第九章-轉(zhuǎn)座因子的遺傳分析PPT課件

.,1,第九章,轉(zhuǎn)座因子的遺傳分析,.,2,轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)與分類原核生物中的轉(zhuǎn)座因子真核生物中的轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座作用的分子機制與遺傳學效應,主要內(nèi)容,.,3,第一節(jié)轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)與分類,轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)DNA轉(zhuǎn)座反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子,.,4,一、轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn),1914年，Emerson在研究玉米果皮色素遺傳中發(fā)現(xiàn)：花斑果皮產(chǎn)生寬窄不同紅白相間的花斑?；ò邨l紋的突變產(chǎn)生在于突變基因的不穩(wěn)定性，但不知其因。1938年，Rhoades在研究玉米糊粉層色素遺傳時，首次報道一個基因的遺傳不穩(wěn)定性受到一個獨立基因的控制。但也未揭示其遺傳機制。,.,5,40年代初，McClintock在研究玉米花斑糊粉層和植株色素產(chǎn)生的遺傳基礎(chǔ)時，發(fā)現(xiàn)色素變化與一系列染色體重組有關(guān)。并且染色體的斷裂或解離有一個特定位點(Ds)。但Ds并不能自行斷裂受一個激活因子Ac所控制。Ac表現(xiàn)很特殊，可以離開原座位運動到同一個或不同染色體的另一座位，McClintock把Ac和Ds稱為控制因子或轉(zhuǎn)座因子。,.,6,1961年Jacob和Momod發(fā)表乳糖操縱子模型和控制基因理論，McClintock的“控制因子”假說開始重新引起人們的注意。60年代未期Shapiro在細菌中也發(fā)現(xiàn)了可轉(zhuǎn)座的遺傳因子后，轉(zhuǎn)座因子被人們所接受。,McClintock（1902-1992）于1983年獲得諾貝爾醫(yī)學生理學獎。,.,7,二、DNA轉(zhuǎn)座,復制型轉(zhuǎn)座非復制型轉(zhuǎn)座保守型轉(zhuǎn)座,.,8,1、復制型轉(zhuǎn)座,轉(zhuǎn)座子被復制，轉(zhuǎn)座的DNA序列實際上是原轉(zhuǎn)座子的一個拷貝。轉(zhuǎn)座子中移動的部分被拷貝，一個拷貝仍然保留在原來的位置上，而另一個則插入到一個新的部位，這樣轉(zhuǎn)座過程伴隨著轉(zhuǎn)座子拷貝數(shù)的增加。轉(zhuǎn)座酶、解離酶如：TnA轉(zhuǎn)座子家族（Tn3和Tn1000等）,.,9,.,10,2、非復制型轉(zhuǎn)座,轉(zhuǎn)座因子作為一個物理性實體，直接由一個部位轉(zhuǎn)移到另一個部位。如：Tn10與Tn5,.,11,3、保守型轉(zhuǎn)座,保守型轉(zhuǎn)座是另一種非復制型的轉(zhuǎn)座過程。該過程中轉(zhuǎn)座元件從供體部位被切除并通過一系列的過程插入到靶部位，在該過程中每個核苷鍵皆被保留。,該轉(zhuǎn)座過程與的整合機制類似，并且轉(zhuǎn)座酶與整合酶家族有關(guān)。,.,12,三、反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子,由RNA介導，通過反轉(zhuǎn)錄酶將轉(zhuǎn)座子RNA拷貝為cDNA后再整合到宿主基因組中形成轉(zhuǎn)座，稱為反/逆轉(zhuǎn)座子或反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。包括反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子和反轉(zhuǎn)錄病毒。只在真核生物基因組中發(fā)現(xiàn)。,.,13,RNA,cDNA,RNA,整合宿主靶DNA,反轉(zhuǎn)錄病毒,.,14,插入序列轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座噬菌體,第二節(jié)原核生物中的轉(zhuǎn)座因子,.,15,1、插入序列（insertedsequence，IS),20世紀60年代末Starlinger在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)半乳糖基因的突變體，稱為gal-。實驗證明這種突變體是由于DNA片段插入而產(chǎn)生的，這一插入序列是最先發(fā)現(xiàn)的最小的一種轉(zhuǎn)座因子，稱為IS1。,.,16,IS的特性,.,17,IS特點,(1)長度在768-5700bp；(2)本身沒有表型效應，只攜帶轉(zhuǎn)座酶基因；(3)兩端幾個到幾十個bp的核苷酸順序完全相同或相近。但方向相反，稱為反向重復序列（IR）。