第十一章 轉(zhuǎn)座因子的遺傳分析

第十一章

轉(zhuǎn)座因子的遺傳分析學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1名詞概念:轉(zhuǎn)座因子,轉(zhuǎn)座基因,移動基因.滲漏突變，2移動基因的發(fā)現(xiàn)3轉(zhuǎn)座基因的特點(diǎn)及轉(zhuǎn)座的三種機(jī)制4轉(zhuǎn)座的遺傳效應(yīng)5五、轉(zhuǎn)座因子的應(yīng)用：一概念及轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)一、轉(zhuǎn)座因子（轉(zhuǎn)座元）轉(zhuǎn)座因子：能夠在染色質(zhì)或質(zhì)粒上轉(zhuǎn)移座位的DNA功能單位（transposableelement）。特點(diǎn)：1.自身攜帶有轉(zhuǎn)座酶基因，末端有反向重復(fù)序列;2.轉(zhuǎn)座過程中出現(xiàn)共聯(lián)體；3.轉(zhuǎn)座以后,原來的轉(zhuǎn)座子依然保持在原位，而在靶序列上復(fù)制了一個轉(zhuǎn)座子;4.轉(zhuǎn)座完成以后可以在靶序列上造成同向重復(fù)序列.一、轉(zhuǎn)座基因：Mcclintock于1941年通過對玉米胚乳顏色的研究，提出生物體可以在不同的染色體間轉(zhuǎn)移，即跳躍基因假說。前述F+菌株中的F因子即為跳躍基因，通過自身的IS（Insertedsequence）隨機(jī)地插入到細(xì)菌的基因組中，而變成Hfr菌株。40年代初，McClintock研究玉米花斑糊粉層和植株色素產(chǎn)生的遺傳基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)色素變化與一系列染色體重組有關(guān)。

染色體的斷裂或解離(dissociation)有一個特定位點(diǎn)(Ds)。但Ds并不能自行斷裂，受一個激活因Ac(ac-tivator)所控制。

Ac可以像普通基因一樣進(jìn)行傳遞，但有時表現(xiàn)很特殊，可以離開原座位轉(zhuǎn)移到同一個或不同染色體的另一座位。

Ds也能移動，不過只有在Ac存在時才能發(fā)生。

McClintock把Ac和Ds稱為控制因子或轉(zhuǎn)座因子“控制因子”假說。

JacobP.A.和MomodL.（1961年）發(fā)表乳糖操縱子模型和控制基因理論，McClintock的“控制因子”假說才開始重新引起人們的注意。

1932年，美國遺傳學(xué)家B.McClintock發(fā)現(xiàn)玉米籽粒色斑不穩(wěn)定遺傳現(xiàn)象。1951年首次提出轉(zhuǎn)座子的概念，認(rèn)為在基因組的不同區(qū)域存在可移動的控制因子，controllingelement。1983年獲諾貝爾獎。DNAtransposableelementMcClintock二、轉(zhuǎn)座基因的特點(diǎn)：1、DNA序列分析表明，轉(zhuǎn)座基因兩端的核苷酸堿基順序完全相同或相近，但方向相反，即所謂反向重復(fù)序列（invertedrepeatsequenceIR）。CCCAGACGTCTGGGGGGTCTGCAGACCC質(zhì)粒DNA（雙鏈）中部基因變性，復(fù)性IS序列CAGACCCGTCTGGG單鏈單鏈之間由于互補(bǔ)形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)座基因的轉(zhuǎn)移不是IS序列從某一位置切離，而后插入到染色體新的位置，而是通過復(fù)制及重組過程，在新的位置插入，同時新位置的轉(zhuǎn)座子兩側(cè)出現(xiàn)正向重復(fù)序列IS整合到一個新的靶部位時，在插入部位兩側(cè)形成正向重復(fù)序列：ACGATGTCGCAGAGTATGCTGCTACAGCGTCTCATACGISACGATGTCGCAGAGGTCGCAGAGTATGCTGCTACAGCGTCTCCAGCGTCTCATACGIS正向重復(fù)序列正向重復(fù)序列二、原核生物轉(zhuǎn)座因子的類別：一、原核生物中的轉(zhuǎn)座子

