第十三章遺傳重組方式和轉(zhuǎn)座子的遺傳分

第十三章

遺傳重組方式和轉(zhuǎn)座子的遺傳分析教師：張光祥生物的遺傳重組概述同源性重組位點特異性重組轉(zhuǎn)座因子及其遺傳效應(yīng)拷貝選擇的重組方式簡介第一節(jié)、生物的遺傳重組概述一、遺傳重組的定義、類型1、定義：遺傳重組就是已有基因的重新組合或洗牌,其本質(zhì)就是DNA分子的重新組合、DNA序列的替換和拼接。2、自發(fā)的遺傳重組包括五種類型：自由組合：不同染色體上的基因之間的重新組合;同源重組：連鎖遺傳中講到的染色體交換;位點特異性重組：依靠一小段特定序列和特定的酶系統(tǒng)進行整合(插入)和切出(環(huán)出)過程。轉(zhuǎn)座：不依賴于同源序列，而是借助于特定重復(fù)序列形成的DNA拓撲結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)座酶的參與下通過DNA鏈的切割與重新連接，以此實現(xiàn)DNA片斷的位置轉(zhuǎn)移；拷貝選擇:病毒在以RNA為模板合成DNA時,如果模板鏈與其它RNA單鏈分子有局部靠近,DNA聚合酶（逆轉(zhuǎn)錄酶）具有從一條模板鏈轉(zhuǎn)換到另一條鏈上并在新的模板鏈上繼續(xù)轉(zhuǎn)錄合成DNA的能力。由此可從病毒的兩種變體RNA序列產(chǎn)生一個新的病毒變體。自由組合和同源重組主要通過有性生殖實現(xiàn)。有性生殖和無性繁殖兩種方式，哪一種對生物更有利？3、遺傳重組與有性生殖的關(guān)系英國羅斯林研究所1997年2月22日宣布用體細胞克隆綿羊獲得成功，克隆綿羊“多利”成為動物界最耀眼的“明星”，在世界上引起巨大震動；美國Clonaid公司02年12月26日宣布，人類首個克隆嬰兒于當晚降生，引起世界范圍的極大關(guān)注和對克隆人的激烈爭論。有兩個理由讓物種應(yīng)該青睞無性生殖。首先，在為資源進行的斗爭中，無性生殖物種能輕易地戰(zhàn)勝有性生殖物種。其次,精子和卵子僅包含了雙親各方一半的基因,有性生殖的生物個體只能將自身50%的基因傳遞給下一代。無性生殖卻可達到100%的傳遞率。一個自稱“無性族”(asexual)追風族群悄然出現(xiàn),討論無性生活的網(wǎng)站也急劇增加,在歐美日一度成為時常。然而，有性生殖的最大優(yōu)越性就是基因重組。二、基因重組的生物學意義如果沒有遺傳重組,每個染色體中的基因都會永遠固定在一起同生死、共命運。然而,基因突變總是不可避免的,且一般是有害的,遲早會有一些突變基因是害群之馬,使整個染色體都不能傳遞下去。即使突變基因的有害程度有限,久而久之也會量變到質(zhì)變,危及到個體的生存與繁殖能力?；蛑亟M意義可歸結(jié)到一個“變”字,具體有三條:1、打破連鎖：能夠使有害突變與緊密連鎖的有利突變或重要基因分開，從而提供了淘汰有害突變和不良基因、積累有利基因的機會。2、保持和發(fā)揮種群內(nèi)遺傳多樣性遺傳多樣性使得種群內(nèi)具有各種各樣的個體特征特性，但總體來說都是與其生態(tài)環(huán)境相適應(yīng)的。通過遺傳重組可以產(chǎn)生個體特征特性更加豐富多彩的子代群體，為適應(yīng)環(huán)境變化提供了更多機遇；3、有可能產(chǎn)生新的表型變異類型通過基因重組還可能因為連鎖關(guān)系的改變等原因，產(chǎn)生出基因位置效應(yīng)，進而出現(xiàn)新的表型變異類型。如果沒有遺傳重組，個體類型就固定下來，在自然選擇的作用下就會逐漸單一化，以不變應(yīng)萬變是不能長期堅持的。很多在當前環(huán)境條下的不利隱性基因也失去了在環(huán)境條件發(fā)生變化后顯露生手的機會。2008年8月還有大量的遺傳現(xiàn)象仍是未解之謎，其中有不少與基因重組有關(guān)。比如：Y染色體上有無足夠的基因重組行為？基因重組的前提是要有兩份拷貝同時出現(xiàn)在一個細胞內(nèi)，Y染色體上的基因有這種機會嗎？請關(guān)注有關(guān)Y染色體的嚴肅研究。病毒新變種的出現(xiàn)究竟有哪些具體模式？是否還有不為人知的機制？基因組重排、染色體結(jié)構(gòu)的演化又有哪些具體模式？是否還有不為人知的機制？其中，病毒起到了哪些具體作用？體細胞重組的分子機制與特點也知之甚少。轉(zhuǎn)座子、病毒、附加體、胞質(zhì)基因組等的重組行為？三、研究基因重組的意義1、人類對基因重組機制的認識還十分膚淺2008年8月2、研究基因重組有利于更加深入地了解復(fù)雜的生物學現(xiàn)象對基因重組問題缺乏了解→困惑難除→荒唐迷思比如X和Y染色體之間不能像一對同源染色體一樣進行頻繁而有效的交換重組。況且，為了產(chǎn)生大量的雄配子，雄性生殖細胞的分裂和DNA的復(fù)制更為頻繁。而大多數(shù)突變的發(fā)生就與DNA鏈的復(fù)制等暴露機會有關(guān)。