可移动的遗传因子转座和染色体外遗传因子

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转座子
复制插入
转座子新拷贝
基因F被隔断而失去功能
2、精确转座的结构效应:
转座事件可介导两侧的宿主DNA发生一系列的基因重排。
3、异常转座的效应:
异常转座包括:一端转座、部分转座、隐藏位点转座、协同转座、倒位转座
4、对宿主细胞活力的影响:
影响细胞DNA代谢,介导基因异常重排。 三种形式:① 修复切割所留下的切口 ② 转座子内部的重排 ③ 转座子间的重排
逆转录转座子的分类
※ 病毒超家族(vira superfamivly):反转录病毒编码反转录酶或整合酶,所以 有转座能力。反转录子不同于反转录病毒,它们自已并不形成独立的感染颗粒。 但对于转座机制等其它方面它们是相似的。这一组称为…..。
※ 非病毒超家族(nonviral suberfamily):另一类反转录子其内外部特点相似, 表明它们起源于RNA序列。它们并不编码具有转座功能的蛋白,转座的酶是通过 别处编码的酶来作用的。这一组就称为….。
第三节 遗传重组
遗传重组定义:在减数分裂时,通过同源染色 体的交换和非同源染色体的独立分配,使子代 细胞的遗传信息产生了重新组合,这种现象称 为遗传重组。(genetic recombination)
➢ 广义的遗传重组:指任何产生新的基因组合,从而造成基因型变化的过程,包 括独立分配或基因交换。
➢ 狭义的遗传重组:仅涉及DNA分子的断裂并重 新连接而造成基因重新组合的过程,即基因交换。
产生条件:只要两条DNA序列相同或相似,就可 以在序列的任何一点发生同源重组。
二、同源重组的分子机制
普遍公认的是1964年提出的Holliday模型,该模型于1975年得到改进:
① 两个DNA分子单链的同一部位发生断裂。 ② 两个断裂的单链的游离末端彼此交换,连接形成Holliday连接体。 ③ 通过分支移动产生同另一分子的互补序列形成异源双链DNA。 ④ Holliday交叉的上部或下部旋转1800,中间体
➢ F 质粒是一种环状的DNA分子,分子量94.5kb; ➢ F 质粒有整合进入细胞染色体而产生Hfr细胞
的能力;
➢ 染色体上有20多个整合位点,F质粒对其亲和力
不同,形成Hfr 细胞株的频率也是不同的;
➢ F 质粒的整合方向可以是顺时针,也可逆时针; ➢ F 质粒可从一个细胞转移到另一无F 质粒的细胞。
并表达其遗传信息
一、质粒遗传学类型
1. F质粒:编码细菌性菌毛
2. R质粒: 编码细菌耐药 性 3. col质粒:编码大肠埃希菌的细菌 素 4.质粒噬菌体
二、质粒DNA的特性
(一)质粒的复制
依赖细菌染色体的多种酶系统。
质粒在细胞内的复制分两种类型:
1、严紧型质粒的复制:
只在细胞周期的一定阶段进行复制,与细菌的繁 殖密切相关。受细胞核控制,与染色体DNA复制 相伴随。
需要两种酶:转座酶和 解离酶。
供体 受体
转座酶:交错切割原来的转座子末端 和靶序列。
解离酶:作用于新的转座子拷贝
靶位点
+
2、非复制型转座
一个位点移到另一位点。一种酶:转座酶 。转座 后供体中无转座子。插入序列和复合转座子Tn10、
Tn5均利用这一机制移动。
供体 受体
靶位点
+
3、保守转座
宿主的修复系统能识别此处双链断裂并进行修复
的作用位点
RecBCD有固定切割位点
单链区的 chi 位点3´方4~6NT处切断单链(单链内切酶)
chi位点:5´-GCTGGTGG-3´目前发现的重组热点,E.coli基因组中大约每10Kb
4、转座噬菌体——Ⅲ类转座子(了解)
有用基 IR 因
(二)真核生物转座子的类型(了解)
1、酵母菌中的转座子——Ty因子: 2、果蝇中的转座子——P因子、FB因子等: 3、玉米中转座子——玉米调控元件 4、逆转录转座子——逆转录病毒、病毒超家族
及非病毒超家族。
转座子共同特点
①.两端有反向重复序列 ②.转座后靶位点是正向重复 ③.编码与转座有关的蛋白——转座酶 ④.可以在基因组中移动
需要蛋白质合成和 DNA polⅢ 的存在。 每个细胞只有 1~5个拷贝。
2、松弛型质粒的复制:
