遗传学第11章 转座因子的遗传分析

二
DNA转座
3种不同类型的转座：
（1）复制型转座（replicative transposition） 作为自身移动的一个部分，转座子被复制，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。
（2） 非复制型转座
转座元件作为一个物理实体直接由一个部位转移到
第十一章
转座因子的遗传分析
第一节 转座因子的发现与分类
转座遗传因子又叫可移动因子，是指一段特定DNA 序列。由McClintock在玉米上首先发现遗传学发展史上 的重要里程碑之一。 转座遗传因子可在染色体组内移动，从一个位点切除， 插入到一个新的位点 引起基因的突变或染色体重组。
一 转座因子的发现
Ds不能自行断裂，受一个激活因子（activator） Ac所控制。
Ac可以像普通基因一样进行传递，但有时表现很特殊， 可以离开原座位转移到同一个或不同染色体的另一座位。 Ds也能移动，不过只有在Ac存在时才能发生。 McClintock把Ac和Ds称为控制因子或转座因子 “控制因子”假说。
Ds转座导致籽粒斑点表型
具有转座能力的简单遗传因子，长度一般小于2kb， 最少的插入序列如 IS1 仅768bp。 IS因子本身没有任何表型效应，只含与转座有关的基
因与序列。共同特征是在其末端都具有一段反向重复序列
（IR）。
IS 结 构 模 式
茎环结构的形成
二 转座子（transposons）
由几个基因组成特定的DNA片段常带抗菌素抗性
不同之处：Ac两端最外边的核苷酸是彼此不互补的T-G、 Ds是互补的T-A。 转座子未端序列是转座酶识别位点（保守性很强）。
四 人类基因组中的转座子
人类基因组中的几种主要转座子
第五节 转座因子的遗传学效应及应用
一 引起染色体结构变异
由转座子 引起的染 色体DNA 缺失或倒 位
二 诱发基因突变与启动外显子混编
品系的基因文库中获得野生型目的基因。 结合原来突变品系表型，可探知此基因功能，从分子
水平上对基因进行研究与利用。
六 作为基因工程的载体
果蝇的P因子作为载体：
果蝇中的P因子介导基因转移
玉米Ac-Ds作为载体： Ac可以自行转座，
Ds也能移动，不过只有在Ac存在时才能发生。
AC
DS
本章作业
P278：2,
反转录病毒首先被观察到的是以传染性病
毒颗粒的形式存在，并能在细胞间传播； 而反转座子是被当作基因组中的一部分而 被发现的，它们可以在基因组内进行转座， 但不能在细胞间迁移。
第二节 原核生物中的转座因子
根据分子结构与遗传特性可以分为三类。
一．插入因子（insertion sequence，IS）
插入成分IS序列是在细菌中首次发现的跳跃基因，并在分子水平上得到证实
美国遗传学家巴巴拉．麦克林托克（B．McClintock） 30年代初做出的发现、 40年代提出的理论，到60年代末终于被重新提起，80年代初为科学界普遍接 受。
1983年, 麦克林托克由于发现了可移动的遗传物质，被授予诺贝尔医学奖。
Mu位点特异性的倒置
细菌转座子的转座机制研究最为清楚。 转座过程是一个非同源重组过程，通过这一重组 过程，转座子出现在一个新的位置上，可是原来位置
上的转座子并不消失。
转座过程分子机制还有待进一步研究。
第三节
真核生物的转座因子
一 酵母菌基因组中的转座子
酵母Ty1转座子结构
Solo 的形成
酵母Ty1的转座
Emerson于1914年发现玉米果皮花斑产生在于突变基因的不稳定性。 1938年Rhoades研究玉米糊粉层时也发现了基因的不稳定性：
转 座 因 子 引 起 花 斑
最 初 认 为 是 双 突 变 导 致
40年代初，McClintock
研究玉米花斑糊粉层和植株
色素产生的遗传基础发现色素变化与染色体重组有关。 染色体的断裂或解离（dissociation）有一个特定位点(Ds)。

反转座是经RNA介导的转座过程。

必须经过RNA中间体的转座过程是真核生物所特有； 一些真核细胞的转座子和反转录病毒的原病毒的一般 组成结构相关，并且通过RNA中间体进行转座，这一 类结构单位称为反转座子（retroposons）。

反转座子共有的可鉴定的特性为：插入位
点会产生短的靶Βιβλιοθήκη Baidu列的正向重复。
8, 9
另一个部位。
（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。

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。
三

反转录转座子
转座元件或转座子是基因组中可移动的独立的 DNA序列，一个转座子可由基因组的一个位置移 到另一个位置。从DNA到DNA的转移过程称为转 座。从DNA到RNA再到DNA的过程称为反转座。
二 果蝇基因组 中的转座子
果蝇的P因子与杂种劣势
果蝇中的3种转座子结构
三 玉米基因组中的转座子
玉米籽粒色斑的产生、果蝇复眼颜色的变异、啤酒酵母
接合的转换等现象都与转座因子在染色体上的转座有关。 玉米除Ac-Ds系统外，Spm控制因子也有自主控制因子 非自主控制因子。 Ac因子由4563个核苷酸组成 一个由11个核苷酸组成 的未端反向重复区两个与转座有关的酶基因（一个大基因 和一个小基因）。
基因，易于鉴定。 转座子可以分为以下两种系统： ①. 复合转座子：IS因子抗菌素抗性片段 IS因子 。 ② 简单转座子：不含IS因子的Tn转座子。
复合转座子与简单转座子结构
三 Mu噬菌体（Mu）：
是E. coli 的温和噬菌体，溶源化后能起转座子作用。 Mu噬菌体也含有与转座有关的基因和反向重复序列。 Mu能够整合进寄主染色体，催化一系列染色体的重新 排列。
Ds因子的大小差别很大。Ds9很象Ac，只是缺失了一些 核苷酸。而一个最小的Ds因子只有Ac长度的1/10，仅仅包括 了Ac因子的未端反向重复区。
来自不同植物种的元件往往有其共同的未端序列 同一家簇各成员的未端倒位重复存在某种程度的序列同源， 其长度（6~13bp）和结构保守。
例如Ac和Ds的未端倒位重复几乎一样。但有一个
五 转座子标记目的基因
转座因子可作为基因的标记克隆目的基因。现已利用 转座因子克隆出一些重要基因。方法： 从带转座因子生物筛选出发育、生理与行为等有突变 品系。如果这些突变是由转座子DNA克隆所产生，则必定 有与该突变体有关的基因存在（用转座子给未知目的基因
加上标记）
以此突变基因的有关顺序作探针 从野生
双转座启动不同基因间的外显子混编
三 调节基因表达
转座子调节宿主基因表达
四 产生新的变异
转座因子携带新基因，如抗生素抗性基因； 使宿主基因发生重新组合或表达。 转座因子有时也会失活，失活主要与DNA甲基化有关。 表观遗传学：研究在DNA序列不出现变化的情况下基因表达 出现可遗传变化的科学。
研究对象包括：DNA甲基化、基因组印记、RNA编辑、 RNA干涉以及转座子调节等。