所以有人估計，在大概5000代也就是12.5萬年后，男人的生殖能力將大約只有現(xiàn)在的1％，最終，男性將不再具有自然生育能力。2005年4月還出版了一本書《亞當?shù)脑{咒：沒有男人的未來》，書中對男人和他們脆弱的Y染色體作了悲觀的評述。為此，還有人提出了一個將男性從人類生殖的程序中排除出去的所謂解決方案，就是通過兩個卵子的結(jié)合來生殖，使人類成為只有一種性別的女兒國世界。嚴肅的科學研究有助于化解偽科學問題的困擾。第二節(jié)、同源性重組一、同源性重組(homologousrecombination)概述概念、特點、對等互換式和單向置換式；發(fā)生同源性重組的三個基本條件。二、真核生物的同源重組Holliday模型、基因轉(zhuǎn)換、Meselson-Radding模型簡介體細胞重組三、細菌的同源重組細菌部分合子中的重組過程細菌整合外源轉(zhuǎn)化DNA的基本特點與可能機制2008年8月一、同源性重組概述1、概念：兩個同源DNA分子或區(qū)段經(jīng)聯(lián)會和交換而實現(xiàn)的交換重組，即普遍性重組（generalizedrecombination）。2、同源性重組的兩個特點：（1）、DNA聯(lián)會和重組無嚴格的堿基序列特異性，兩條DNA只要有足夠長的同源區(qū)（序列相同或接近），重組就可在同源聯(lián)會區(qū)的任何一點發(fā)生?；蚪M內(nèi)的重復(fù)序列→不對稱聯(lián)會→重復(fù)、缺失等;遠緣雜交子代→同源聯(lián)會→交換重組→代換系；基因搶、微注射等引入的外源DNA→同源重組→整合。（2）、至少涉及聯(lián)會處一個DNA片段的斷裂過程。因此,許多DNA損傷的因素均可促進同源重組的發(fā)生。3、同源性重組的兩種類型（1）、雙向重組：一次重組可產(chǎn)生兩個重組子；減數(shù)分裂時，同源染色體聯(lián)會保證了高頻率的雙向重組。（2）、單向重組：一次重組僅產(chǎn)生一個重組子；轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導、接合、性導和某些病毒的重組等均屬同源重組，但在部分合子中進行,不是遺傳物質(zhì)的對等互換,僅受體發(fā)生重組,因而它們是單向置換式同源性重組。2008年8月4、發(fā)生生同源重重組的三三個基本本條件兩個DNA分子子的同源源區(qū)必須須進行同同源聯(lián)會會(synapsis)。同源區(qū)越越長越有有利，同同源區(qū)太太短，越越難于發(fā)發(fā)生重組組。GGggggGGggGGGGggGGggggGGggggGGGG比如糞盤菌屬的糞生糞殼菌子囊孢子,G黑,g白：GgGgGggGGggGMII分離ggggGGGGGGGGggggMI分離大腸桿菌菌：活體體重組至至少要有有20-40bp同源源區(qū)；與與l噬菌體或或質(zhì)粒重重組要求求313bp同同源區(qū)。?？莶輻U桿菌基因因組與質(zhì)質(zhì)粒重組組需要的的370bp同同源區(qū)。。哺乳動動物：150bp以上上同源區(qū)區(qū)。除了同源源性要求求外，還還需要特特定蛋白白質(zhì)或酶酶的參與與。2008年8月月5、同源源重組的的基本過過程DNA雙螺旋配對在兩條同源鏈對應(yīng)部位切開自由末端交換連接連接缺口處未實現(xiàn)重組連接并完成重組分支遷移拆分后的狀況切開兩條互換單鏈形成局部異源雙鏈拆分方式1在分支所在位置切開另外兩條鏈拆分方式2分支遷移移可向左左或向右右;遷移移距離少少則幾十十、上百百bp,多則可可到2kb左右右；分支遷移移后的拆拆分可看看作一修修復(fù)過程程:切切開兩條條單鏈兩條雙螺螺旋被拆拆分連接酶封封連缺口口。2008年8月月二、真核核生物的的同源性性重組真核生物物的染色色質(zhì)狀態(tài)態(tài)對重組組影響，，比如異異染色質(zhì)質(zhì)及其附附近區(qū)域域就很少少發(fā)生重重組。盡管兩條條DNA分分子間的的同源聯(lián)聯(lián)會和同同源性重重組沒有有嚴格的的堿基序序列特異異性，但但也存在重重組熱點點，即某某類序列列發(fā)生重重組的概概率高于于其他序序列。真核生物物的同源性重重組除了了對等互互換以外外，也有有單向重重組，如如基因組組與外源源DNA片斷、、環(huán)狀DNA小小分子(載體)等的同同源性重重組。HollidayR為了了解釋對對等互換換式同源源性重組組的發(fā)生生過程，，于1964年年提出了了Holliday模模型。Meselson-Radding為了了解釋單單向置換換式同源源性重組組的發(fā)生生過程，，于1975年提提出Meselson-Radding模型。。