分子生物學(xué)DNA重組與轉(zhuǎn)座

1、第七章 DNA的重組與轉(zhuǎn)座 7.1 同源重組 7.2 位點(diǎn)特異性重組 7.3 轉(zhuǎn)座作用 7.4 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子 廣義上廣義上，任何造成基因型變化的基因交流過(guò)程都，任何造成基因型變化的基因交流過(guò)程都叫遺傳重組（叫遺傳重組（genetic recombination）. 狹義上狹義上，指涉及到，指涉及到DNA分子內(nèi)斷裂分子內(nèi)斷裂-復(fù)合的基因交復(fù)合的基因交流，有時(shí)又稱交換（流，有時(shí)又稱交換（crossing over）. 通過(guò)不同個(gè)體間的基因交換，可以保證遺傳的多通過(guò)不同個(gè)體間的基因交換，可以保證遺傳的多樣性，從而為選擇奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。樣性，從而為選擇奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。 遺傳重組包括遺傳重組包括同源重組同源

2、重組，位點(diǎn)專一性重組位點(diǎn)專一性重組，轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座重組和異常重組重組和異常重組。 7.17.1同源重組同源重組( (homologous recombination) 一、定義：同源重組也稱交換，指減數(shù)分裂過(guò)程一、定義：同源重組也稱交換，指減數(shù)分裂過(guò)程中染色體間遺傳物質(zhì)的交換，即在兩個(gè)雙螺旋中染色體間遺傳物質(zhì)的交換，即在兩個(gè)雙螺旋DNA分子中任何一對(duì)同源序列作底物進(jìn)行交換。分子中任何一對(duì)同源序列作底物進(jìn)行交換。 同源重組發(fā)生在同源重組發(fā)生在DNA 的同源序列之間。在生物細(xì)的同源序列之間。在生物細(xì)胞中很普遍，如真核生物非姊妹染色體之間的交換，胞中很普遍，如真核生物非姊妹染色體之間的交換，姊妹染色體的交

3、換，細(xì)菌及其某些低等真核生物的姊妹染色體的交換，細(xì)菌及其某些低等真核生物的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合等都屬于同源重組。轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合等都屬于同源重組。同源重組的機(jī)制同源重組的機(jī)制（一）、斷裂復(fù)合：（一）、斷裂復(fù)合： 減 數(shù) 分 裂 中 ，減 數(shù) 分 裂 中 ，染色體減數(shù)分裂和配染色體減數(shù)分裂和配對(duì)時(shí)，在染色單體水對(duì)時(shí)，在染色單體水平上發(fā)生物理斷裂，平上發(fā)生物理斷裂，斷裂可通過(guò)交叉重接斷裂可通過(guò)交叉重接而解除張力，從而產(chǎn)而解除張力，從而產(chǎn)生兩個(gè)相互重組的染生兩個(gè)相互重組的染色單體。色單體。（二）重組過(guò)程（二）重組過(guò)程: :由由HollidayHolliday提 出 ， 后 經(jīng)提 出 ， 后 經(jīng) M e

4、s s e l s o nM e s s e l s o n ，RaddingRadding修改，可以分為以下修改，可以分為以下幾個(gè)步驟幾個(gè)步驟. .1 1、切斷切斷（nickingnicking）：同源聯(lián)）：同源聯(lián)會(huì)的兩個(gè)會(huì)的兩個(gè)DNADNA分子中任意一個(gè)分子中任意一個(gè)出現(xiàn)單鏈切口（由某些出現(xiàn)單鏈切口（由某些DNADNA內(nèi)內(nèi)切酶產(chǎn)生）。切酶產(chǎn)生）。2 2 、 鏈 轉(zhuǎn) 換鏈 轉(zhuǎn) 換 （ s t r a n d s t r a n d displacementdisplacement）：切口處形成）：切口處形成55端局部解鏈，由細(xì)胞內(nèi)類似端局部解鏈，由細(xì)胞內(nèi)類似于大腸桿菌于大腸桿菌DNA Pol

5、 IDNA Pol I的酶系的酶系利用切口處的利用切口處的3-OH3-OH合成新鏈，合成新鏈，而把原有鏈轉(zhuǎn)換出來(lái)，使原有而把原有鏈轉(zhuǎn)換出來(lái)，使原有鏈成為游離的鏈成為游離的5-5-單鏈區(qū)段。單鏈區(qū)段。3 3、單鏈侵入單鏈侵入（single-strand invasionsingle-strand invasion）由鏈置換產(chǎn)生）由鏈置換產(chǎn)生的單鏈區(qū)段侵入到參與聯(lián)會(huì)的另一條的單鏈區(qū)段侵入到參與聯(lián)會(huì)的另一條DNADNA分子因局部解鏈分子因局部解鏈而產(chǎn)生的單鏈泡中。而產(chǎn)生的單鏈泡中。4 4、LoopLoop切除切除：侵入的單鏈：侵入的單鏈DNADNA與參與聯(lián)會(huì)的另一條與參與聯(lián)會(huì)的另一條DNADNA分分