在整个细胞周期中随时都可进行复制。不受细胞 核控制,
需用DNApolⅠ的存在。 在细胞内有10~200个以上,甚至多达数千个。
质粒复制方式: 均为半保留复制,并在复制周期内保持环状结构。
质粒复制形式多样,包括: 单向复制、双向复制、单向与双向并存。
2、复合转座子—— Ⅰ类转座子
——由IS类转座组件构成的复合体。
组成:两端为IS序列或类IS序列
中间编码抗生素物质
3、转座子A家族——Ⅱ类转座子(Tn A家族)
——携带转座和耐药等基因的独立体家族。 组成:两端为ITR,而不是IS
中间编码区含转座酶编码基因,及 抗生素抗性和解离酶等编码基因。
IR
Transposase Gene
选择标记是指能够赋予宿主易于检测 的表型。包括抗生素抗性标记,以及一些生 化表型的标记。
➢ 抗生素抗性基因是目前使用最广泛的 选择标记。常用的有 :
amp 1、氨苄青霉素抗性基因——
r
tet 2、四环素抗性基因 ——
r
cm 3、氯霉素抗性基因—— r 或 cat
三、特殊细菌质粒(了解)
(一)F 质粒 ——性质粒
(二)R 质粒——耐药性质粒
➢ R 质粒由抗性转移因子(RTF)和决定抗性
因子(r-决定子)两部分DNA片段组成。
➢ R 质粒含有对抗生素的抗性基因,使宿主细
菌产生对抗生素的抗性,这种耐药性是可以 遗传的。
(三)Col 质粒——大肠杆菌质粒
➢ 是能产生大肠杆菌素的大肠杆菌质粒,可以 抑制或杀死不含Col 质粒的亲缘细菌。
二、转座子机制
(一)类型
1、复制型转座 (replicative transposition) 2、非复制型转座(nonreplicative transposition) 3、保守转座(conservative tranposition)
1、复制型转座
转座是伴随着新拷贝的复制。TnA转座子家族的移 动只能通过复制型转座
拼接重组体
(三)、同源重组的酶学
对大肠杆菌的研究最为深入,主要蛋白质有:
➢RecBCD核酸酶 ➢RecA蛋白 ➢RuvAB和RuvC蛋白
1、RecBCD蛋白
RecBCD是一种多功能酶,具有外切核酸酶、解
螺旋酶、ATP酶和序列特异的单链内切酶活性。
单链内切酶活性和解旋酶活性使DNA产生具有游离末端的单链---RecA
转座子是基因组突变的主要因素之一。
一、转座子的分类和结构特征
(一)原核生物转座子的类型:
1、插入序列(insertion sequences,IS)
———最简单的转座子。
① 二个分离的反向末端重复序列 (inverted terminal repeats, ITR)
② 一个转座酶(transposase)编码基因
复 制 型 的 转 座 过 程:
+
转座酶交错切割原来的
转座子末端和靶序列。
切割产生的靶序列3´端和 转座子5´端之间发生DNA 链交换,形成假复制叉。
然后以靶序列的3´端为复制引 物,以转座子链为模板进行复 制产生共合体。
最后在解离酶的作 用下,2个拷贝的转 座子发生同源重组 并释放出2个复制子。
❖保守型转座是另一 供体 种非复制型的转座 过 程,该过程中 受体 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。
靶位点
+
转座过程:
非复制型转座(插入序列)的转座过程:
转座酶交错切开宿主靶位点
IS插入,与宿主的单链末端相连接
缺口由DNA聚合酶和连接酶加 以填补,插入的IS两端形成了 DR或靶重复。
逆转录产生的线形病毒DNA,由整合酶催化插入 宿主靶位点DNA,这一整合过程与转座子一样。
3、逆转录病毒与转导(了解)
逆转录病毒可转导真核细胞的序列,常被称 为转导逆转录病毒。
原病毒DNA整合在C-onc基因附近,二者可 融合在一起,转录后形成一条即含病毒序列又含 C-onc的RNA,后者如含包装信号可被包装进 病毒颗粒中,形成含有一条融合RNA和一条正 常病毒RNA的二倍体病毒颗粒。
第二节 质 粒
质粒(plasmid):为多数细菌和某些真核细胞染色体外的环状双链DNA分子 。
特点:
能在宿主细胞内独立复制, 带有某些遗传信息,会赋予宿主 细胞一些遗传性状。
但质粒并不是它的宿主细胞 所必需的。
