分子遺傳學(xué)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子

1、現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共34頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共34頁必需中間體必需中間體RNA參與的轉(zhuǎn)座參與的轉(zhuǎn)座(Transposition)是真核是真核 生物所獨(dú)生物所獨(dú)有。有。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（Retrosposon, retrotransposon): 以以RNA形式移動(dòng)的轉(zhuǎn)座子，形式移動(dòng)的轉(zhuǎn)座子，DNA元件轉(zhuǎn)錄成元件轉(zhuǎn)錄成RNA，再反轉(zhuǎn)，再反轉(zhuǎn)錄為錄為DNA, 然后插入基因組中某一新位點(diǎn)。然后插入基因組中某一新位點(diǎn)。 RNA依賴型轉(zhuǎn)座子范圍非常廣泛依賴型轉(zhuǎn)座子范圍非常廣泛 如：能自由地感染宿主細(xì)胞的反轉(zhuǎn)錄病毒自身；如：能自由地感染宿主細(xì)胞的反轉(zhuǎn)錄病毒自身； 以以RNA為中間體進(jìn)行轉(zhuǎn)座的

2、為中間體進(jìn)行轉(zhuǎn)座的DNA序列；序列； 以及本身不具有轉(zhuǎn)座能力的元件。以及本身不具有轉(zhuǎn)座能力的元件。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共34頁 反轉(zhuǎn)錄毒反轉(zhuǎn)錄毒（retrovirus）含有單鏈含有單鏈RNA基因組的兩份拷貝；基因組的兩份拷貝； 整合的原病毒是雙鏈整合的原病毒是雙鏈DNA序列；序列； 反轉(zhuǎn)錄病毒通過將其基因組反轉(zhuǎn)錄而產(chǎn)生原病毒；反轉(zhuǎn)錄病毒通過將其基因組反轉(zhuǎn)錄而產(chǎn)生原病毒； 負(fù)責(zé)將負(fù)責(zé)將RNA轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镈NA的酶是反轉(zhuǎn)錄酶的酶是反轉(zhuǎn)錄酶 (reverse transcriptase), 整合酶整合酶 (integrase) 負(fù)責(zé)將負(fù)責(zé)將DNA整合到宿整合到宿主基因組中，這兩種酶均由病毒基因組編碼

3、主基因組中，這兩種酶均由病毒基因組編碼; 反轉(zhuǎn)錄病毒生命周期包括轉(zhuǎn)座樣事件。反轉(zhuǎn)錄病毒生命周期包括轉(zhuǎn)座樣事件。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共34頁艾滋病病毒艾滋病病毒 (HIV) 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共34頁反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒示意圖反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒示意圖 (P295)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共34頁Retrovirus replication (The retrovirus life cycle p312)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共34頁 吸附于細(xì)胞表面的受體；吸附于細(xì)胞表面的受體； 核侵入宿主細(xì)胞；核侵入宿主細(xì)胞； 病毒病毒RNA轉(zhuǎn)錄為轉(zhuǎn)錄為DNA； 以以DNA為模板復(fù)制為模板復(fù)制DNA； 部分整合于宿主細(xì)胞部分

4、整合于宿主細(xì)胞DNA形成前病毒；形成前病毒； 前病毒利用宿主前病毒利用宿主RNA聚合酶合成病毒聚合酶合成病毒RNA； RNA再翻譯成蛋白質(zhì)；再翻譯成蛋白質(zhì)； 病毒粒的裝配；病毒粒的裝配； 病毒的出芽及包膜的形成。病毒的出芽及包膜的形成。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共34頁The reproductive cycles of retroviruses and retroposons involve alternation of reverse transcription from RNA to DNA with transcription from DNA to RNA. Only retroviru