6、子中的互補(bǔ)鏈形成堿基配對(duì)，同時(shí)把與侵入單鏈的同源子中的互補(bǔ)鏈形成堿基配對(duì)，同時(shí)把與侵入單鏈的同源鏈置換出來(lái)，由此產(chǎn)生鏈置換出來(lái)，由此產(chǎn)生D-LoopD-Loop，其單鏈區(qū)隨后被切除降，其單鏈區(qū)隨后被切除降解。解。5 5、鏈同化鏈同化（strand assimilation strand assimilation ）LoopLoop切除中產(chǎn)生的切除中產(chǎn)生的3-OH3-OH斷頭和侵入的單鏈的斷頭和侵入的單鏈的5-P5-P由由DNA LigaseDNA Ligase聯(lián)接，同聯(lián)接，同時(shí)侵入的單鏈沿時(shí)侵入的單鏈沿5-35-3方向繼續(xù)置換，方向繼續(xù)置換，LoopLoop切除中產(chǎn)生切除中產(chǎn)生的的5-P5-P

7、斷頭。斷頭。6 6、異構(gòu)化異構(gòu)化：鏈同化過(guò)程中，：鏈同化過(guò)程中，DNADNA經(jīng)過(guò)一定的扭曲旋轉(zhuǎn)形成經(jīng)過(guò)一定的扭曲旋轉(zhuǎn)形成的異構(gòu)體。的異構(gòu)體。7 7、分支遷移分支遷移（branch migrationbranch migration）：兩條）：兩條DNADNA分子之間分子之間形成的交叉點(diǎn)可以沿形成的交叉點(diǎn)可以沿DNADNA移動(dòng)，這一過(guò)程稱為分支遷移。移動(dòng)，這一過(guò)程稱為分支遷移。 圖、分枝遷移圖、分枝遷移HollidayHolliday結(jié)構(gòu)的拆分結(jié)構(gòu)的拆分 重組體連接兩個(gè)重組體連接兩個(gè)DNADNA雙鏈的雙鏈的交換中間物含有交換中間物含有4 4股股DNADNA鏈，在鏈，在其連接處為轉(zhuǎn)換配對(duì)所形成交其

8、連接處為轉(zhuǎn)換配對(duì)所形成交叉鏈的連接點(diǎn)稱為叉鏈的連接點(diǎn)稱為HollidayHolliday結(jié)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中由二對(duì)連鎖在一構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中由二對(duì)連鎖在一起的起的DNADNA分子組成。分子組成。 HolidayHoliday中間體的形成只完中間體的形成只完成了重組的一半，由于連鎖在成了重組的一半，由于連鎖在一起的兩條一起的兩條DNADNA分子必須經(jīng)過(guò)拆分子必須經(jīng)過(guò)拆分（分（resolutionresolution）回復(fù)到彼此）回復(fù)到彼此分開的雙螺旋狀態(tài)。拆分的方分開的雙螺旋狀態(tài)。拆分的方式有兩種，需要內(nèi)切酶在交叉式有兩種，需要內(nèi)切酶在交叉點(diǎn)處形成一對(duì)切口，然后由連點(diǎn)處形成一對(duì)切口，然后由連接酶連接。接酶

9、連接。 細(xì)菌細(xì)菌DNA的重組的重組 1、細(xì)菌重組酶：、細(xì)菌重組酶： 1）RecA蛋白：為蛋白：為E。coli RecA基因的產(chǎn)物，基因的產(chǎn)物，RecA蛋白是催化重組基本反應(yīng)的酶，能通過(guò)堿基配對(duì)使蛋白是催化重組基本反應(yīng)的酶，能通過(guò)堿基配對(duì)使兩個(gè)兩個(gè)DNA連接成雜交分子。連接成雜交分子。2）Rec BCD酶：亦稱核酸外切酶酶：亦稱核酸外切酶V，它通過(guò)，它通過(guò)Chi序列序列識(shí)別靶位點(diǎn)。該酶具有多種活性，可以在單鏈結(jié)合識(shí)別靶位點(diǎn)。該酶具有多種活性，可以在單鏈結(jié)合蛋白的存在下松開蛋白的存在下松開DNA雙鏈，同時(shí)還具有雙鏈，同時(shí)還具有ATP酶活酶活性，它在重組中的作用是提供具有性，它在重組中的作用是提供具

10、有3-末端的單鏈區(qū)末端的單鏈區(qū)域。域。3）ruvABC：其中：其中ruvA和和B基因產(chǎn)物可促進(jìn)異源雙基因產(chǎn)物可促進(jìn)異源雙鏈結(jié)構(gòu)的形成。鏈結(jié)構(gòu)的形成。 1 1、單鏈攝入和鏈交換、單鏈攝入和鏈交換 RecARecA蛋白作用于蛋白作用于DNADNA分子，用單鏈去置換雙鏈分子的分子，用單鏈去置換雙鏈分子的同源區(qū)段，這個(gè)反應(yīng)稱單鏈攝入。同源區(qū)段，這個(gè)反應(yīng)稱單鏈攝入。RecARecA蛋白的這種作用蛋白的這種作用是通過(guò)與游離的單鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)與游離的單鏈3-3-端結(jié)合，并引導(dǎo)單鏈端結(jié)合，并引導(dǎo)單鏈DNADNA侵入雙侵入雙鏈鏈DNADNA中，這種作用還需要中，這種作用還需要RecBCDRecBCD的協(xié)助。的協(xié)助。

