轉(zhuǎn)座子插入突變及轉(zhuǎn)座子應(yīng)用

1、轉(zhuǎn)座子的插入突變及轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子的插入突變及轉(zhuǎn)座子的應(yīng)用的應(yīng)用主講人主講人:巴金嬌巴金嬌 周振宇周振宇內(nèi)容提要內(nèi)容提要一、轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)一、轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)二、轉(zhuǎn)座子的分類二、轉(zhuǎn)座子的分類三、轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制三、轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制四、轉(zhuǎn)座子的應(yīng)用四、轉(zhuǎn)座子的應(yīng)用一、轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)一、轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn) 轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子（transponson,簡稱簡稱Tn）, 又稱易又稱易位子，是指存在于染色體位子，是指存在于染色體DNA上可以自主上可以自主復(fù)制和位移的一段復(fù)制和位移的一段DNA序列。序列。 轉(zhuǎn)座子可以在不同復(fù)制子之間轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)座子可以在不同復(fù)制子之間轉(zhuǎn)移，以非，以非正常重組方式從一個位點插入到另外一個正常重組方式從一

2、個位點插入到另外一個位點，對新位點基因的結(jié)構(gòu)與表達產(chǎn)生多位點，對新位點基因的結(jié)構(gòu)與表達產(chǎn)生多種遺傳效應(yīng)。種遺傳效應(yīng)。一、轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)一、轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn) 轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子是是1951年美國玉米遺傳育種學家年美國玉米遺傳育種學家Mcclintock最早發(fā)現(xiàn)的，是針對玉米籽粒最早發(fā)現(xiàn)的，是針對玉米籽粒中中色斑不穩(wěn)定現(xiàn)象色斑不穩(wěn)定現(xiàn)象而提出來的。而提出來的。 當時這是一個新概念，它突破了以往人們當時這是一個新概念，它突破了以往人們認為認為基因在染色體上的位置是固定不變基因在染色體上的位置是固定不變的的認識，所以一開始并不被大家接受，直到認識，所以一開始并不被大家接受，直到1967年在大腸桿菌年在大腸桿菌(E

3、coli)的半乳糖操縱的半乳糖操縱子研究中發(fā)現(xiàn)了這類子研究中發(fā)現(xiàn)了這類插入序列插入序列，才得以被，才得以被普遍認同。普遍認同。 一、轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)一、轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn) 現(xiàn)在的研究說明，在生物界中轉(zhuǎn)座子現(xiàn)在的研究說明，在生物界中轉(zhuǎn)座子 是普遍存在的，并認為在是普遍存在的，并認為在生物的遺傳生物的遺傳進化方面進化方面有重要作用。轉(zhuǎn)座子從一個有重要作用。轉(zhuǎn)座子從一個位置轉(zhuǎn)座到另一個位置的轉(zhuǎn)入和切出位置轉(zhuǎn)座到另一個位置的轉(zhuǎn)入和切出過程，改變了過程，改變了原有基因的結(jié)構(gòu)和排序，原有基因的結(jié)構(gòu)和排序，從而產(chǎn)生了突變從而產(chǎn)生了突變。 目前生物體中所發(fā)現(xiàn)的目前生物體中所發(fā)現(xiàn)的10的突變是的突變是由于它抑制其他基因的

4、表達而形成的。由于它抑制其他基因的表達而形成的。二、轉(zhuǎn)座子的分類二、轉(zhuǎn)座子的分類（一）簡單轉(zhuǎn)座子（插入序列，（一）簡單轉(zhuǎn)座子（插入序列，IS）結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征：1、含短的末端反向重復(fù)序列（、含短的末端反向重復(fù)序列（ 15-25bp）;2、含編碼轉(zhuǎn)座酶的基因、含編碼轉(zhuǎn)座酶的基因;3、靶位點存在、靶位點存在 5-9 bp 的短正向重復(fù)序列。的短正向重復(fù)序列。二、轉(zhuǎn)座子的分類二、轉(zhuǎn)座子的分類（二）復(fù)合轉(zhuǎn)座子（二）復(fù)合轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征：(1)(1)中間區(qū)域含編碼轉(zhuǎn)座酶以外的中間區(qū)域含編碼轉(zhuǎn)座酶以外的標記基因標記基因；(2)(2)兩端具有插入序列；兩端具有插入序列；(3)(3)兩末端是反向重復(fù)

5、序列；兩末端是反向重復(fù)序列；(4)(4)靶位點存在短正向重復(fù)序列。靶位點存在短正向重復(fù)序列。三、轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制三、轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制 據(jù)轉(zhuǎn)座子的移動機制，轉(zhuǎn)座可分為：據(jù)轉(zhuǎn)座子的移動機制，轉(zhuǎn)座可分為：（一）復(fù)制型轉(zhuǎn)座（一）復(fù)制型轉(zhuǎn)座（二）非復(fù)制型轉(zhuǎn)座（二）非復(fù)制型轉(zhuǎn)座 （一）非復(fù)（一）非復(fù)制型轉(zhuǎn)座制型轉(zhuǎn)座特征特征1、斷裂和重、斷裂和重接反應(yīng)使靶接反應(yīng)使靶重構(gòu)。重構(gòu)。2、供體保持、供體保持裂缺。裂缺。3、不形成、不形成共共整合體。整合體。（二）復(fù)制（二）復(fù)制型轉(zhuǎn)座型轉(zhuǎn)座四、轉(zhuǎn)座子的應(yīng)用四、轉(zhuǎn)座子的應(yīng)用v基因的標定基因的標定v構(gòu)建突變體庫構(gòu)建突變體庫v鑒別菌株及群體多樣性鑒別菌株及群體多樣性v生態(tài)環(huán)