1.插入序列（insertedsequence,IS)：長度在768-5700bp,兩端具幾~幾十bp的反向重復(fù)序列含有Is的質(zhì)粒經(jīng)變性后形成柄環(huán)結(jié)構(gòu)當(dāng)一個IS插入“靶”DNA后，其兩端會出現(xiàn)一小段正向重復(fù)序列（約5-11個核苷酸對）。插入位點(diǎn)形成正向重復(fù)序列的機(jī)制二、轉(zhuǎn)座子：大(2000-25000bp)，轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因,抗藥性及其他基因，兩端具相同或同源序列。如IR序列。三、轉(zhuǎn)座噬菌體：Mu噬菌體與其他溫和性噬菌體的差別：其基因組不論在進(jìn)入裂解周期或處于溶源狀態(tài)都可隨機(jī)整合到宿主染色體的任何位置，且游離的和已整合的基因次序是相同的.使宿主菌獲得一定特性Tn3的結(jié)構(gòu)模式圖17

DsCC突變AcDsC回復(fù)突變Ac：激活因子玉米的激活—解離系統(tǒng)（Activator-Dissociator,Ac-Ds）三、真核生物的轉(zhuǎn)座子18轉(zhuǎn)座元件的結(jié)構(gòu):真核生物的轉(zhuǎn)座元件

Ac-Ds系統(tǒng)：

Ac：4565bp

末端反向重復(fù)序列（11bp）自主元件轉(zhuǎn)座酶基因

Ds：Ac的缺失序列，結(jié)構(gòu)多樣末端反向重復(fù)序列（6~13）非自主元件四、轉(zhuǎn)座的分子機(jī)制動畫3、轉(zhuǎn)座過程伴隨著共聯(lián)體的出現(xiàn)：共聯(lián)體：為兩個或兩個以上的復(fù)制子通過共價連接起來成為一個復(fù)制整體。4、轉(zhuǎn)座因子不僅在原核生物，而且在真核生物都有發(fā)現(xiàn)，可能是生物進(jìn)化的一種特殊機(jī)制三、轉(zhuǎn)座機(jī)制模型：A.Shapiro（1979）提出Tn3轉(zhuǎn)座模型：1、切開：Tn3轉(zhuǎn)座酶切開受體質(zhì)粒的靶序列識別反向重復(fù)序列，從轉(zhuǎn)座子3’端切開2、連接：供體與受體結(jié)合成為共聯(lián)體（Shapiro中間體）3、復(fù)制：由DNA聚合酶進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)上缺口，由連接酶連接。4、重組：特點(diǎn)位點(diǎn)重組，共聚體分離。3’供體切出IRIR5’3’3’3’3’5’5’5’5’5’5’5’3’3’3’3’供體與靶位點(diǎn)靠近，發(fā)生鏈交換3’3’3’3’5’5’5’5’Shapiro中間體靶DNA非復(fù)制型轉(zhuǎn)座5’5’5’5’3’3’3’3’復(fù)制方向，缺口連接位點(diǎn)專一性重組3’3’3’3’5’5’5’5’IRIR五、轉(zhuǎn)座的遺傳效應(yīng)及其應(yīng)用：1、可以插入新基因（ampR、terR等）2、某些轉(zhuǎn)座子帶有功能基因，引起顯性突變。3、由于帶有正向或反向重復(fù)序列，會造成宿主染色體結(jié)構(gòu)變異（缺失、倒位等）。4、具有明顯的基因調(diào)控開關(guān)作用。5、增加同源序列的整合。6、在靶序列上引入新的轉(zhuǎn)座子序列，原來序列保持不變；轉(zhuǎn)座因子的應(yīng)用：1.克隆目的基因及根據(jù)突變型研究基因功能：

從帶轉(zhuǎn)座因子生物中篩選出在發(fā)育、生理與行為等方面有突變的品系，如果這些突變是由于轉(zhuǎn)座子的DNA克隆所產(chǎn)生，則必定會有與該突變體有關(guān)的基因存在（用轉(zhuǎn)座子給未知目的基因加上標(biāo)記）以此突變基因的有關(guān)順序作探針從野生品系的基因文庫中取出野生型目的基因。結(jié)合原來突變品系的表型，可探知此基因功能，從分子水平上對基因進(jìn)行研究與利用2.外顯子改組:兩個轉(zhuǎn)座子被同一轉(zhuǎn)座酶識別整合于染色體鄰近位置,其間的外顯子易被轉(zhuǎn)座酶作用而轉(zhuǎn)座,造成外顯子重組,產(chǎn)生新基因。

滲漏突變（leakymutatio