11、E.coliE.coli中有一種中有一種ChiKaiChiKai結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)： 5-GCTGGTGG-35-GCTGGTGG-3 3-CGACCACC-5 3-CGACCACC-5 RecBCDRecBCD沿雙鏈滑行至沿雙鏈滑行至ChiChi結(jié)結(jié)構(gòu)附近時(shí)，將其附近的兔耳構(gòu)附近時(shí)，將其附近的兔耳結(jié)構(gòu)的一端切開形成具有結(jié)構(gòu)的一端切開形成具有3-3-端的單鏈區(qū)，端的單鏈區(qū)，RecARecA再與再與此單鏈此單鏈DNADNA的的3-3-端結(jié)合并端結(jié)合并引入另一雙鏈結(jié)構(gòu)中導(dǎo)致重引入另一雙鏈結(jié)構(gòu)中導(dǎo)致重組，組，RecBCDRecBCD則沿雙鏈繼續(xù)則沿雙鏈繼續(xù)尋找下一個(gè)尋找下一個(gè)ChiChi結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 兔耳結(jié)構(gòu)

12、兔耳結(jié)構(gòu)：RecBCDRecBCD結(jié)結(jié)合合DNADNA，使解鏈速度大于恢，使解鏈速度大于恢復(fù)雙螺旋的速度，所以形成復(fù)雙螺旋的速度，所以形成二個(gè)單鏈環(huán)，稱兔耳結(jié)構(gòu)。二個(gè)單鏈環(huán)，稱兔耳結(jié)構(gòu)。 同源重組的作用同源重組的作用 1 1、維持種群的遺傳多樣性、維持種群的遺傳多樣性 2 2、在真核生物中同源重組使同源染色體的染色單體間發(fā)生、在真核生物中同源重組使同源染色體的染色單體間發(fā)生物理連接，這樣使第一次減數(shù)分裂時(shí)同源染色體能平均分配至物理連接，這樣使第一次減數(shù)分裂時(shí)同源染色體能平均分配至子代細(xì)胞中。子代細(xì)胞中。 3 3、有助于、有助于DNADNA損傷的修復(fù)，發(fā)生重組的位置常含有錯(cuò)配的損傷的修復(fù)，發(fā)生重

13、組的位置常含有錯(cuò)配的堿基。堿基。 7.2 位點(diǎn)專一性重組位點(diǎn)專一性重組 特指噬菌體特指噬菌體DNA整合到細(xì)菌染色體整合到細(xì)菌染色體DNA的過(guò)程。最早在的過(guò)程。最早在phage的遺傳學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)的，的遺傳學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)的，DNA通過(guò)重組整合到大腸通過(guò)重組整合到大腸桿菌染色體的專一性位點(diǎn)上，轉(zhuǎn)變?yōu)樵删w桿菌染色體的專一性位點(diǎn)上，轉(zhuǎn)變?yōu)樵删wDNA的非活性的非活性狀態(tài)（溶源狀態(tài)）。在溶菌狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)（溶源狀態(tài)）。在溶菌狀態(tài)時(shí)，DNA以環(huán)狀分子獨(dú)立以環(huán)狀分子獨(dú)立存在，兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都與位點(diǎn)專一性重組有關(guān)。位點(diǎn)專一存在，兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都與位點(diǎn)專一性重組有關(guān)。位點(diǎn)專一性重組不是由性重組不是由DNA序列的

14、同源性所引起，僅涉及短的同源序序列的同源性所引起，僅涉及短的同源序列。列。 整合和切除過(guò)程是在細(xì)菌整合和切除過(guò)程是在細(xì)菌DNA和噬菌體和噬菌體DNA專一的附專一的附著位點(diǎn)（著位點(diǎn)（attachment site , att） 上進(jìn)行的，上進(jìn)行的， 細(xì)菌的附著位點(diǎn)稱細(xì)菌的附著位點(diǎn)稱attBattB，由序列由序列BOBBOB組成，噬菌體的組成，噬菌體的附著位點(diǎn)稱附著位點(diǎn)稱attPattP，由序列，由序列POPPOP組成，其中組成，其中O O序列為序列為attBattB和和attPattP所共有，稱為核所共有，稱為核心序列。重組就發(fā)生在這段心序列。重組就發(fā)生在這段序列上。序列上。 在重組過(guò)程中在重組

15、過(guò)程中DNADNA以線性形式插入細(xì)菌以線性形式插入細(xì)菌染色體，此時(shí)原噬菌體被重染色體，此時(shí)原噬菌體被重組產(chǎn)生的兩個(gè)新的組產(chǎn)生的兩個(gè)新的attatt（attLattL，attRattR）位點(diǎn)所固定，）位點(diǎn)所固定，整合過(guò)程在整合過(guò)程在attBattB和和attPattP之間之間識(shí)別，而切除過(guò)程在識(shí)別，而切除過(guò)程在attLattL和和attPattP之間識(shí)別。之間識(shí)別。 Figure . Does recombination between attP and attB proceed by sequential exchange or concerted cutting? Specialized r

