8 第八章__位点特异性重组与DNA的转座

（2）P 因子 ◆ 研究发现 ， 杂种不育是由于在 W 位点插入 P 因子 （ P element）所致， 品系有P因子， 品系无P因子。 element）所致，P品系有P因子，M品系无P因子。 因子长2 个开放阅读框(ORF) (ORF)， ◆ P 因子长 2.9 Kb ， 有 4 个开放阅读框 (ORF) ， 末端有 31bp反向重复序列， DNA产生 bp的正向重复序列 bp反向重复序列 产生8 的正向重复序列。 31bp反向重复序列，靶DNA产生8bp的正向重复序列。 一个P品系果蝇带有30 50拷贝的 因子，其中1 30- 拷贝的P ◆一个 P 品系果蝇带有30-50 拷贝的 P因子，其中1/3具完 整结构， 不完整的P因子是由于缺失而产生的， 整结构 ， 不完整的 P 因子是由于缺失而产生的 ， 丧失转 座能力。 座能力。 因子的激活有组织特异性，它仅发生在生殖细胞中。 ◆P因子的激活有组织特异性，它仅发生在生殖细胞中。 因子在体细胞和生殖细胞中都转录。 但 P 因子在体细胞和生殖细胞中都转录 。 组织特异性表 现在不同的细胞中转录的方式不同（剪接方式不同） 现在不同的细胞中转录的方式不同（剪接方式不同）。
2. 位点特异性重组酶利用共价蛋白-DNA中间体切割 位点特异性重组酶利用共价蛋白-DNA中间体切割 分离与连接DNA。 分离与连接DNA。
--位点特异性重组酶有两个家族：丝氨酸重组酶与酪氨酸 --位点特异性重组酶有两个家族： 位点特异性重组酶有两个家族 重组酶。 重组酶。
丝氨酸重组酶与酪氨酸重组酶使用的共价蛋白-DNA中间体。 丝氨酸重组酶与酪氨酸重组酶使用的共价蛋白-DNA中间体。
玉米色斑的形成
（2）玉米的控制因子家族
McClintock还发现了 Spm-Dspm系统 McClintock 还发现了 Spm-Dspm 系统 。 每个家族都 还发现了Spm 系统。 有自主性因子和非自主性因子。 有自主性因子和非自主性因子。 自主性因子有切离和转座能力。 自主性因子有切离和转座能力 。 可插入任何位点 产生不稳定的或可“突变” mutable）等位基因。 产生不稳定的或可“突变”（mutable）等位基因。自 主性因子的丢失， 主性因子的丢失 ， 可使可变的等位基因变成稳定的等 位基因。 位基因。 非自主性因子是稳定的，自身不能转座， ◆ 非自主性因子是稳定的 ， 自身不能转座 ， 来源于 失去反式作用功能的自主因子， 失去反式作用功能的自主因子 ， 而这种功能是转座所 必须的。 必须的。 ◆ 控制因子家族是通过这两种因子相互作用来划定 一个家族由单个类型的自主因子组成， 的 。 一个家族由单个类型的自主因子组成 ， 这些因子 由很多种非自主因子相伴随。 由很多种非自主因子相伴随。
Shapiro的E.coli半乳糖操纵子研究 Shapiro的E.coli半乳糖操纵子研究
◆
半乳糖操纵子—— 半乳糖操纵子—— galK基因编码半乳糖激酶 基因编码半乳糖激酶； galK基因编码半乳糖激酶； galT基因编码半乳糖尿苷酰转移酶 基因编码半乳糖尿苷酰转移酶； galT基因编码半乳糖尿苷酰转移酶； galE基因编码半乳糖异构酶 基因编码半乳糖异构酶。 galE基因编码半乳糖异构酶。
λ噬菌体基因组嵌入 宿主染色体中。
3种CSSR重组方式。 CSSR重组方式。
参与保守性位点特异性重组的结构。
位点特异性重组的分子机制：attP和attB交错切割发生重组。 位点特异性重组的分子机制：attP和attB交错切割发生重组。
λ噬菌体的attP 为P.O.P' ,细菌的attB为 B.O.B' 噬菌体的attP 细菌的attB attB为 attB相同的核心序列 相同的核心序列， 15bp 重组发生在此序列中。 bp， O 为 attP 和attB相同的核心序列，长15bp，重组发生在此序列中。 attP 235 bp attB 23 bp ----O----P ---O---B P----O----P’ B---O---B’ -152 0 +82 -11 0 +11 ▼ ——G ——G C T T T T T T A T A C T A A —— ——C ——C G A A A A A A T A T G A T T——— ▲
重组酶的家族与功能
丝氨酸重组酶催化的重组。
二、位点特异性重组的生物学作用
细胞与病毒用位点特异性重组可实现各种各 样的生物学功能。 样的生物学功能。
--噬菌体利用重组机制在感染时将本身DNA嵌入到宿 --噬菌体利用重组机制在感染时将本身 噬菌体利用重组机制在感染时将本身DNA嵌入到宿 主染色体中。 主染色体中。 --位点特异性重组可用于改变基因表达。 --位点特异性重组可用于改变基因表达。 位点特异性重组可用于改变基因表达 --位点特异性重组还广泛用于DNA复制、同源重组和 --位点特异性重组还广泛用于 位点特异性重组还广泛用于DNA复制 复制、 细胞分裂周期中保持环状DNA分子的结构完整 分子的结构完整。 细胞分裂周期中保持环状DNA分子的结构完整。
复合转座子的结构