2008年8月月拆分方式1拆分方式21、Holliday模型型ABabABabABabABab切開ABab侵入ABab連接ABab分支遷移ABab交叉橋結(jié)構(gòu)Holliday中間體ABba旋轉(zhuǎn)變構(gòu)ABbaABab拆分結(jié)果連接ABbaABab拆分結(jié)果ABab連接2、基因因轉(zhuǎn)換(Geneconversion)⑴、交換換重組例例外情況況的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)糞生糞殼菌子囊孢子:G黑,g白。MI分離ggggGGGGGGGGggggGg但是,1962年Kitani等在觀察MI型和MII型子囊總共達127000個的同時,還發(fā)現(xiàn)了少數(shù)例外。發(fā)生頻率比突變高得多。GGggGGGG2:6型13個6:2型98個ggggGGggGGgggGGG3:5型20個GgggGGgg5:3型108個gGg/GG/gMⅡ分離ggGGGGggGGggggGGGGggggGGggggGGGGgG⑵、對異異常子囊囊現(xiàn)象的的解釋同源染色色體聯(lián)會會時,一一個等等位基因因轉(zhuǎn)變成成了另一一等位基基因,或或被非非姊妹染染色單體體的那個個等位基基因置換換了。GggGGggGGggGGggGg+ggGGggGGgggggggggggggg2:6++GGggGGGGGGggGGGGgg++++++6:2GGgggGGGGggGGgGGggg+++++5:3GgggGGggGgggGGggggggg3:5+++GggGGggGggGGggGG異常4:4g++++gggg+gg+gg+++++g+/g+g+/gg++/gg+/g⑶、異常常子囊的的產(chǎn)生機機制等位基因B

G等位基因bACT異常的4:4Gg交換發(fā)生生在某個個基因的的內(nèi)部時時，按照照Holliday模模型，在在交換發(fā)發(fā)生部位位將產(chǎn)生生異源雙雙鏈區(qū)。。異源雙鏈鏈區(qū)通常常會及時時得到修修復(fù)。5+:3-3+:5-6+:2-2+:6-親本型4:43、單向向置換式式重組Holliday模型型不僅解解釋了非非姊妹染染色單體體間的互互換，也也解釋了了偶爾出出現(xiàn)的不不均等分分離現(xiàn)象象(基基因轉(zhuǎn)變變現(xiàn)象)。⑴.單單鏈切切斷⑵.合合成新新鏈置換換舊鏈⑶.單單鏈入入侵，新新鏈繼續(xù)續(xù)合成⑷.泡泡切除除、不對對稱異源源雙鏈區(qū)區(qū)⑸.鏈鏈同化化連接（（碎鏈吸吸收）⑹.異異構(gòu)化化形成Holliday結(jié)構(gòu)構(gòu)⑺.分分支遷遷移。然而，對對于單向向的不對對稱重組組現(xiàn)象，，Meselson-Radding于1975年提提出置換換式重組組模型：：⑴.⑵.⑶.⑷.⑸.⑹.⑺.2008年8月月4、體細細胞交換換重組發(fā)生在有有絲分裂裂過程中中的非姊姊妹染色色單體互互換叫體體細胞交交換(somaticcrossingover)或或有絲分分裂交換換(mitoticcrossingover)。但是，CurtStern1936年首次次發(fā)現(xiàn)，，個別雌雌果蠅雜雜合體身身上出現(xiàn)現(xiàn)了黃斑、焦剛毛斑斑，以及焦焦剛毛斑斑與黃斑斑相連的的孿生斑。yy+++su果蠅有灰體(y+)對黃體(y)、直剛毛(su+)對焦剛毛(sn)兩對性狀，兩對基因都位于X染色體上?！痢齳++suy+這兩對基因的雌果蠅雜合體應(yīng)該表現(xiàn)為灰體長直剛毛。進一步研研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，這些些斑塊是是在個體體生長過過程中體體細胞內(nèi)內(nèi)發(fā)生了了非姊妹染染色單體體交換的的結(jié)果。。2008年8月月果蠅體細細胞交換換×yy+++suy++suysusu++y++全部體細胞未交換野生型y++suysusu++y++++ysu+ysu+單個黃斑suy+++ysu+y++susu+y++ysu+孿生斑y++suysu++suy++su++y+ysu+單個焦剛毛斑→♂F1y+y++su♀F1黃體直剛毛野生型2008年8月月三、細菌菌的同源源重組細菌的的同源源重組組包括括：部分合合子中中的重重組過過程結(jié)合、、轉(zhuǎn)導導、性性導等等形成成部分分合子子轉(zhuǎn)化等等導入入的外外源DNA的重重組過過程F+→Hfr2008年年8月月1、細細菌部部分合合子中中的重重組過過程⑶.Holliday結(jié)結(jié)構(gòu)的的動態(tài)態(tài)變化化；⑴.