16、ecombination involves breakage and reunion at specific sitesFigure 14.21 Staggered cleavages in the common core sequence of attP and attB allow crosswise reunion to generate reciprocal recombinant junctions. Specialized recombination involves breakage and reunion at specific sitesFigure . Recombinat

17、ion between two paired duplex DNAs could involve reciprocal single-strand exchange, branch migration, and nicking. Specialized recombination involves breakage and reunion at specific sitesFigure . Int and IHF bind to different sites in attP. The Int recognition sequences in the core region include t

18、he sites of cutting. Specialized recombination involves breakage and reunion at specific sitesSite-specific recombination: ( ( 位點(diǎn)專一重組）位點(diǎn)專一重組）AntibodydiversityH and L are all encoded by three gene segments: V, D, J V-39bp28-D-2839bp-JTwo heavy chains (H)250155Two light chains (L)2504Enormous number (

19、108) of different H and L gene sequences can be produced by such a recombinationOne antibody example produced by site-specific recombination7.3 7.3 轉(zhuǎn)座重組轉(zhuǎn)座重組 同源染色體上的重組比例較少，較多的還是非同源染色體間同源染色體上的重組比例較少，較多的還是非同源染色體間的轉(zhuǎn)座重組。的轉(zhuǎn)座重組。 原核生物，真核生物基因組中都有一些不必借助同源序列可原核生物，真核生物基因組中都有一些不必借助同源序列可以從一個(gè)部位移動(dòng)到另一個(gè)部位的以從一個(gè)部位移動(dòng)到另一

20、個(gè)部位的DNADNA片段，片段，這些片段稱轉(zhuǎn)座這些片段稱轉(zhuǎn)座子子（transposon or transposable elementtransposon or transposable element）。轉(zhuǎn)座作用）。轉(zhuǎn)座作用與供體和受體部位之間的序列沒有任何關(guān)系。與供體和受體部位之間的序列沒有任何關(guān)系。 所有的轉(zhuǎn)座子都有兩個(gè)所有的轉(zhuǎn)座子都有兩個(gè)結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征：其一兩端有：其一兩端有20-40bp20-40bp的反向的反向重復(fù)序列；其二轉(zhuǎn)座子的中間具有編碼轉(zhuǎn)座酶的基因，這種重復(fù)序列；其二轉(zhuǎn)座子的中間具有編碼轉(zhuǎn)座酶的基因，這種酶催化轉(zhuǎn)座子插入新的位置。酶催化轉(zhuǎn)座子插入新的位置。 轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座子

21、的共性共性：1 1、兩端都有反向重復(fù)序列、兩端都有反向重復(fù)序列 2 2、具有編碼轉(zhuǎn)座酶的基因，催化轉(zhuǎn)座子插入新的位、具有編碼轉(zhuǎn)座酶的基因，催化轉(zhuǎn)座子插入新的位點(diǎn)點(diǎn)原核生物的轉(zhuǎn)座原核生物的轉(zhuǎn)座（一）轉(zhuǎn)座子的類型和結(jié)構(gòu)特征（一）轉(zhuǎn)座子的類型和結(jié)構(gòu)特征 1 1、簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)座子，即插入序列（、簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)座子，即插入序列（insertion sequence, insertion sequence, ISIS）。）。ISIS在大腸桿菌的質(zhì)粒中很常見，如在大腸桿菌的質(zhì)粒中很常見，如IS1IS1有有1010個(gè)拷貝，個(gè)拷貝，ISIS可編碼轉(zhuǎn)座酶，是自主單位。可編碼轉(zhuǎn)座酶，是自主單位。 5-GAC-CAG-35-GAC

22、-CAG-3 IS IS的共性：的共性： 1 1、ISIS的末端為反向重復(fù)序列，的末端為反向重復(fù)序列，15-20bp15-20bp，二者可以不完，二者可以不完全相同。全相同。 2 2、ISIS轉(zhuǎn)入宿主轉(zhuǎn)入宿主DNADNA序列時(shí)，使宿主序列時(shí)，使宿主DNADNA產(chǎn)生同向重復(fù)序列，產(chǎn)生同向重復(fù)序列，靶位點(diǎn)長(zhǎng)度一般為靶位點(diǎn)長(zhǎng)度一般為5-9bp5-9bp，形成，形成5-9bp5-9bp的同向重復(fù)。的同向重復(fù)。 Transposition ( ( 轉(zhuǎn)座作用）轉(zhuǎn)座作用）IS element轉(zhuǎn)座酶轉(zhuǎn)座酶在宿主在宿主DNADNA上上切割切割I(lǐng)SIS插入缺口后插入缺口后形成同向重復(fù)形成同向重復(fù)2 2、復(fù)合轉(zhuǎn)座子