5、ses can generate infectious particles. Retroposons are confined to an intracellular cycle.現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共34頁 The retrovirus life cycle involves transposition-like events reverse transcriptaseintegraseRNADNA RNA現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共34頁 典型的反轉(zhuǎn)錄病毒含有典型的反轉(zhuǎn)錄病毒含有3條基因：條基因：gag, pol, env ; 反轉(zhuǎn)錄病毒的編碼產(chǎn)物是多聚蛋白質(zhì)；反轉(zhuǎn)錄病毒的編碼產(chǎn)物是多聚蛋白質(zhì)；

6、 Gag和和Pol蛋白由基因組的全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄物翻譯而來；蛋白由基因組的全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄物翻譯而來； Pol蛋白的翻譯需要核糖體移碼；蛋白的翻譯需要核糖體移碼； Env由剪接過程產(chǎn)生的一種獨(dú)立的由剪接過程產(chǎn)生的一種獨(dú)立的mRNA翻譯而來；翻譯而來；三種蛋白質(zhì)產(chǎn)物的每一種都可由蛋白酶加工產(chǎn)生出多種三種蛋白質(zhì)產(chǎn)物的每一種都可由蛋白酶加工產(chǎn)生出多種蛋白蛋白;現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共34頁The genes of the retrovirus are expressed as polyproteins that are processed into individual products. 5%現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁

7、，共34頁反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒示意圖反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒示意圖 (P295)gaggaggagenvenvpolpolpol現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共34頁 病毒病毒RNA的每一個(gè)末端都有短重復(fù)序列的每一個(gè)末端都有短重復(fù)序列(R), 因而因而5和和3端分別稱為端分別稱為R-U5和和U3-R； tRNA引物結(jié)合到引物結(jié)合到5端的端的100200 bp位點(diǎn)后，反轉(zhuǎn)錄酶位點(diǎn)后，反轉(zhuǎn)錄酶開始合成負(fù)鏈開始合成負(fù)鏈DNA； 當(dāng)酶到達(dá)末端，當(dāng)酶到達(dá)末端，RNA的的5端就降解，接著露出端就降解，接著露出DNA產(chǎn)物的產(chǎn)物的3端；端； 暴露出的暴露出的3端與另一個(gè)端與另一個(gè)RNA基因組的基因組的3端配對(duì)；端配對(duì)； 合成繼續(xù)進(jìn)行

8、，其產(chǎn)物兩端都產(chǎn)生重復(fù)序列，重復(fù)結(jié)構(gòu)為合成繼續(xù)進(jìn)行，其產(chǎn)物兩端都產(chǎn)生重復(fù)序列，重復(fù)結(jié)構(gòu)為U3-R-U5； 當(dāng)反轉(zhuǎn)錄酶利用當(dāng)反轉(zhuǎn)錄酶利用DNA產(chǎn)物為模板合成互補(bǔ)鏈時(shí)，發(fā)生產(chǎn)物為模板合成互補(bǔ)鏈時(shí)，發(fā)生相似的鏈轉(zhuǎn)換相似的鏈轉(zhuǎn)換, 最終形成雙鏈最終形成雙鏈DNA?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共34頁Retroviral RNA ends in direct repeats (R), the free linear DNA ends in LTRs, and the provirus ends in LTRs that are shortened by two bases each. envenvenv現(xiàn)在學(xué)

9、習(xí)的是第十五頁，共34頁Minus strand DNA is generated by switching templates during reverse transcription. 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共34頁Synthesis of plus strand DNA requires a second jump. 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共34頁Minus strand DNA is generated by switching templates during reverse transcription. Synthesis of plus strand DNA requires a

10、 second jump. 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共34頁原病毒兩個(gè)末端的原病毒兩個(gè)末端的LTR是相同的，是相同的，U5的的3端由一個(gè)與端由一個(gè)與U3的的5端相關(guān)的短反向重復(fù)序列組成，端相關(guān)的短反向重復(fù)序列組成，LTR本身兩端是以短的本身兩端是以短的反向重復(fù)序列結(jié)尾。反向重復(fù)序列結(jié)尾。原病毒原病毒DNA在染色體上的組織與轉(zhuǎn)座子相同，在靶位點(diǎn)，原在染色體上的組織與轉(zhuǎn)座子相同，在靶位點(diǎn)，原病毒的兩側(cè)都有短的同向重復(fù)序列；病毒的兩側(cè)都有短的同向重復(fù)序列；線性線性DNA被反轉(zhuǎn)錄病毒的整合酶直接插入到宿主染色體被反轉(zhuǎn)錄病毒的整合酶直接插入到宿主染色體上；上；整合過程中反轉(zhuǎn)錄病毒序列的兩端各丟失整合過程中