(4)插入后引起靶DNA序列多數(shù)為511bp的正向重復。(5)一般情況下轉(zhuǎn)座頻率為10-410-3/世代，恢復頻率為10-710-6/世代。,CCCAGACGGGTCTG,.,18,IS結(jié)構(gòu)模式圖,.,19,含有IS的質(zhì)粒經(jīng)變性后形成頸環(huán)（或啞鈴狀）結(jié)構(gòu),變性后單鏈復性,IR,IR,IS,IR,IR,.,20,當一個IS插入靶DNA后，其兩端會出現(xiàn)一小段正向重復序列（約5-11個核苷酸對。,.,21,2、轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn）,一類較大的轉(zhuǎn)座因子:200025000bp.含有與轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因外，還帶有抗藥基因以及其它基因，從而賦于宿主細菌一定的表型。分為簡單轉(zhuǎn)座子和復合轉(zhuǎn)座子。,.,22,Tn的特征,.,23,Tn3轉(zhuǎn)座子,(a)不含IS，為簡單轉(zhuǎn)座子。(b)含有3個基因：編碼-內(nèi)酰胺酶的氨芐青霉素抗性基因（ampR），轉(zhuǎn)座酶基因（tnpA）和編一種阻遏物的調(diào)節(jié)基因（tnpR）。(c)兩端為IR。,.,24,Tn3（簡單轉(zhuǎn)座子）的結(jié)構(gòu)模式圖,調(diào)節(jié)基因,使宿主菌獲得一定特性,IR,IR,轉(zhuǎn)座酶基因,氨芐青霉素抗性基因,.,25,Tn10轉(zhuǎn)座子,Tn10的兩側(cè)IR為IS，為復合轉(zhuǎn)座子。帶有四環(huán)素抗性基因,.,26,3、轉(zhuǎn)座噬菌體（mutatorphage）:Mu,1963年，Taylor發(fā)現(xiàn)，它是大腸桿菌的溫和噬菌體，38000bp的線狀DNA。Mu的特點：幾乎可以插入宿主染色體任何一個位置上。而且游離Mu和已經(jīng)插入的Mu基因次序是相同的。另外它的兩端沒有粘性末端，插入某基因中就引起該基因突變。,.,27,第三節(jié)真核生物中的轉(zhuǎn)座子,酵母菌的轉(zhuǎn)座子果蠅的轉(zhuǎn)座子玉米的轉(zhuǎn)座子人類基因組中的轉(zhuǎn)座子,.,28,1、酵母菌的轉(zhuǎn)座子,目前在酵母中研究得較清楚的轉(zhuǎn)座子是Ty系列（transponsonyeast，Ty）。Ty1為5900bp，兩端含有兩個稱為的正向重復序列，正向長末端重復序列(LTR)的長度約340bp。Ty插入酵母菌染色體后，受體上就會出現(xiàn)5bp的正向重復序列，這和細菌中轉(zhuǎn)座子作用相似。但它通過RNA中間產(chǎn)物進行轉(zhuǎn)座-反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子.,.,29,型,a型,a型,啤酒酵母的兩種接合型的控制基因和a基因都可以轉(zhuǎn)座。特殊性：只能轉(zhuǎn)座到MAT座位上。,屬于復制型轉(zhuǎn)座,.,30,2、果蠅的轉(zhuǎn)座子,從20世紀70年代以來，在黑腹果蠅的一些品系間雜交子代出現(xiàn)某些異?，F(xiàn)象：如卵巢發(fā)育不全、分離比異常、高突變率、染色體畸變等。這種現(xiàn)象稱為雜種劣育。,.,31,F1（雜種劣育）,這是因為在P品系的細胞中有導致雜種劣育的遺傳因子，稱為P因子。,.,32,P因子的組成,4個外顯子：ORF0、ORF1、ORF2、ORF33個內(nèi)含子：1，2，32個反向重復序列：31bp,P（2907bp）,123,.,33,123,相對分子質(zhì)量66kDa,相對分子質(zhì)量87kDa,M品系果蠅缺失該阻遏蛋白,.,34,雜交后代的細胞質(zhì)的貢獻主要來源于母本,.,35,果蠅的轉(zhuǎn)座子,插入后在靶DNA序列形成8bp正向重復序列;切離：P因子可以從原來的位置上消失，這一過程稱為切離（excision）。P因子的位置和數(shù)目：不同果蠅品系的基因組中P因子的位置、數(shù)目均不相同（3050copy）。引起插入突變：P因子的插入而發(fā)生突變的基因有白眼（w）、焦剛毛（sn）、黃體（y）等。其他轉(zhuǎn)座子：Copia、412、279、Tip、FB等。,.,36,正向重復,反向重復,.,37,3、玉米的轉(zhuǎn)座子,美國遺傳學家BarbaraMcClintock發(fā)現(xiàn)玉米籽粒色斑不穩(wěn)定遺傳現(xiàn)象，于1951年第一次提出轉(zhuǎn)座子的概念，當時她把這種可以轉(zhuǎn)移的染色體因子稱為抑制基因（inhibitor，I）。,.,38,.,39,Ac-Ds家族,Ds：dissociate解離因子，在9號染色體上，是轉(zhuǎn)座酶基因有缺失的Ac元件，需有Ac的存在才起作用，為非自主元件。Ac：activator激活因子，在9號染色體的另一染色體上，該元件為4563bp。具有活性的轉(zhuǎn)座酶基因，可自主移動，為自主元件。