23、：較大，由兩個(gè)重復(fù)序列夾著中心區(qū)的編、復(fù)合轉(zhuǎn)座子：較大，由兩個(gè)重復(fù)序列夾著中心區(qū)的編碼其他蛋白如抗藥性基因組成，通常以碼其他蛋白如抗藥性基因組成，通常以TnTn命名。復(fù)合轉(zhuǎn)座命名。復(fù)合轉(zhuǎn)座子的重復(fù)序列就是子的重復(fù)序列就是ISIS，可從一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)座到另一個(gè)位點(diǎn)，可從一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)座到另一個(gè)位點(diǎn)，或從一個(gè)復(fù)制子轉(zhuǎn)座到另一個(gè)復(fù)制子。或從一個(gè)復(fù)制子轉(zhuǎn)座到另一個(gè)復(fù)制子。（二）轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機(jī)制（二）轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機(jī)制 轉(zhuǎn)座子都是具有編碼與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的酶轉(zhuǎn)座子都是具有編碼與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的酶轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座酶，而轉(zhuǎn)座子的末端大多數(shù)都是反同重復(fù)序列。其轉(zhuǎn)座機(jī)酶，而轉(zhuǎn)座子的末端大多數(shù)都是反同重復(fù)序列。其轉(zhuǎn)座機(jī)制為：制為： 在

24、轉(zhuǎn)座酶的作用下，在轉(zhuǎn)座子兩端和靶位點(diǎn)產(chǎn)生在轉(zhuǎn)座酶的作用下，在轉(zhuǎn)座子兩端和靶位點(diǎn)產(chǎn)生切口，所形成的突出單鏈末端與轉(zhuǎn)座子兩端切口，所形成的突出單鏈末端與轉(zhuǎn)座子兩端 的反向重復(fù)的反向重復(fù)序列相連，然后由序列相連，然后由DNADNA聚合酶填補(bǔ)缺口，連接酶封閉切口。聚合酶填補(bǔ)缺口，連接酶封閉切口。轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制分為三種類型：轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制分為三種類型：復(fù)制型轉(zhuǎn)座復(fù)制型轉(zhuǎn)座：留一個(gè)，轉(zhuǎn)一個(gè)：留一個(gè)，轉(zhuǎn)一個(gè)非復(fù)制型轉(zhuǎn)座非復(fù)制型轉(zhuǎn)座：直接轉(zhuǎn)移：直接轉(zhuǎn)移保守型轉(zhuǎn)座保守型轉(zhuǎn)座：為另一種非復(fù)制型轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座過(guò)程中，轉(zhuǎn)座子從供體位點(diǎn)切除，插：為另一種非復(fù)制型轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座過(guò)程中，轉(zhuǎn)座子從供體位點(diǎn)切除，插入到靶位點(diǎn)，其中每一

25、個(gè)核苷酸都被保留下來(lái)。入到靶位點(diǎn)，其中每一個(gè)核苷酸都被保留下來(lái)。Figure Mutransposition generates a crossover structure, which is converted by replication into a cointegrate .1、Replicativetransposition proceeds through a cointegrateFigure Nonreplicativetransposition results when a crossover structure is released by nicking. This in

26、serts the transposon into the target DNA, flanked by the direct repeats of the target, and the donor is left with a double -strand break.2、 Nonreplicativetransposition proceeds by breakage and reunionFigure 15.6 Nonreplicative transposition allows a transposon to move as a physical entity from a don

27、or to a recipient site. This leaves a break at the donor site, which is lethal unless it can be repaired. Transposition occurs by both replicative and nonreplicative mechanisms Figure Both strands of Tn10 are cleaved sequentially, and then the transposon is joined to the nicked target site.Nonreplic

28、ativetransposition proceeds by breakage and reunion.（三）轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座頻率的控制（三）轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座頻率的控制對(duì)于細(xì)胞來(lái)說(shuō)，控制轉(zhuǎn)座子調(diào)換的頻率是很重要的，為了自下對(duì)于細(xì)胞來(lái)說(shuō)，控制轉(zhuǎn)座子調(diào)換的頻率是很重要的，為了自下而上，轉(zhuǎn)座子必須能維持某一最小的移動(dòng)頻率，但是太大的頻而上，轉(zhuǎn)座子必須能維持某一最小的移動(dòng)頻率，但是太大的頻率會(huì)破壞宿主細(xì)胞，每一個(gè)轉(zhuǎn)座子好像都有控制它自身調(diào)換頻率會(huì)破壞宿主細(xì)胞，每一個(gè)轉(zhuǎn)座子好像都有控制它自身調(diào)換頻率的機(jī)制，機(jī)制的多樣性通過(guò)率的機(jī)制，機(jī)制的多樣性通過(guò)Tn10Tn10被描寫。被描寫。Tn10Tn10為復(fù)合型轉(zhuǎn)座子，兩端

29、為復(fù)合型轉(zhuǎn)座子，兩端各有一重復(fù)序列各有一重復(fù)序列 5NGCTAGCN3 5NGCTAGCN3 3NCGATCGN53NCGATCGN5IS10R是是Tn10的活性組件，的活性組件，IS10L是功能缺陷型，其轉(zhuǎn)是功能缺陷型，其轉(zhuǎn)座酶的活力是座酶的活力是IS10R的的1-10%，靠近，靠近IS10R有兩個(gè)方有兩個(gè)方向相反的啟動(dòng)子。向相反的啟動(dòng)子。1 1、 甲基化控制：甲基化控制：Tn10Tn10上有二個(gè)甲基化位點(diǎn)（上有二個(gè)甲基化位點(diǎn)（GATCGATC），），一個(gè)位于一個(gè)位于ISIS上，另一個(gè)位于轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座酶啟動(dòng)子上。上，另一個(gè)位于轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座酶啟動(dòng)子上。Tn10Tn10與宿主與宿主DNA DNA