11、反轉(zhuǎn)錄病毒序列的兩端各丟失2個(gè)堿基對(duì)。個(gè)堿基對(duì)。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共34頁Integrase is the only viral protein required for the integration reaction, in which each LTR loses 2 bp and is inserted between 46 bp repeats of target DNA. 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共34頁類病毒超家族類病毒超家族非病毒類超家族非病毒類超家族 普通類型普通類型Ty（酵母）（酵母）Copia（果蠅）（果蠅）LINESL1（哺乳動(dòng)物）（哺乳動(dòng)物）SINESB1/Alu（

12、哺乳動(dòng)物）（哺乳動(dòng)物）聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄成的假基因轉(zhuǎn)錄成的假基因 末端特性末端特性 長(zhǎng)末端重復(fù)長(zhǎng)末端重復(fù) 無重復(fù)無重復(fù) 靶位重復(fù)靶位重復(fù) 4-6 bp 4-6 bp 16-621 bp 16-621 bp 可讀框可讀框 反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶/ /整合酶整合酶 無無 組織組織 可能含內(nèi)含子可能含內(nèi)含子 無內(nèi)含子無內(nèi)含子現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共34頁Retroposons that are closely related to retroviruses have a similar organization, but LINES share only the reverse transcriptase

13、 activity.現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共34頁Retro-transposition of non-LTR elements occurs by nicking the target to provide a primer for cDNA synthesis on an RNA template. The arrowheads indicate 3 ends. For example, LINES do not have LTRs and require the retroposon to code for an endonuclease that generates a nick t

14、o prime reverse transcription Priming results from nicking現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共34頁 真核生物真核生物基因組基因組10-20%10-20%：編碼基因序列：編碼基因序列80-90%80-90%：各種重復(fù)序列：各種重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列散在重復(fù)序列散在重復(fù)序列短散在元件短散在元件長(zhǎng)散在元件長(zhǎng)散在元件加工的逆轉(zhuǎn)錄重復(fù)加工的逆轉(zhuǎn)錄重復(fù)6.7 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共34頁Four types of transposable elements constitute almost half of the human genome.

15、 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共34頁 1、反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在基因組中有什么作用？、反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在基因組中有什么作用？ 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共34頁 分散在真核生物基因組中的大量反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子構(gòu)成了基分散在真核生物基因組中的大量反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子構(gòu)成了基因組的不穩(wěn)定因素，可引起基因組序列的刪除、擴(kuò)增、因組的不穩(wěn)定因素，可引起基因組序列的刪除、擴(kuò)增、倒位、移位、斷裂、同源序列重組等現(xiàn)象。倒位、移位、斷裂、同源序列重組等現(xiàn)象。（1 1）如果插入到基因的）如果插入到基因的3 3，和和5 5，非翻譯區(qū)或內(nèi)含子非翻譯區(qū)或內(nèi)含子時(shí)可能會(huì)影響到基時(shí)可能會(huì)影響到基 因的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工及翻譯；因的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工及翻譯；