RecB、RecC、RecD和核酸酶構(gòu)成復(fù)合體RecBCD；RecBCD在聯(lián)會的兩DNA上識別chi位點(GCTGGTGG),然后各切斷一條單鏈。E.coli基因組內(nèi)約4kb有一chi位點⑵.RecA蛋白結(jié)合到單鏈DNA上，激活其重組活性；兩條斷開的單鏈5`-端被RecA包裹成起來，交換位置后重新連接，形成“交叉”或四分枝樣的Holliday結(jié)構(gòu)。交叉點點向前前或向向后滑滑動動動相當當一段段距離離(即即分枝枝遷移移),形成局局部異異源雙雙鏈區(qū)區(qū),同同時時產(chǎn)生生一定定的正正超螺螺旋扭扭力;Holliday結(jié)結(jié)構(gòu)能能夠通通過旋旋轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)生立立體異異構(gòu)，，使““橋””鏈(即連連接兩兩條螺螺旋的的交叉叉部分分)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉椤巴馔獠俊薄辨?。。?將變構(gòu)構(gòu)后的的“外外部””鏈切切開兩條螺螺旋被被拆分分連接酶酶封連連缺口口。2008年年8月月2、細細菌部部分合合子同同源重重組示示意圖圖chi位點點：GCTGGTGG3、細細菌外外源轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化DNA的整整合⑴.基基本本特點點整合(重組組)就就是指指單鏈鏈的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化DNA與受受體DNA對應(yīng)應(yīng)位點點進行行置換換，穩(wěn)穩(wěn)定地地進入入到受受體基基因組組DNA中中。整合(重組組)對對同源源DNA具具有特特異性性。對于異異源DNA，視視親緣緣關(guān)系系遠近近也可可發(fā)生生不同同頻率率整合合。2008年年8月月⑵、細細菌遺遺傳轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化的的可能能方式式2008年年8月月第三節(jié)節(jié)、位位點特特異性性重組組一、位點特特異性性重組組的概概念位點特特異性性重組組依賴賴于不不同DNA雙螺螺旋之之間很很短（（幾個個至十十幾個個bp）的的特定定同源源序列列的。。這種種特定定的序序列實實質(zhì)就就是能能發(fā)動動位點點特異異性重重組的的酶進進行識識別與與結(jié)合合的位位點。。位點特異性性重組的結(jié)結(jié)果是不同同DNA分分子間的合合并（如一一個序列插插入另一序序列中）或或重排。位點特異性性重組是一一類廣泛存存在的DNA重組方方式，如噬噬菌體的溶溶源性反應(yīng)應(yīng)、一些病病毒在宿主主基因組上上的整合、、一些基因因在DNA水平上的的表達調(diào)控控、抗體多多樣性的產(chǎn)產(chǎn)生等。2008年年8月二、l噬菌體的位位點特異性性重組1.噬菌菌體的位點點特異性重重組，是指指噬菌體體基因組整整合到宿主主菌基因組組上成為原原噬菌體的的過程，也也包括原噬噬菌體從宿宿主菌基因因組上獨立立出來的過過程。l噬菌體的基因組通過att位點整合到細菌染色體，這是一種典型的位點特異性重組過程。2.噬菌體的位點特異性重組顯然并不包括兩個噬菌體DNA分子間的重組。red

crocIIOpOri噬菌體顆粒的形成

頭部尾部b2區(qū)與存活無關(guān)

免疫調(diào)控溶源/裂解復(fù)制晚期控制裂解AWBCDENu3F1F2ZUVGTHMLKIJ

intxisexo

CIIINcIQSR全長48502

bp

整合.切除與重組Nulatt噬菌體的附著區(qū)3、噬菌體att位點點的結(jié)構(gòu)⑴.l噬菌體的att位點點叫attP。通過過缺失實驗驗證明，attP至至少要約250bp長，太短短將使其功功能喪失。。attP可繞在整整合酶分子子的周圍，，類似核小小體的結(jié)構(gòu)構(gòu)。⑵.E.coli的att位位點叫attB，約約23bp長即有功功能。⑶.attB和和attP有有一個相同同的15bp核心序序列，用ＯＯ表示。ＯＯ在中間,兩側(cè)的序序列稱為臂臂。(-GCTTTTTTATACTAA-)⑷.attB的的兩個臂分分別是B和和B’，attB的的結(jié)構(gòu)記為為BOB`。attP的兩兩個臂分別別是P和P’，attP的結(jié)結(jié)構(gòu)記為POP`。。體外實驗使使用四種成成份的混合合物：純的的整合酶；；IHF；；鎂離子；；噬菌體DNA（具具有att和COS末端序列列）。–160–140–120–100–80–60–40–20020406080PP’GTTCAGCTTTTTTATACTAAGTTGGCAAGTCGAAAAAATATGATTCAACC2008年年8月4、l噬菌體的整整合噬菌體在宿宿主基因組組上的整合合過程通過過專一性識識別att位點核心心序列的整合酶（Int）進行。⑷.整合是非可逆反應(yīng)。⑴.對核心序列列具有強烈烈親和力的的Int識識別attB和attP，，并與核心序列結(jié)合；⑵.Int的拓撲異異構(gòu)酶活性性使兩條雙雙鏈都斷開開一條單鏈鏈，瞬間旋旋轉(zhuǎn)后交換換連接，形形成Holliday中間體體；⑶.在另兩兩條單鏈之之間發(fā)生同同樣的“切切開—連接接”過程，，從而完成成雙鏈間的的重組。