质粒(plasmid)
• 存在于细菌等细胞质中 双链环状DNA分子 大约 1-200 Kb 具有自主复制和转录能力 不能独立存活 在子细胞中保持恒定的拷贝数
编码病毒核心蛋白
编码逆转录酶、蛋 白水解酶和整合酶
编码包膜糖蛋白。
(2)逆转录转座子:
与逆转录病毒结构有许多相似之处,但env基因被破坏或没有,故逆转录转座 子不能形成感染粒子。
2.Βιβλιοθήκη Baidu转录病毒与转座
① 逆转录产生原病毒像溶源性噬菌体DNA一样,成 为宿主基因组的一部分;② 细胞DNA序列可能与病 毒序列重组,并经过转座作用插入新位点,改变细 胞的性质。
三、转座效应(了解)
1、转座的遗传效应:
转座最典型的作用是引起不稳定的突变等位基因。
导致受体DNA基因突变,插入导致基因失活是转座 最直接的效应。
干扰宿主基因与调控元件之间的关系,或改变DNA 结构而影响基因表达。
转座引起的DNA重排
❖引起插入突变、产生新的基因、产生染色 体畸变、引起生物进化
(二)质粒的不相容性
质粒的不相容性是指细菌质粒不能在相同细胞 中同时存在的现象。
当某种质粒在宿主细胞内存在时,会阻止其它质粒进入细胞寄宿,这种质粒
称为不相容质粒。
(三)质粒的转移性
通过细菌的结合作用,F 质粒在不丢失本 身的情况下,可从一个细胞转移到无F 质 粒的另一个细胞中。
四、质粒中的选择性标记
切开并修复,形成两个双链重组体DNA,分别为: 片段重组体和拼接重组体。
片段重组体—— : 基本无重组发生 切开的链与原来断裂的是同一条
链,重组体含有一段异源双链区,其两侧 来自同一亲本DNA。
拼接重组体——交换重组: 切开的链并非原来断裂的链,重组
体 异源双链区的两侧来自不同亲本DNA。
片段重组体
所以逆转录转座子与逆转录病毒有关,是真核生物转座子的重要类型。
逆转录病毒与逆转录转座子的区别:
➢ 逆转录病毒是具有感染能力的病毒颗粒,可以 在细胞之间转移。
➢ 逆转录转座子是宿主DNA基因组的组分,可以 在基因组内转座,但不能在细胞之间转移。
1、逆转录病毒基因组与逆转录转座子结构
(1)逆转录病毒: 基因组由两条相同的正链RNA组成。典型逆转录病毒具有gag、pol、env三个 结构基因。如图:
遗传重组类型
依据对DNA序列和所需蛋白质因子的要求
1.同源重组 2.位点特异性重组 3.转座作用 4.异常重组
一、同源重组
(homologous recombination) 1、同源重组的产生:
发生在同源序列间的重组称为同源重组,又称基本重组。是最基本的 DNA重组方式。
通过链的断裂和再连接,在两个DNA分子大片同源序列间进行单链或双 链片段的交换。
第三章
可移动的遗传因子(转座子) 和染色体外遗传因子
生化教研室 林丽彬
主要内容
第一节 第二节 第三节
转座子 质粒 遗传重组
第一节
转座子
转座子(transposons) 概 转念座:子(transponsn,简称Tn)是原核生物和真核
生物基因组中存在着可从一个染色体位点转 移到另一位点的一些DNA序列。这些DNA序列 可以通过切割、重新整合等一系列过程从基 因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。故 又称跳跃基因。
二者分子之间发生重组将会产生转化逆转录 病毒基因组。病毒携带V-onc,即具有转化能力。
Virus DNA
3.逆转录病毒与转录
LTR
gag
pol
env
LTR
Virus protein
Transforming Virus DNA
LTR
gag
V-onc
LTR
Virus protein
逆转录病毒和携带细胞基因序列病毒基因组比较
四、逆转录病毒和逆转录转座子
➢ 逆转录病毒:将含有逆转录酶的RNA病毒称为 逆转录病毒。
➢ 逆转录酶由逆转录病毒基因组RNA编码 ➢逆转录转座子:指内部含逆转录酶编码序列, 通过DNA→RNA→DNA 方式进行转 座, 即转座子转录产生相应的RNA , 再经逆转录生成新的转座子DNA 并整合到基 因组中。
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