第九章转座因子的遗传分析
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❖ 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。
第九章转座因子的遗传分析
❖ 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。
38
末端重复 序列的方向
反向
靶DNA产生 的重复长度
/bp
5
卡那霉素 5400
9
反向
9
氯霉素
2638
23
正向
9
Tn10 四环素
9300
23
反向
9
第九章转座因子的遗传分析
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。
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
第九章转座因子的遗传分析
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）。
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
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。
❖ (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
第九章转座因子的遗传分析GGGTCTG
IS结构模式图
第九章转座因子的遗传分析
含转座 酶基因
3、转座噬菌体（mutator phage）: Mu
❖ 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。
第九章转座因子的遗传分析
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。
❖ 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。
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
RNA
cDNA
反
转
录
病
整合宿主
毒
靶DNA
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
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-。
第九章转座因子的遗传分析
Tn3（简单转座子）的结构模式图
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
第九章转座因子的遗传分析
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
❖ 转座酶、解离酶
❖ 如：TnA转座子家族（Tn3和Tn1000 等）
第九章转座因子的遗传分析
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
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。
❖ 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
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。
第九章转座因子的遗传分析
Tn的特征
转座 子
Tn3 Tn5 Tn9
抗性标记 氨苄青霉素
长度/bp 4975
反向重复序 列长度/bp
❖ 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。
第九章转座因子的遗传分析
“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源自文库子Ac所控制。
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
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。
第九章转座因子的遗传分析
2、转座子（transposon，Tn）
❖McClintock（1902-1992）于 1983年获第得九章诺转座贝因子尔的遗医传分学析 生理学奖。
二、DNA转座
❖ 复制型转座 ❖ 非复制型转座 ❖ 保守型转座
第九章转座因子的遗传分析
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。
第九章转座因子的遗传分析
❖ 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。
38
末端重复 序列的方向
反向
靶DNA产生 的重复长度
/bp
5
卡那霉素 5400
9
反向
9
氯霉素
2638
23
正向
9
Tn10 四环素
9300
23
反向
9
第九章转座因子的遗传分析
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。
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
第九章转座因子的遗传分析
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）。
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
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。
❖ (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
第九章转座因子的遗传分析GGGTCTG
IS结构模式图
第九章转座因子的遗传分析
含转座 酶基因
3、转座噬菌体（mutator phage）: Mu
❖ 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。
第九章转座因子的遗传分析
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。
❖ 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。
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
RNA
cDNA
反
转
录
病
整合宿主
毒
靶DNA
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
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-。
第九章转座因子的遗传分析
Tn3（简单转座子）的结构模式图
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
第九章转座因子的遗传分析
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
❖ 转座酶、解离酶
❖ 如：TnA转座子家族（Tn3和Tn1000 等）
第九章转座因子的遗传分析
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
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。
❖ 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
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。
第九章转座因子的遗传分析
Tn的特征
转座 子
Tn3 Tn5 Tn9
抗性标记 氨苄青霉素
长度/bp 4975
反向重复序 列长度/bp
❖ 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。
第九章转座因子的遗传分析
“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源自文库子Ac所控制。
第九章转座因子的遗传分析
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
第九章转座因子的遗传分析
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。
第九章转座因子的遗传分析
2、转座子（transposon，Tn）
❖McClintock（1902-1992）于 1983年获第得九章诺转座贝因子尔的遗医传分学析 生理学奖。
二、DNA转座
❖ 复制型转座 ❖ 非复制型转座 ❖ 保守型转座
第九章转座因子的遗传分析
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。