6、境污染的生物修復(fù)生態(tài)環(huán)境污染的生物修復(fù) v轉(zhuǎn)基因生物的克隆轉(zhuǎn)基因生物的克隆1、基因的標定、基因的標定 所要分離和克隆的基因不同，在定所要分離和克隆的基因不同，在定位和標定時所用的方法也不同。若要獲位和標定時所用的方法也不同。若要獲得感興趣的得感興趣的己知目的基因己知目的基因，則采用，則采用目的目的誘變策略誘變策略，即用一個穩(wěn)定遺傳的隱性純，即用一個穩(wěn)定遺傳的隱性純合體與一個帶有活躍轉(zhuǎn)座子的顯性純合合體與一個帶有活躍轉(zhuǎn)座子的顯性純合體雜交，可以在體雜交，可以在F1代標定目的基因。代標定目的基因。 1、基因的標定、基因的標定 若要獲得引起新突變的若要獲得引起新突變的未知基因未知基因，則用則用隨機誘

7、變策略隨機誘變策略(非目的誘變非目的誘變)，即將，即將帶有功能性轉(zhuǎn)座因子的顯性純合系植株帶有功能性轉(zhuǎn)座因子的顯性純合系植株與不帶轉(zhuǎn)座因子的同種植株雜交，產(chǎn)生與不帶轉(zhuǎn)座因子的同種植株雜交，產(chǎn)生的的F1子代再自交，在子代再自交，在F2代中就可篩選到代中就可篩選到轉(zhuǎn)座子隨機插人引起突變表型的突變株，轉(zhuǎn)座子隨機插人引起突變表型的突變株，然后選擇感興趣的新突變株進行研究。然后選擇感興趣的新突變株進行研究。2、構(gòu)建突變體庫、構(gòu)建突變體庫n轉(zhuǎn)座子具有轉(zhuǎn)座子具有可選擇的抗性標記可選擇的抗性標記而容易在體而容易在體內(nèi)鑒定突變，經(jīng)轉(zhuǎn)座子誘變的突變子含有內(nèi)鑒定突變，經(jīng)轉(zhuǎn)座子誘變的突變子含有已知的已知的DNA片段，可

8、以通過轉(zhuǎn)座子序列的片段，可以通過轉(zhuǎn)座子序列的雜交來鑒定突變基因的位置，經(jīng)轉(zhuǎn)座子誘雜交來鑒定突變基因的位置，經(jīng)轉(zhuǎn)座子誘變的突變體具有變的突變體具有高度的極性高度的極性，使得被誘變，使得被誘變的基因以及同一操縱子內(nèi)的下游基因完全的基因以及同一操縱子內(nèi)的下游基因完全喪失功能。喪失功能。2、構(gòu)建突變體庫、構(gòu)建突變體庫n正因為以上轉(zhuǎn)座子的特征，轉(zhuǎn)座子才正因為以上轉(zhuǎn)座子的特征，轉(zhuǎn)座子才被廣泛應(yīng)用于構(gòu)建被廣泛應(yīng)用于構(gòu)建插入突變體庫插入突變體庫，現(xiàn)，現(xiàn)已成為研究基因功能的重要手段之一。已成為研究基因功能的重要手段之一。目前研究和應(yīng)用得較多的有目前研究和應(yīng)用得較多的有Tn10、Tn5、Tn3和和Mu噬菌體噬菌體

9、 。 3、鑒別菌株及群體多樣性、鑒別菌株及群體多樣性n轉(zhuǎn)座子通常限制性地分布于特定的真轉(zhuǎn)座子通常限制性地分布于特定的真菌菌株或群體中，可以作為特定菌株菌菌株或群體中，可以作為特定菌株的的診斷工具診斷工具，已用于絲狀真菌群體多，已用于絲狀真菌群體多樣性分析。在醫(yī)藥工業(yè)方面已用于樣性分析。在醫(yī)藥工業(yè)方面已用于有有益菌株的鑒別益菌株的鑒別， 在植物病理學方面已在植物病理學方面已用于用于鑒別特定的病原鑒別特定的病原 。 4、生態(tài)環(huán)境污染的生物修復(fù)、生態(tài)環(huán)境污染的生物修復(fù)n由于由于基因的可變性及轉(zhuǎn)座子的遺傳調(diào)基因的可變性及轉(zhuǎn)座子的遺傳調(diào)控控， 許多微生物能夠利用人工合成的許多微生物能夠利用人工合成的化學物質(zhì)，與微生物分解代謝相關(guān)的化學物質(zhì)，與微生物分解代謝相關(guān)的基因往往與插入元件相連。當環(huán)境污基因往往與插入元件相連。當環(huán)境污染時，轉(zhuǎn)座子染時，轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)移頻率提高轉(zhuǎn)移頻率提高，增加了，增加了微生物種群的生物降解潛力。微生物種群的生物降解潛力。 5、轉(zhuǎn)基因生物的克隆、轉(zhuǎn)基因生物的克隆n 在細胞工程中，在細胞工程中，轉(zhuǎn)座子可作為有力的工具轉(zhuǎn)座子可作為有力的工具和基因載體系統(tǒng)用于克隆轉(zhuǎn)基因生物和基因載體系統(tǒng)用于克隆轉(zhuǎn)基因生物?；；蚪M插入質(zhì)粒因組插入質(zhì)粒P因子已成功克隆轉(zhuǎn)基因果蠅。因子已成功克隆轉(zhuǎn)基因果蠅。通常認為，通常認為，轉(zhuǎn)座子的插入能引起新的突變轉(zhuǎn)座子的插入能引起新的突變體形成體形成，但