30、 一起復(fù)制時(shí)，產(chǎn)生半甲基化，轉(zhuǎn)座子激一起復(fù)制時(shí)，產(chǎn)生半甲基化，轉(zhuǎn)座子激活，編碼出轉(zhuǎn)座酶，導(dǎo)致轉(zhuǎn)座，一旦兩個(gè)位點(diǎn)均被甲基活，編碼出轉(zhuǎn)座酶，導(dǎo)致轉(zhuǎn)座，一旦兩個(gè)位點(diǎn)均被甲基化，則轉(zhuǎn)座酶停止合成，轉(zhuǎn)座停止?；?，則轉(zhuǎn)座酶停止合成，轉(zhuǎn)座停止。GATCGATC2 2、 通過(guò)啟動(dòng)子調(diào)節(jié)：通過(guò)啟動(dòng)子調(diào)節(jié)：Tn10Tn10上有二個(gè)方向相反的啟動(dòng)子，上有二個(gè)方向相反的啟動(dòng)子，向外的啟動(dòng)子較強(qiáng)，稱向外的啟動(dòng)子較強(qiáng)，稱PoutPout，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為一短鏈，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為一短鏈RNARNA，向，向內(nèi)的啟動(dòng)子內(nèi)的啟動(dòng)子PinPin較弱，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為一個(gè)有編碼區(qū)段的較弱，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為一個(gè)有編碼區(qū)段的RNARNA，可翻譯出可翻譯出47K

31、D47KD的轉(zhuǎn)座酶，兩種轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的轉(zhuǎn)座酶，兩種轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNARNA之間有之間有40bp40bp的的重疊，可結(jié)合從而抑制轉(zhuǎn)座酶的表達(dá)。重疊，可結(jié)合從而抑制轉(zhuǎn)座酶的表達(dá)。.（四）轉(zhuǎn)座子引起的某些遺傳學(xué)效應(yīng)（四）轉(zhuǎn)座子引起的某些遺傳學(xué)效應(yīng) 引起插入突變引起插入突變 插入位置上出現(xiàn)新的基因插入位置上出現(xiàn)新的基因 插入位置出現(xiàn)靶插入位置出現(xiàn)靶DNADNA的少數(shù)核苷酸對(duì)重復(fù)的少數(shù)核苷酸對(duì)重復(fù) 導(dǎo)致染色體畸變導(dǎo)致染色體畸變 切除，轉(zhuǎn)座子從原來(lái)的位點(diǎn)上消失。切除，轉(zhuǎn)座子從原來(lái)的位點(diǎn)上消失。真核生物的轉(zhuǎn)座作用真核生物的轉(zhuǎn)座作用 較清楚的是果蠅的較清楚的是果蠅的P P成分，玉米的成分，玉米的Ac-DsAc-Ds元

32、件元件1 1 玉米的轉(zhuǎn)座成分玉米的轉(zhuǎn)座成分玉米中存在幾組控制元件：玉米中存在幾組控制元件：Ac-DsAc-Ds，spmspm， DtDt等，不同品系等，不同品系中其數(shù)目和位置不同。較清楚的是中其數(shù)目和位置不同。較清楚的是Ac-DsAc-Ds元件，其中元件，其中AcAc是自主成分，是自主成分，DsDs是非自主成分。是非自主成分。AcAc是一是一個(gè)個(gè)Figure The Ac element has two open reading frames; Ds elements have internal deletions.Controlling elements in maize form fami

33、lies oftransposons完整的轉(zhuǎn)座子，長(zhǎng)完整的轉(zhuǎn)座子，長(zhǎng)4563bp4563bp，可轉(zhuǎn)錄出，可轉(zhuǎn)錄出3600bp3600bp的的mRNAmRNA，含，含807807個(gè)密碼子序列，在編碼個(gè)密碼子序列，在編碼序列兩側(cè)有序列兩側(cè)有11bp11bp的反向的反向重復(fù)序列，重復(fù)序列，AcAc具有轉(zhuǎn)座具有轉(zhuǎn)座酶基因，可以自主移動(dòng)，酶基因，可以自主移動(dòng)，它能引起較高回復(fù)頻率它能引起較高回復(fù)頻率的突變，的突變，AcAc突變可導(dǎo)致突變可導(dǎo)致玉米合成花色素苷。玉米合成花色素苷。 Ds Ds元件是在轉(zhuǎn)座酶基因上有缺失的元件是在轉(zhuǎn)座酶基因上有缺失的AcAc元件，在元件，在AcAc成分的激活下，成分的激活下，