–160–140–120–100–80–60–40–20020406080PP’GTTCAGCTTTTTTATACTAAGTTGGCAAGTCGAAAAAATATGATTCAACCInt識別序列5、l噬菌體的切切離⑴.原病毒毒兩側(cè)各有有一個雜種種att位位點,左側(cè)側(cè)由BOP’組成,叫attL；右側(cè)側(cè)由POB’組成,叫attR。⑵.切離過過程識別attL和和attR，還需要要整合酶(Int)、整合宿宿主因子(IHF)和切除酶酶(Xis)參與。。⑶.切離也也是非可逆逆反應(yīng)。⑸.整合過過程需宿主主輔助因子子IHF的的配合。每一次整合合的重組過過程需要20－40個整合酶酶分子和約約70個IHF分子子。說明這這兩種蛋白白不僅僅是是酶(起催催化作用)，而且在在形成某種種復(fù)合物結(jié)結(jié)構(gòu)中起著著重要作用用。2008年年8月三、RNA病毒在宿宿主基因組組上的整合合反轉(zhuǎn)錄病毒毒的復(fù)制需需要利用宿宿主細胞的的很多資源源，包括DNA復(fù)制制系統(tǒng)的利利用。所以以病毒具有有反轉(zhuǎn)錄酶酶基因，將將自身RNA反轉(zhuǎn)錄錄成cDNA。病毒基因組組cDNA有兩個去去向，一是是不斷大量量復(fù)制并表表達外殼蛋蛋白，然后后包裝和釋釋放；二是是整合到宿宿主基因組組內(nèi)。病毒編碼的的整合酶可可特異地識識別反轉(zhuǎn)錄錄病毒cDNA的長長末端重復(fù)復(fù)序列(longterminalrepeat,LTR)，然后后完成整合合。RNA病毒毒在宿主基基因組上的的整合過程程也屬于位位點特異性性重組。2008年年8月四、細菌的的特異位點點重組舉例例沙門氏菌H片段倒位位決定鞭毛毛相轉(zhuǎn)變：：H片斷hixrH1hinPPH2PH2hixH2鞭毛蛋白H片斷hixrH1hinPPH2PH2hixHinH2鞭毛蛋白阻遏蛋白hix為反向重復(fù)復(fù)序列，它它們之間的的H片段可可在Hin控制下進進行特異位位點重組（（倒位）。。H片段上上有兩個啟啟動子P,其一驅(qū)動hin基因表達，，另一正向向時驅(qū)動H2和rH1基因表達，，倒位時H2和rH1不表達。rH1為H1的阻遏蛋白白基因。2008年年8月五、免疫球球蛋白基因因的位點特特異性重排排重鏈(IgH)基因因的V-D-J重排排和輕鏈(IgL)基因的V-J重排排均發(fā)生在在特異位點點上。在V片段的下下游，J片片段的上游游以及D片片段的兩側(cè)側(cè)均存在保保守的重組組信號序列列(recombinationsignalsequence,RSS)。CACAGTG(12/23)ACAAAAACCGTGTCAC(12/23)TGTTTTTGG重組信號序列RSS輕鏈的基因片段：重鏈的基因片段：LVJCLV

D

JC此重排的重重組酶基因因rag(recombinationactivatinggene)共有兩個個，分別產(chǎn)產(chǎn)生蛋白質(zhì)質(zhì)RAG1和RAG2。V片段J片段RSSRSS間隔DNA單鏈切開RAG1RAG2OHOH分子內(nèi)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)轉(zhuǎn)移核苷酸修復(fù)、連接V片段J片段2008年年8月第四節(jié)、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座因子及及其遺傳效效應(yīng)基因組是相相對穩(wěn)定的的，各種序序列通常處處于相對恒恒定的位置置。因此，，可以通過過遺傳圖標標示基因的的基因座。。一、轉(zhuǎn)座因因子的概要要1、概念：：轉(zhuǎn)座因子(transposablefactor)是基因組內(nèi)有有明確界限限、不必借借助噬菌體體或質(zhì)粒就就可從一個個部位直接接轉(zhuǎn)移到另另一個部位位的DNA序列,這個過程程稱為轉(zhuǎn)座座或轉(zhuǎn)座作作用(transposition)。轉(zhuǎn)座因因子又叫轉(zhuǎn)位元、可轉(zhuǎn)座元件件(transposableelement)等。轉(zhuǎn)座因子的的三種類型型：插入因子轉(zhuǎn)座子(transposon)即復(fù)合型型可轉(zhuǎn)座因因子病毒型轉(zhuǎn)座座因子，包包括可轉(zhuǎn)座座噬菌體（（transposablephage）。2008年年8月2、轉(zhuǎn)座因因子的特點點⑴.轉(zhuǎn)座子子每次移動動都帶著轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座必需的的基因一起起躍遷,所所以轉(zhuǎn)座子子又稱跳躍躍基因(jumpinggene)。⑵.轉(zhuǎn)座的的發(fā)生無需轉(zhuǎn)座子子和靶位點點之間的序序列同源性性。⑶.