转座子综述

转座子小综述

09生物技术一班汪晨皓 200915070123摘要

转座子又称跳跃因子,其实质是基因组上不必借助于同源序列就可移动

的 DNA片段,它们可以直接从基因组内的一个位点移到另一个位点。自 1951年美国McClintock在玉米中首先发现了 DNA转座子以来, 转座子已成为各种生物基因分析的有效工具之一[ 1]不仅可利用转座子诱变找到原核生物的单性生殖基因, 而且在真核生物中, 转座子的发现和运用极大地促进了果蝇遗传学的发展。人们已经应用各种方法, 在生物界各个领域证实了转座子系统的广泛存在[ 2]。利用转座子特有的转座功能, 将带有标记的转座子插入目的基因或基因组,产生了转座子标签技术、转座子定点杂交技术、转座子基因打靶技术和非病毒载体基因增补技术。人们利用这些技术, 可以确定基因组的功能、基因组间的功能差异;可以改变目的基因的活性, 获得转基因生物; 可以阻断毒力基因, 获得基因疫苗; 可以促进基因整合, 进行基因治疗等。转座子的发现改变了人们对基因组序列稳定性的认识, 打破了遗传物质在染色体上呈线性固定排列的传统理论。转座子插入新的位点后, 该位点附近的基因即受到抑制而呈现隐性的睡美人表型。一旦转座子在转座酶的作用下从这一位点上转走, 该位点的基因隐性表型又恢复为显性表型, 即睡

美人苏醒。调控转座酶和转座子活性的系统称为青蛙王子( Frog Pri nce) [ 3]。目前,认为多数生物体有自发突变且有重要表型效应出现都源于转座子的可动性, 并且可以导致宿主基因组发生从点突变到染色体重排的一系列变化。转座子在进化上为建立宿主基因特性起着重要作用。用特异的开放阅读框捕获技术, 可以使自然散在的转座酶编码基因高度表达,人为催化激活转

座子使其苏醒 , 执行插入、黏贴、切除等任务。目前已经应用于微生物、昆虫、植物、动物及人类基因组功能的研究[ 2], 例如蛙类基因组含有水手转座子超家族, 呈自然失活状态, 转座酶与转座增强子序列末端结合,

在蛋白协助下, 激活转座子, 使睡美人转座子苏醒[ 4]。

关链词

睡美人；转座子；相关技术；应用

转座子系统又称“睡美人”转座子系统，因该系统在自然状态下发生转座的能力不足, 大多数突变基因处于抑制“睡眠”状态而得名。由此发展起来的相关技术有转座子标签技术,定点杂交技术,转座子基因打靶技术,

非病毒载体基因增补技术即转座子“睡美人苏醒”技术。本文就转座子及其相关内容做一概要的总结。

转座子又称可移动基因, 跳跃基因, 是一种可在基因组内插入和切离并能改变自身位置的DNA序列。早在20 世纪50 年代, 首先由McClintock 在玉米中发现,从而改变了人们对基因组序列稳定性的认识,打破了遗传物质在染色体上呈线性固定排列的传统理论。目前生物体中所发现的10%的突变是由于它抑制其他基因的表达而形成的[ 5].转座子在进化上为建立宿主基因特性

起着重要作用。

转座子学说使McClintock荣获1983年诺贝尔生理医学奖[3].然而需要强

调的是, 并不是所有具有转座子基因的个体都可以发生转座子转座,转座能

力个体间有很大差别, 在有转座酶存在的情况下，通常情况受到一个激活因子Ac的控制。当细胞中有Ac时转座子才发生转座, 细胞中无Ac时转座子处于

静止状态。因此受Ac的控制，基因可以发生突变或回复突变。转座子的转座活动控制着结构基因的活性, 造成不同细胞内基因活性状态的差异。

转座子的分类

转座子可分为两类：A类.DNA转座子是以DNA→DNA方式转座的转座子,可通过DNA复制或直接切出2 种方式获得可移动片段,重新插入基因组DNA中,导致基因的突变或重排,但一般不改变基因组的大小。根据转座的自主性,DNA

转座子又分为自主转座子和非自主转座子,前者本身能够编码转座酶而进行

转座,后者则要在自主转座子存在时才能实现转座。B类. 反转录转座子以DNA →RNA→DNA的途径来实现转座。在生物进化过程中,反转录转座子起着不可忽视的作用。这类转座子是近年来发现的一种广泛存在于高等植物中可活动的遗传成分。根据是否具有编码反转录酶的能力,反转录转座子可分为2个家族:自主性反转录转座子和非自主性反转录转座子。自主性反转录转座子包括内源性反转录病毒( ERV) 、LTR反转录转座子及长散在元件(L NEs);非自主性反转录转座子包括短散在元件( SNEs)及修饰性反转录假基因。

转座子的作用机制

而转座的机制实质就是DNA的扩增和重组。转座是生物进化的重要手段,对于转座的机制,长期以来形成了一种固定模式,即转座是通过反向转录酶的中介作用,以DNA为实体插入转座子的模式,其模式有2种: RNA→DNA→插入点;DNA →RNA→DNA→插入点。

这种理论解释了长序列基因的转座, 而对于大量的短片段的、亚基因的转座却是以 RNA为中介的调控反应结果, 又称为调控转座, 即先有调控后有转座, 转座是调控反应的结果。所以有学者认为, 转座的实体应当是 RNA, 而不是DNA, 并且不一定要通过反向转录酶为中介,转座子都具有编码与转座作用有关的酶-转座酶的基因, 而末端大多数都是反向重复序列。转座酶既识别转座子的两个末端, 也能与靶位点序列结合。转座作用的机制是转座子插到新的位点上产生交错切口, 所形成的突出单链末端与转座子两端的反向重复序列相连,然后由 DNA 聚合酶填补缺口, DNA 连接酶封闭切口,交错末端的产生

与填补说明了靶 DNA在插入位点存在正向重复, 两条链上切口之间的交错取决于正向重复的长度。因此,每个转座子所特有的靶重复序列反映了切割靶DNA的酶的几何形状。

转座子的应用

由转座子而产生的技术有四种：1.转座子标签技术,已实现人工插入突变而不破坏原有基因功能的目的转座子；2.定点杂交技术, 可全面确定微生物必需基因组功能差异；3.转座子基因打靶技术, 能阻断毒力基因并鉴定他们在感染过程中的功能及其机制；4.非病毒载体基因增补技术即转座子“睡美人苏醒”技术, 克服了基因治疗中缺乏转入基因整合, 阻碍长期表达的难题。[ 6]

这些技术在实际应用中十分重要：1.寻找新基因和确定生物体基因组功能2.鉴别菌株及群体多样性。3.生态环境污染的生物修复4.转基因生物的克隆5.基因修复与转座子的基因治疗等。

就安全性而言，SB转座子没有整合进入基因的偏好性,而且在整合的位点也没有出现大片段的缺失和重组, 因此它比反转录病毒载体要安全的多。SB 转座子的相对随机整合可能产生的内源性基因失活问题, 有待于应用某些定点整合技术加以避免。此外,转座过程中,转座酶质粒也可能随机整合到基因