34、DsDs成分可以轉(zhuǎn)座成分可以轉(zhuǎn)座到新的靶位點(diǎn)，使靶位點(diǎn)處的基因失活，改變基因的表達(dá)活性，到新的靶位點(diǎn)，使靶位點(diǎn)處的基因失活，改變基因的表達(dá)活性，DsDs突變能引起穩(wěn)定突變能引起穩(wěn)定的突變，產(chǎn)生無(wú)色的玉米粒。的突變，產(chǎn)生無(wú)色的玉米粒。2 2 果蠅中的果蠅中的P P元件元件果蠅中兩個(gè)品系果蠅中兩個(gè)品系P P型和型和M M型型雜交時(shí)，會(huì)出現(xiàn)：雜交時(shí)，會(huì)出現(xiàn)： P P雄雄+M+M雌雌 后代不育后代不育 P P雌雌+M+M雄雄 后代可育后代可育 P P品系中有品系中有P P因子，因子，M M品系中品系中無(wú)。無(wú)。P P元件長(zhǎng)度是變化的，元件長(zhǎng)度是變化的，但序列同源，最長(zhǎng)但序列同源，最長(zhǎng)P P元件長(zhǎng)元件長(zhǎng)約

35、約2.5 Kb2.5 Kb，有四個(gè)與轉(zhuǎn)座，有四個(gè)與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的可譯框（作用有關(guān)的可譯框（ORFORF）。）。P P元件的兩側(cè)有元件的兩側(cè)有31bp31bp的反向的反向重復(fù)序列，在靶位點(diǎn)上形重復(fù)序列，在靶位點(diǎn)上形成成8bp8bp的正向重復(fù)。的正向重復(fù)。P P元件在體細(xì)胞中，僅前兩元件在體細(xì)胞中，僅前兩個(gè)內(nèi)含子個(gè)內(nèi)含子0 0、1 1可被剪切，外可被剪切，外顯子顯子2 2和和3 3 不發(fā)生剪接，產(chǎn)不發(fā)生剪接，產(chǎn)生的生的mRNAmRNA為為ORF0-ORF1-ORF2ORF0-ORF1-ORF2，編碼編碼66KD66KD的蛋白，為轉(zhuǎn)座酶的蛋白，為轉(zhuǎn)座酶的抑制物。的抑制物。P P元件在卵細(xì)胞中，可剪切

36、元件在卵細(xì)胞中，可剪切除去除去0 0、1 1、2 2、和、和3 3個(gè)內(nèi)含子，個(gè)內(nèi)含子，將全部將全部4 4個(gè)外顯子剪接在一個(gè)外顯子剪接在一起，起，mRNAmRNA的翻譯產(chǎn)物為的翻譯產(chǎn)物為87KD87KD的轉(zhuǎn)座酶，致命的轉(zhuǎn)座酶，致命P P元件發(fā)生元件發(fā)生轉(zhuǎn)座，使配子細(xì)胞不育，導(dǎo)轉(zhuǎn)座，使配子細(xì)胞不育，導(dǎo)致后代不育。致后代不育。 在卵細(xì)胞中有細(xì)胞質(zhì)，精細(xì)胞幾乎無(wú)細(xì)胞質(zhì)，卵細(xì)胞中早在卵細(xì)胞中有細(xì)胞質(zhì)，精細(xì)胞幾乎無(wú)細(xì)胞質(zhì)，卵細(xì)胞中早已充滿了轉(zhuǎn)座酶的阻遏物，固已充滿了轉(zhuǎn)座酶的阻遏物，固P P品系的雌果蠅與任何品系品系的雌果蠅與任何品系的雄果蠅雜交，后代全都可育，而的雄果蠅雜交，后代全都可育，而M M品系中，

37、由于卵細(xì)胞品系中，由于卵細(xì)胞中無(wú)完整的中無(wú)完整的P P成分，也就無(wú)轉(zhuǎn)座酶的抑制物，當(dāng)其與成分，也就無(wú)轉(zhuǎn)座酶的抑制物，當(dāng)其與P P品系品系的雄果蠅雜交時(shí)，的雄果蠅雜交時(shí)，P P成分被激活，表達(dá)出轉(zhuǎn)座酶產(chǎn)生轉(zhuǎn)座，成分被激活，表達(dá)出轉(zhuǎn)座酶產(chǎn)生轉(zhuǎn)座，導(dǎo)致配子不育，使后代不育。導(dǎo)致配子不育，使后代不育。逆轉(zhuǎn)錄作用（逆轉(zhuǎn)錄作用（reverse transcription reverse transcription ） 19701970年年TeminTemin等和等和BaltimoreBaltimore分別從勞氏肉瘤病毒分別從勞氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病和小白鼠白血病病毒等致病RNARNA病毒中分離

38、出逆轉(zhuǎn)錄病毒中分離出逆轉(zhuǎn)錄酶，迄今已知的致癌酶，迄今已知的致癌RNARNA病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶。病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶。 定義定義: : 以以RNARNA為模板，按照為模板，按照RNARNA中的核苷酸順序合中的核苷酸順序合成成DNADNA的過(guò)程稱為逆轉(zhuǎn)錄，由逆轉(zhuǎn)錄酶催化進(jìn)行。的過(guò)程稱為逆轉(zhuǎn)錄，由逆轉(zhuǎn)錄酶催化進(jìn)行。7.4 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子 將從DNADNA的轉(zhuǎn)移過(guò)程稱轉(zhuǎn)座，從DNARNADNA的轉(zhuǎn)移過(guò)程叫逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座。 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子特性：與高頻自發(fā)突變有關(guān)；刺激寄主細(xì)胞基因組發(fā)生多種形式的遺傳重排；插入單元兩端的DNA序列在插入過(guò)程中增加314bp；轉(zhuǎn)座單元的末端含有長(zhǎng)度為250bp的反向重復(fù)；轉(zhuǎn)座過(guò)程與轉(zhuǎn)