轉(zhuǎn)座發(fā)發(fā)生頻率通通常很低,而且轉(zhuǎn)座座插入點是是隨機的。。⑷.各各種種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座子子的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座皆皆需需轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座酶酶(transposase)。。⑸.轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座子子兩兩端端都都有有重重復(fù)復(fù)序序列列，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座需需要要識識別別靶靶序序列列。。2008年年8月月3、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座子子的的發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)轉(zhuǎn)座座元元件件首首先先由由BarbaraMcClintock于于40年年代代在在玉玉米米的的遺遺傳傳研研究究中中發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)的的，，她她稱稱之之為為控控制制元元件件（（controllingelement）），，因因為為它它不不僅僅能能夠夠在在基基因因組組內(nèi)內(nèi)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移，，而而且且還還能能夠夠改改變變基基因因的的活活性性并并引引起起功功能能的的改改變變?！，F(xiàn)在在認認為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座子子存存在在于于地地球球上上所所有有的的生生物物。。轉(zhuǎn)座座子子的的擴擴增增可可能能通通過過產(chǎn)產(chǎn)生生有有害害的的結(jié)結(jié)果果而而得得到到平平衡衡。。2008年年8月月二、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座因因子子的的簡簡介介1、、IS因因子子（insertionsequences））IS是是最最簡簡單單的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座因因子子。。IS元元件件是是細細菌菌染染色色體體和和質(zhì)質(zhì)粒粒的的正正常常組組成成部部分分。。最最早早被被鑒鑒定定的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座元元件件是是細細菌菌操操縱縱子子中中的的自自主主插插入入序序列列。。166bp166bpAATCACCCTTCCACGCTTATTC……GAATAAGCGTGGAAGGCCAATCTTAGTGGGAAGGTGCGAATAAG……CTTATTCGCACCTTCCGGTTAG插入的IS因子IS5IS元元件件是是獨獨立立的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)單單位位，，每每個個元元件件只只編編碼碼為為自自身身轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座所所需需要要的的蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)：：轉(zhuǎn)座座酶酶。IS元元件件的的末末端端為為短的的反反向向末末端端重重復(fù)復(fù)序序列列（invertedterminalrepeats）），，通通常常這這兩兩個個拷拷貝貝密密切切相相關(guān)關(guān)，，但但并并不不完完全全一一樣樣。。24bp700～2000bp24bpIR轉(zhuǎn)座酶基因IR基因組中IS因子在插入部位識別的DNA靶序列：YGGGTTTAGTGGTTACCCAAATCACCAA轉(zhuǎn)座后靶部位變成兩個正向重復(fù)序列。2、、復(fù)復(fù)合合型型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座因因子子：：轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座子子轉(zhuǎn)座座子子是是兩兩端端各各有有一一個個IS，，帶帶有有藥藥物物抗抗性性等等基基因因的的可可轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移序序列列。。左左邊邊的的IS叫叫左左臂臂(L),右右邊邊的的IS叫叫右右臂臂(R)。。