,.,40,AcDs結(jié)構(gòu)示意圖,轉(zhuǎn)座酶,.,41,玉米的轉(zhuǎn)座子的類型,自主轉(zhuǎn)座子：Ac(可自主移動)非自主性轉(zhuǎn)座子：Ds(不可自主移動),轉(zhuǎn)座子,非復制型轉(zhuǎn)座,.,42,玉米的解離因子Ds（dissociate）,9,Ac基因缺失時，Ds不能轉(zhuǎn)座,Ac基因存在時，能激活Ds轉(zhuǎn)座,Ds插入某基因后使得該基因突變,Ds也可以從該基因中移走，使得該基因發(fā)生回復突變,.,43,.,44,玉米的轉(zhuǎn)座子的特點,玉米中除了Ds一Ac系統(tǒng)以外，至少還有5個轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)都是由2個成分組成，這也是玉米等植物和其他真核生物轉(zhuǎn)座子的一個重要的區(qū)別。如Spm-dSpm：兩個成員（Spm因子和較小的dSpm因子），dSpm為Spm因子內(nèi)部發(fā)生缺失后形成的轉(zhuǎn)座子，但能獨立轉(zhuǎn)座。,.,45,4、人類基因組中的轉(zhuǎn)座子,長散在重復序列(LINE)短散在重復序列(SINE)反轉(zhuǎn)錄病毒類轉(zhuǎn)座子序列DNA轉(zhuǎn)座子序列,.,46,長散在重復序列(LINE),可自主性轉(zhuǎn)座的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子L1：6500bp，以富含A序列終止，兩個閱讀框（ORF1和ORF2）。與人類疾病有關(guān)，如：兩個缺失突變的L1插入到凝血因子基因中，阻斷該基因的表達，引發(fā)了血友病A。隨后又在凝血因子基因(1種)，Duchenne型肌營養(yǎng)不良(DMD)基因(3種)、多發(fā)性結(jié)腸腺癌(APC)基因(1種)和珠蛋白基因(1種)中發(fā)現(xiàn)了其他6種L1插入片段。,.,47,短散在重復序列(SINE),非自主性轉(zhuǎn)座的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（無反轉(zhuǎn)座酶基因），能依賴L1或借用宿主中的反轉(zhuǎn)座酶基因進行轉(zhuǎn)座。Alu家族：成員豐富，約300bp，兩端具有短正向重復序列，有一Alu位點。,；,.,48,第四節(jié)轉(zhuǎn)座機制與遺傳學效應,轉(zhuǎn)座機制轉(zhuǎn)座子的遺傳學效應,.,49,一、轉(zhuǎn)座的機制,DNA轉(zhuǎn)座機制1）復制型轉(zhuǎn)座2）非復制型轉(zhuǎn)座反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制1）反轉(zhuǎn)錄病毒的轉(zhuǎn)座機制2）Ty1/copia類反轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制3）人類LINE反轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制,.,50,1、DNA轉(zhuǎn)座機制1）復制型轉(zhuǎn)座（Tn3轉(zhuǎn)座子）,A.切開：轉(zhuǎn)座酶識別受體靶序列，切開兩條單鏈形成粘性末端；B.連接：轉(zhuǎn)座子與切開的受體DNA鏈結(jié)合形成共聯(lián)體。C.復制：DNA聚合酶補齊缺口，由連接酶連接，形成兩個正向重復序列。D.重組：在特定位點進行重組，共聯(lián)體分離形成兩部分，一個含有原來的轉(zhuǎn)座子，另一個通過轉(zhuǎn)座插入了轉(zhuǎn)座子序列。,.,51,轉(zhuǎn)座酶,共聯(lián)體,DNA聚合酶DNA連接酶,通過重組分成兩部分,形成兩個正向重復序列,.,52,2）非復制型轉(zhuǎn)座,原理：斷裂和重接反應使靶序列重構(gòu)，只有靶位點發(fā)生重連，而供體鏈仍保持裂缺，不形成共聯(lián)體。例：Tn10非復型轉(zhuǎn)座,.,53,Tn10非復型轉(zhuǎn)座機制,.,54,2、反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制,RNA病毒的線性基因組,1）反轉(zhuǎn)錄病毒的轉(zhuǎn)座機制反轉(zhuǎn)錄病毒將其RNA基因組的DNA拷貝插入宿主細胞的染色體中而產(chǎn)生的。,.,55,正向重復序列,長末端重復序列,U3左端丟失2bp,U5右端丟失2bp,.,56,a.整合酶在LTR的3端切除2bp,b.整合酶在靶DNA上產(chǎn)生交錯切口,c.整合酶將LTR的3端與靶DNA的5端相連,反轉(zhuǎn)錄病毒DNA的整合,.,57,2）Ty1/copia類反轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制,Ty1：兩端為正向重復序列（LTR，約340bp）。含兩個閱讀框：TyA相當于gag基因，TyB相當于pol基因。但沒有env基因。轉(zhuǎn)座機制與反轉(zhuǎn)錄病毒的整合機制類