39、座單元的復(fù)制同時(shí)進(jìn)行；轉(zhuǎn)座子通過(guò)編碼蛋白質(zhì)作用于轉(zhuǎn)座單元來(lái)對(duì)自身功能的轉(zhuǎn)座功能進(jìn)行調(diào)控。 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座逆轉(zhuǎn)錄子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 逆轉(zhuǎn)錄作用關(guān)鍵酶是逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶(IN)。逆轉(zhuǎn)錄子自身編碼逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶。按結(jié)構(gòu)分：具有與逆轉(zhuǎn)錄病毒類似的長(zhǎng)末端重復(fù)結(jié)構(gòu)（LIT），并含gag和pol基因，但無(wú)被膜蛋白基因enu，不具有LTR但有3polyA，其中心編碼區(qū)含有g(shù)ag和pol類似的序列，5端常被截短。 另一方面，真核生物由于在核結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在時(shí)空上被分隔開與轉(zhuǎn)錄有關(guān)酶并非是由移動(dòng)因子編碼，而是由其他基因通過(guò)反式作用提供。逆轉(zhuǎn)錄子的作用機(jī)制 他們傾向于整合在 富含AT區(qū)域?整合后的成串Ty因子存在，

40、可能是Ty因子易于插入另一個(gè)Ty因子內(nèi)或是因存在共同的靶序列； 因子常位于tRNA基因，SrRNA基因以及U6的基因臨近或上游，顯示這些轉(zhuǎn)座子的整合位點(diǎn)與RNA聚合酶iii轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子或相關(guān)序列有關(guān)聯(lián)。 逆轉(zhuǎn)錄座子自身編碼整合酶，其整合部位兩側(cè)有固定長(zhǎng)度的正向修復(fù)，表明整合酶能交錯(cuò)切開靶序列，整合后通過(guò)復(fù)制使靶序列倍增。逆轉(zhuǎn)錄子的生物學(xué)意義 對(duì)基因表達(dá)的影響 對(duì)轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)基因的重排方式：逆轉(zhuǎn)錄子可提供同源序列促進(jìn)同源重組；逆轉(zhuǎn)錄子經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄作用插入新的位點(diǎn)；逆轉(zhuǎn)錄子編碼的反式因子或順式序列引起基因重排； 逆轉(zhuǎn)錄子在進(jìn)化中的作用 逆轉(zhuǎn)錄子除能促進(jìn)基因組的流動(dòng)，有利于生物遺傳多樣性外，它們分散在基

41、因組中成為進(jìn)化的種子，當(dāng)遇到合適的基因組序列環(huán)境通過(guò)突變形式成為新基因或基因結(jié)構(gòu)域或是與先存的基因互配成為新的調(diào)節(jié)因子。 基因倍增途徑：染色體間的不等量重組；基因的轉(zhuǎn)座或逆轉(zhuǎn)錄。Figure . Does recombination between attP and attB proceed by sequential exchange or concerted cutting? Specialized recombination involves breakage and reunion at specific sitesSite-specific recombination: ( ( 位點(diǎn)

42、專一重組）位點(diǎn)專一重組）AntibodydiversityH and L are all encoded by three gene segments: V, D, J V-39bp28-D-2839bp-JTwo heavy chains (H)250155Two light chains (L)2504Enormous number (108) of different H and L gene sequences can be produced by such a recombinationSite-specific recombination: ( ( 位點(diǎn)專一重組）位點(diǎn)專一重組）An

43、tibodydiversityH and L are all encoded by three gene segments: V, D, J V-39bp28-D-2839bp-JTwo heavy chains (H)250155Two light chains (L)2504Enormous number (108) of different H and L gene sequences can be produced by such a recombination轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制分為三種類型：轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制分為三種類型：復(fù)制型轉(zhuǎn)座復(fù)制型轉(zhuǎn)座：留一個(gè)，轉(zhuǎn)一個(gè)：留一個(gè)，轉(zhuǎn)一個(gè)非復(fù)制型轉(zhuǎn)座非復(fù)制型轉(zhuǎn)座：直接轉(zhuǎn)移：直接轉(zhuǎn)移保守型轉(zhuǎn)座保守型轉(zhuǎn)座：為另一種非復(fù)制型轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座過(guò)程中，轉(zhuǎn)座子從供體位點(diǎn)切除，插：為另一種非復(fù)制型轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座過(guò)程中，轉(zhuǎn)座子從供體位點(diǎn)切除，插入到靶位點(diǎn)，其中每一個(gè)核苷酸都被保留下來(lái)。入到靶位點(diǎn)，其中每一個(gè)核苷酸都被保留下