L和和R有有些些是是相相同同的的，，有有些些是是不不同同的的；；有有些些轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座子子的的兩兩個個IS都都有有編編碼碼功功能能，，有有的的僅僅一一個個IS具具有有編編碼碼功功能能。。轉(zhuǎn)座酶轉(zhuǎn)座酶抗生素抗性基因、毒素基因等IS模體IS模體轉(zhuǎn)座酶轉(zhuǎn)座酶抗生素抗性基因、毒素基因等IS模體IS模體IR轉(zhuǎn)座酶基因IRIS轉(zhuǎn)座酶IRIR轉(zhuǎn)座酶IRIRtet-R基因Tn10四環(huán)素抗性基因b-內(nèi)酰胺酶阻遏蛋白轉(zhuǎn)座酶基因IRIRTn3復(fù)合合型型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座子子隨隨著著中中央央序序列列的的增增長長,轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座的的頻頻率率降降低低。。3、、真真核核生生物物的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座因因子子果蠅蠅的的卡卡巴巴粒粒是是研研究究得得最最清清楚楚的的。。全全長長約約5kb，，兩兩端端各各有有一一個個276bp的的正正向向末末端端重重復(fù)復(fù)，，每每個個末末端端重重復(fù)復(fù)的的兩兩端端又又各各有有一一個個反反向向重重復(fù)復(fù)序序列列。?？ò驮R別別基因組DNA內(nèi)的一種種5bp靶序序列,并在此此插入。在卡卡巴家族內(nèi)成成員之間的差差異很小,具具有差異的核核苷酸數(shù)小于于5%卡巴內(nèi)只有一一個4227bp的讀碼碼框?？ò驮诩毎牡目截悢?shù)因果果蠅品系不同同而異，變化化在20至60之間。⑴、果蠅的三三種可轉(zhuǎn)座因因子的結(jié)構(gòu)特特征比較2008年8月⑵、玉米C座座位的轉(zhuǎn)座子子插入突變真核生物的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座因子無論論結(jié)構(gòu)還是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座活動都要要復(fù)雜一些，，也常常引起起插入突變。。玉米籽粒色色斑、果蠅復(fù)復(fù)眼顏色變異異、啤酒酵母母接合型轉(zhuǎn)換換等，都與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座因子在染染色體上的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座有關(guān)。玉米上除了Ac–Ds系系統(tǒng)外，Spm轉(zhuǎn)座因子子也包括自主主轉(zhuǎn)座因子和和非自主轉(zhuǎn)座座因子兩個組組成部分。玉米C座位的轉(zhuǎn)座子插入突變圖解顯性基因C→→有色糊粉層層Ds因子插入入C座，使其其突變?yōu)閏-m，糊粉層層無色編碼轉(zhuǎn)座酶的的Ac存在時時，可引起Ds在某些細細胞內(nèi)轉(zhuǎn)座，，產(chǎn)生回復(fù)突突變，結(jié)果使使整個籽粒呈呈現(xiàn)出在無色色背景下散布布著有色斑點點。4、病毒型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座因子⑴、可轉(zhuǎn)座的的噬菌體：Mu噬菌體是是大腸桿菌的的溫和噬菌體體，溶源化后后，能起到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座子的作用用。和轉(zhuǎn)座子子一樣，它也也含有與轉(zhuǎn)座座有關(guān)的基因因和反向重復(fù)復(fù)序列。攜帶帶有tnpA、tnpB基因，末端端有E.coliDNA,近近鄰類似IS序列，具有有高頻的轉(zhuǎn)座座作用。轉(zhuǎn)位時復(fù)制宿宿主靶位點4～15bp的小小段DNA形形成兩端的正正向重復(fù)序列列(轉(zhuǎn)座子的特點點)。Mu能夠整合合進寄主染色色體，催化一一系列染色體體重新排列。。2008年8月⑵、真核生生物中的反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子子（Retrotransposon）又叫反轉(zhuǎn)錄子（Retroposon）?；蚪MDNA上的反轉(zhuǎn)錄子↓轉(zhuǎn)錄RNA反轉(zhuǎn)錄DNA插入到基因組的其他座位上↓↓轉(zhuǎn)座最大的特點是是：通過轉(zhuǎn)錄成RNA后再反反轉(zhuǎn)錄成DNA的過程產(chǎn)產(chǎn)生一個游離離于基因組DNA的反轉(zhuǎn)錄子拷貝。