16、 （2 2）如果插入在基因上游的）如果插入在基因上游的調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)，其啟動(dòng)子和增強(qiáng)子可能使鄰近，其啟動(dòng)子和增強(qiáng)子可能使鄰近 沉默的基因得以表達(dá)；沉默的基因得以表達(dá)；（3 3）當(dāng)其插入到基因的）當(dāng)其插入到基因的編碼序列或啟動(dòng)子序列中編碼序列或啟動(dòng)子序列中時(shí)可能會(huì)造成基因時(shí)可能會(huì)造成基因 失活、基因活化及基因重排等現(xiàn)象。失活、基因活化及基因重排等現(xiàn)象?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共34頁 研究表明在生物進(jìn)化的過程中當(dāng)一定的外源刺激激活研究表明在生物進(jìn)化的過程中當(dāng)一定的外源刺激激活后，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子會(huì)經(jīng)過反轉(zhuǎn)座作用產(chǎn)生新的拷貝插入到新后，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子會(huì)經(jīng)過反轉(zhuǎn)座作用產(chǎn)生新的拷貝插入到新的位點(diǎn)，造成生物的遺

17、傳變異，在自然選擇和物種優(yōu)化中起的位點(diǎn)，造成生物的遺傳變異，在自然選擇和物種優(yōu)化中起著一定的作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是引起插入突變、生著一定的作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是引起插入突變、生物多樣性和重復(fù)序列產(chǎn)生的原因，也是基因組保持可塑性的物多樣性和重復(fù)序列產(chǎn)生的原因，也是基因組保持可塑性的原因。原因?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共34頁1、轉(zhuǎn)座子用于生物多樣性及遺傳連鎖分析2、利用轉(zhuǎn)座子鑒定功能基因3、植物性狀改良方面的應(yīng)用現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共34頁用于譜系中建立用于譜系中建立系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系 SINEsSINEs以其拷貝數(shù)多、廣布于整個(gè)真核基因組、以及其插入的獨(dú)立性和不可逆性以其

18、拷貝數(shù)多、廣布于整個(gè)真核基因組、以及其插入的獨(dú)立性和不可逆性等特點(diǎn)，已經(jīng)被用于動(dòng)物分類中；等特點(diǎn)，已經(jīng)被用于動(dòng)物分類中； OkadaOkada研究組首先從鮭魚基因組中分離并分析了研究組首先從鮭魚基因組中分離并分析了3 3個(gè)個(gè)SINESINE家族家族Sma FokSma Fok和和Hap,Hap,發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了SINESINE在鮭科魚類屬中間的特異分布。此后，以在鮭科魚類屬中間的特異分布。此后，以1212種鮭科魚類為種鮭科魚類為材料，分析材料，分析HapHap家族中的幾個(gè)亞家族，結(jié)果推論這家族中的幾個(gè)亞家族，結(jié)果推論這1212種鮭魚分為種鮭魚分為3 3支并重建支并重建了系統(tǒng)發(fā)生樹。通過了系統(tǒng)發(fā)生樹

19、。通過SINESINE拷貝數(shù)和特異核苷酸鑒別位點(diǎn)的分析，該研究組還拷貝數(shù)和特異核苷酸鑒別位點(diǎn)的分析，該研究組還討論了討論了SINESINE在鮭科魚類進(jìn)化史中的水平擴(kuò)增歷程，并據(jù)此重建了太平洋和大在鮭科魚類進(jìn)化史中的水平擴(kuò)增歷程，并據(jù)此重建了太平洋和大西洋鮭科魚類的系統(tǒng)發(fā)生樹。西洋鮭科魚類的系統(tǒng)發(fā)生樹。1 1、轉(zhuǎn)座子用于生物多樣性及遺傳連鎖分析、轉(zhuǎn)座子用于生物多樣性及遺傳連鎖分析現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共34頁 非非LTRLTR反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子也可作為分子標(biāo)記來分析物種及屬間反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子也可作為分子標(biāo)記來分析物種及屬間的的遺傳多樣性遺傳多樣性，Brassica SINEBrassica SINE元件用于元件用于CruciferaeCruciferae的遺傳的遺傳多樣性研究，并分析多樣性研究，并分析BrassicaBrassica栽培種和野生種間漸滲現(xiàn)象栽培種和野生種間漸滲現(xiàn)象的發(fā)生程度。的發(fā)生程度。 反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子分子標(biāo)記反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子分子標(biāo)記IRSPIRSP、REMAPREMAP、SSAPSSAP應(yīng)用于構(gòu)建遺傳圖應(yīng)