真核生物 转座因子
玉米的转座因子
（1） McClintock的发现 McClintock的发现 玉米的红色花青素合成受多基因控制， 玉米的红色花青素合成受多基因控制 ， 使胚乳呈 紫色。其中任一基因突变都使色素合成受阻，胚乳变白。 紫色 。 其中任一基因突变都使色素合成受阻 ， 胚乳变白 。 如果发生回复突变，会导致斑点产生。McClintock发现 发现， 如果发生回复突变 ， 会导致斑点产生 。 McClintock 发现 ， 色素基因C突变是由“可移动的控制因子”引起的， 色素基因C突变是由“可移动的控制因子”引起的，称为 解离因子（ ,Ds） 它可插入C基因中。 解离因子 （ dissociator ,Ds ） ， 它可插入 C 基因中 。 另 一可移动的控制因子是激活因子（ activator,Ac） 一可移动的控制因子是激活因子 （ activator,Ac ） ， Ac 能激活Ds转入C基因，也能使Ds 能激活Ds转入C基因，也能使Ds从C中转出，这就是Ac-Ds Ds转入 Ds从 中转出，这就是Ac Ac系统。 系统。
P基因的结构及其表达产物
第八章 位点特异性重组与DNA的转座 位点特异性重组与DNA的转座
本章内容 1. 保守性位点特异性重组 2. 位点特异性重组的生物学作用 3. 转座 4. 转座子及其调控
重组的两种形式
一、保守性位点特异性重组（CSSR） 保守性位点特异性重组（CSSR）
1. 位点特异性重组发生在目标DNA上的特异序列中。 位点特异性重组发生在目标DNA上的特异序列中 上的特异序列中。
基因组中的转座子：出现位置与分布
原核生物转座因子
类型
（1）插入序列（insertion sequence ,IS） ,IS） ◆ E.coli K12中有IS1, IS2, IS3, IS4, IS5。 12中有 1 IS2 IS3 IS4 IS5 中有IS E.coli的F因子中有IS2, IS3(4个),γ，δ。 coli的 因子中有IS2 IS3 ),γ， ◆ 末端的序列相同或相近，但方向相反，称为反向重复 末端的序列相同或相近，但方向相反， 序列（IR） 与其相连的宿主DNA末端会产生正向重 序列（IR），与其相连的宿主DNA末端会产生正向重 复序列（DR） 复序列（DR）。 ◆ 仅编码与转座有关的转座酶 ， 转座酶交错切割宿主 仅编码与转座有关的转座酶， DNA，然后IS插入 IS两端形成 。 DNA，然后IS插入，IS两端形成DR。 插入， 两端形成DR
果蝇的P 果蝇的P因子
（1）果蝇的“杂种不育”品系 果蝇的“杂种不育” 某些果蝇品系杂种后代现一系列缺陷， 某些果蝇品系杂种后代现一系列缺陷， 在P-M系统的杂 交中，子一代具有正常的体细胞组织，但性腺不能发育。 交中，子一代具有正常的体细胞组织，但性腺不能发育。 P(♂) × P(♀) — F1 正常能育 P(♂ P(♀ M(♂) ×M(♀) — F1 正常能育 M(♂ M(♀ M(♂) ×P(♀) — F1 正常能育 M(♂ P(♀ P(♂) ×M(♀) — F1 不育 P(♂ M(♀
半乳糖操纵子
1. 一些遗传元件通过转座（transposition）转到 一些遗传元件通过转座（transposition） 新的染色体位置上。 新的染色体位置上。
2. 有3种类型的转座因子。 种类型的转座因子。 --DNA转座子 --DNA转座子 --类病毒反转座子 --类病毒反转座子 --poly-A反转座子 --poly-
◆
◆ 玉米Ac-Ds系统的结构 玉米Ac-Ds系统的结构 Ac序列由含 个内含子的单个基因编码，其产物为转座酶， 序列由含5 ☉Ac序列由含5个内含子的单个基因编码，其产物为转座酶， 末端有11bp的IR和 bp的DR。 末端有11bp的IR和8bp的DR。 Ds是由 缺失产生的 Ds9缺失194bp；Ds6只保留2Kb。 是由Ac缺失产生的， ☉Ds是由Ac缺失产生的，Ds9缺失194bp；Ds6只保留2Kb。 转座酶失活但保留完整的转座酶作用位点（包括末端） 转座酶失活但保留完整的转座酶作用位点（包括末端）。 ☉ Ac-Ds属于非复制型转座，发生转座后，它们从供体位置 Ac-Ds属于非复制型转座 发生转座后， 属于非复制型转座， 上消失。 上消失。
IS的结构与功能 IS的结构与功能
部分IS的结构 部分IS的结构
IS种类 长度（bp） IR （bp） ID （bp） IS种类 靶的选择 随机 热点 AAAN20TTT 热点
NGCTNAGCN
拷贝数
IS1 IS2 IS4 IS5 IS10R IS903
768 1327 1428 1195 1329 1057
B. McClintock的玉米遗传研究 McClintock的玉米遗传研究
1951年 1951 年 ， B.McClintock 根据长期对玉米的遗传研究 ， McClintock根据长期对玉米的遗传研究 根据长期对玉的遗传研究， 提出了转座（transposition）的概念， 提出了转座（transposition）的概念，提出基因可以移动的 新观点。 新观点。