所以，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座是經(jīng)RNA介導的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座過程。必必須經(jīng)過RNA中間體體的轉(zhuǎn)座過程是是真核生物所所特有的。反轉(zhuǎn)錄子廣泛泛存在于真核核生物中，其其序列結(jié)構(gòu)與與反轉(zhuǎn)錄病毒毒的原病毒具具有非常相似似的一般結(jié)構(gòu)構(gòu)特征。在高等生物的的基因組DNA中有很多多不活躍的反反轉(zhuǎn)錄子序列列，有些具有有大量拷貝。。很可能是曾曾經(jīng)發(fā)生RNA介導的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座事件或原原病毒留下來來的。2008年8月反轉(zhuǎn)錄子及反反轉(zhuǎn)錄病毒的的生活周期比比較LTRisanabbreviationforlong-terminalrepeat.Reproductivecyclesofretrovirusesandretroposons.Onlyretrovirusescangenerateinfectiousparticles.Retroposonsareconfinedtoanintracellularcycle2008年8月酵母的Ty轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座元件就是是一種反轉(zhuǎn)座座子Ty是transposonyeast的的縮寫。Ty的轉(zhuǎn)座頻率率大大低于細細菌的轉(zhuǎn)座子子。典型的Ty元件有6.3k，其其中兩端各有有一個330bp的正向向重復(fù)序列叫叫(delta)。Ty元件件包含兩個讀讀碼框(下圖圖左)，兩個個基因重疊13個氨基酸酸。實驗證明Ty元件的轉(zhuǎn)座座是通過RNA介導的（（下圖右）2008年8月三、轉(zhuǎn)座方式式轉(zhuǎn)座子插入到到一個新的部部位的通常步步驟是：在靶靶DNA上制制造一個交錯錯的切口，然然后轉(zhuǎn)座子與與突出的單鏈鏈末端相連接接，并填充切切口。插入部部位產(chǎn)生靶DNA正向重重復(fù)的鏈的切口之間間的交錯區(qū)長長度決定了正正向重復(fù)的長長度。原因就是交錯錯末端的產(chǎn)生生和填充。2008年8月1、復(fù)制型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座復(fù)制型轉(zhuǎn)座涉涉及到兩種類類型的酶參與與：一是轉(zhuǎn)座酶，，它在原轉(zhuǎn)座座子的末端起起作用。另一種為拆分分酶(Resolvase)，利用用兩個轉(zhuǎn)座子子拷貝進行交交換重組而拆拆分。復(fù)制型轉(zhuǎn)座是是產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)座子拷貝，轉(zhuǎn)移到受體位點，供體位點序列不變。因此，供體和受體位點都有一個拷貝的轉(zhuǎn)座子，轉(zhuǎn)座伴隨著轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座子拷貝數(shù)數(shù)的增加。2、非復(fù)制轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座非復(fù)制轉(zhuǎn)座中中轉(zhuǎn)座子僅從從供體位點向向受體位點做做物理性移動動，從而在供供體位點造成成鏈的斷裂，，若斷裂不被被修復(fù)，后果果將是致命的的。插入序列(IS)和復(fù)合合轉(zhuǎn)座子Tn10和Tn5的轉(zhuǎn)座座就是利用的的這種機制。。這種轉(zhuǎn)座過過程中涉及到到轉(zhuǎn)座子從供供體DNA的的釋放，機制制需要一個轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座酶。3、保守性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座保守性轉(zhuǎn)座與與λ噬菌體的的整合、刪除除機制非常相相似,并且轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座酶與λ的的整合酶具有有相關(guān)性。運用這一機制制的轉(zhuǎn)座子較較大，不僅可可以轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)座座子本身，而而且還以將供供體菌的DNA轉(zhuǎn)移到另另一個細菌。。盡管起初將將其歸類為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座子，但更更確切地應(yīng)被被稱為附加