录酶将转座子RNA拷 贝为cDNA后再整合到宿主基因组中形成转 座，称为反/逆转座子或反转录转座子。
❖ 包括反转录转座子和反转录病毒。 ❖ 只在真核生物基因组中发现。
第九章转座因子遗传分析
含有IS的质粒经变性后形成颈环 （或哑铃状）结构
IR
IR
变 性 后 单 链 复 性
IS
IR
IR
第九章转座因子遗传分析
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。
第九章转座因子遗传分析
2、转座子（transposon，Tn）
❖ 一类较大的转座因子: 2000～25000bp. ❖ 含有与转座有关的基因外，还带有抗药基因以及其
❖ (4) 插入后引起靶DNA序列多数为5 ～ 11bp的正向重复。
❖ (5) 一般情况下转座频反率向为重1复0-4～10-3G/世TC代TG，G恢G 复频率为
10-7 ～ 10-6/世代。
CAGACCC
CCCAGAC
GGGTCTG
正向重复
CCCAGAC
第九章转座因子遗传分析GGGTCTG
IS结构模式图
❖ 1938年，Rhoades 在研究玉米糊
粉层色素遗传时，首次报道一个
基因的遗传不稳定性受到一个独
立基因的控制。但也未揭示其遗
传机制。
第九章转座因子遗传分析
“控制因子”假 说
❖ 40年代初，McClintock在研究玉 米花斑糊粉层和植株色素产生的遗 传基础时，发现色素变化与一系列 染色体重组有关。并且染色体的断 裂或解离有一个特定位点(Ds)。但 Ds并不能自行断裂受一个激活因 子Ac所控制。
第九章转座因子遗传分析
主要内容
❖ 转座因子的发现与分类 ❖ 原核生物中的转座因子 ❖ 真核生物中的转座因子 ❖ 转座作用的分子机制与遗传学效应
第九章转座因子遗传分析
第一节 转座因子的发现与分类
❖ 转座因子的发现 ❖ DNA转座 ❖ 反转录转座子
第九章转座因子遗传分析
一、转座因子的发现
❖ 1914 年，Emerson 在研究玉米果 皮色素遗传中发现：花斑果皮产 生宽窄不同红白相间的花斑。花 斑条纹的突变产生在于突变基因 的不稳定性，但不知其因。
转座酶基因
tnpA
调节基因
tnpR ampR
氨苄青霉素 抗性基因
IR
IR
使宿主菌获得一定特性
第九章转座因子遗传分析
Tn10转座子
❖ Tn10的两侧IR为IS，为复合转座子。 ❖ 带有四环素抗性基因
不含转座 酶基因
IR Tn10的结构模式图
第九章转座因子遗传分析
含转座 酶基因
3、转座噬菌体（mutator phage）: Mu
正向
9
Tn10 四环素
9300
23
反向
9
第九章转座因子遗传分析
Tn3转座子
❖ (a) 不含IS，为简单转座子。 ❖ (b)含有3个基因：编码β-内酰胺酶的氨苄青霉素抗
性基因（ampR），转座酶基因（tnpA）和编一种阻 遏物的调节基因（tnpR）。 ❖ (c)两端为IR。
第九章转座因子遗传分析
Tn3（简单转座子）的结构模式图
❖ 转座酶、解离酶
❖ 如：TnA转座子家族（Tn3和Tn1000 等）
第九章转座因子遗传分析
第九章转座因子遗传分析
2、非复制型转座
❖ 转座因子作为一个物理性实体，直接由一个 部位转移到另一个部位。
❖ 如：Tn10与Tn5
第九章转座因子遗传分析
3、保守型转座
❖ 保守型转座是另一种非复制型的转座过程。 该过程中转座元件从供体部位被切除并通过 一系列的过程插入到靶部位，在该过程中每 个核苷键皆被保留。
第九章转座因子遗传分析
RNA
cDNA
反
转
录
整合宿主
病
靶DNA
毒
第九章转座因子遗传分析
RNA
第二节 原核生物中的转座因子
❖ 插入序列 ❖ 转座子 ❖ 转座噬菌体
第九章转座因子遗传分析
1、插入序列（inserted sequence，IS)
❖ 20世纪60年代末Starlinger在大肠杆菌中发现半乳糖 基因的突变体，称为gal-。
41
1份在质粒
IS3 5份在染色体， 1 400
38
1份在质粒
5 3或4
IS4 1-2份在染色体 1 400
18
11
第九章转座因子遗传分析
IS 特点
❖ (1) 长度在768-5700bp；
❖ (2) 本身没有表型效应，只携带转座酶基因；
❖ (3) 两端几个到几十个bp的核苷酸顺序完全相同或相近。 但方向相反，称为反向重复序列（IR）。
❖McClintock（1902-1992）于 1983年获得第九诺章转贝座因尔子遗医传分学析 生理学奖。
二、DNA转座
❖ 复制型转座 ❖ 非复制型转座 ❖ 保守型转座
第九章转座因子遗传分析
1、复制型转座
❖ 转座子被复制，转座的DNA序列实际上是原转座 子的一个拷贝。
❖ 转座子中移动的部分被拷贝，一个拷贝仍然保留 在原来的位置上，而另一个则插入到一个新的部 位，这样转座过程伴随着转座子拷贝数的增加。
❖ Ac表现很特殊，可以离开原座位 运动到同一个或不同染色体的另一 座位，McClintock把Ac和Ds称为 控制因子或转座因子。
第九章转座因子遗传分析
❖ 1961年Jacob 和Momod发表 乳糖操纵子模型和控制基因理 论，McClintock的“控制因 子”假说开始重新引起人们的 注意。
❖ 60年代未期Shapiro在细菌中 也发现了可转座的遗传因子后， 转座因子被人们所接受。