基因的概念和結(jié)構(gòu)3課件

與丁昇同學(xué)PiggyBac（PB）轉(zhuǎn)座子是一個(gè)自主因子，長(zhǎng)2476bp，國(guó)際頂級(jí)生命科學(xué)雜志《cell》發(fā)表./content/future有的基因不是固定在染色體的一個(gè)位置上，是可以移動(dòng)的，稱為可動(dòng)基因或轉(zhuǎn)座元件。3.6轉(zhuǎn)座元件易位(translocation)：是染色體的一部分因斷裂脫離，并與其它染色體聯(lián)結(jié)的重排過程。轉(zhuǎn)座（transposition）：在轉(zhuǎn)座酶的作用下，轉(zhuǎn)座因子或是直接從原來的位置上切離下來插入染色體的新的位置，或者是染色體上的DNA序列轉(zhuǎn)錄成RNA，RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA插入染色體上新的位置。Ac-Ds系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)：

1932年McClintock發(fā)現(xiàn)了玉米籽粒色素斑點(diǎn)不穩(wěn)定遺傳行為。

1951年首次提出可在染色體上移動(dòng)的控制元件的概念。

1984年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

Ac-Ds系統(tǒng)McClintock(1902-1992)位于玉米的第9染色體

C基因，色素合成基因。

Ac基因，自主移動(dòng)的調(diào)節(jié)因子。4.5kb,5個(gè)exon,兩端有11bp的IR,編碼轉(zhuǎn)座酶。

Ds基因，不能自主移動(dòng)。0.5---4.0kb,兩端也有11bp的IR,

插入位點(diǎn)有正向重復(fù)序列。插入引起色素不能合成。

關(guān)于Ac-Ds系統(tǒng)每個(gè)控制元件家族都含有自主成員和非自主成員，自主成分可以轉(zhuǎn)座，非自主成分不能獨(dú)立轉(zhuǎn)座。插入序列(insertionsequence,IS)

插入序列是最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)座子,長(zhǎng)度多在700－1500bp左右。由末端反向重復(fù)序列(IR)，轉(zhuǎn)座酶基因組成。插入基因組中時(shí)，在靶位上生成正向重復(fù)序列(DR)插入序列IS的遺傳學(xué)特性：能編碼轉(zhuǎn)座酶，自主進(jìn)行轉(zhuǎn)座。插入位點(diǎn)是隨機(jī)的。插入后是宿主染色體的插入位置上產(chǎn)生短的正向重復(fù)序列。轉(zhuǎn)座是罕見事件。插入片斷精確切離后，可使IS誘發(fā)的突變回復(fù)為野生型。不精確切離使插入位點(diǎn)附近的宿主基因發(fā)生缺失。轉(zhuǎn)座子插入處正向重復(fù)序列的產(chǎn)生

兩個(gè)IS10組件構(gòu)成一個(gè)復(fù)合轉(zhuǎn)座子，它能使DNA的位于他們之間的任何部位活動(dòng)。當(dāng)Tn10是一個(gè)小的圓形分子的一部分時(shí)，IS10重復(fù)序列可轉(zhuǎn)座環(huán)狀分子的任一側(cè)。轉(zhuǎn)座因子的轉(zhuǎn)座途徑：復(fù)制轉(zhuǎn)座非復(fù)制轉(zhuǎn)座復(fù)制轉(zhuǎn)座作用引起了轉(zhuǎn)座子的一個(gè)復(fù)制，它插入到一個(gè)接受位點(diǎn)。捐贈(zèng)位點(diǎn)保持不變，以致捐贈(zèng)者和接受者都有轉(zhuǎn)座子的一個(gè)復(fù)制。復(fù)制轉(zhuǎn)座復(fù)制性轉(zhuǎn)座要經(jīng)過一個(gè)共整合階段復(fù)制性轉(zhuǎn)座的原則是，轉(zhuǎn)座子通過復(fù)制自身而轉(zhuǎn)座，在供體和受體位點(diǎn)均有一個(gè)拷貝.整個(gè)過程中需要解離酶和轉(zhuǎn)座酶。供體受體類型相反的細(xì)胞能夠接合；同型的則不能接合。酵母接合型的相互轉(zhuǎn)換是復(fù)制轉(zhuǎn)座所產(chǎn)生。非復(fù)制機(jī)制轉(zhuǎn)座：轉(zhuǎn)座因子做物理性運(yùn)動(dòng)，直接從一個(gè)位點(diǎn)到另一個(gè)位點(diǎn)，并且是保守的，有如下兩種機(jī)制。非復(fù)制轉(zhuǎn)座作用允許一個(gè)轉(zhuǎn)座子像物體一樣從捐贈(zèng)們點(diǎn)移動(dòng)到接受位點(diǎn)，這樣就在捐贈(zèng)位點(diǎn)留下了一個(gè)斷裂，這就是致死因子，除非它能被修理。保守性轉(zhuǎn)座只是序列的直接移動(dòng)，沒有核苷酸鍵的損失，原位點(diǎn)沒有鏈斷裂。DonorDNA（green）transposase(bluespheres)"target"DNA(red).

themechanismoftransposition（cutandpaste）

P因子和FB因子P因子（Pelement）：所有的突變都是由于W位點(diǎn)插入了DNA片段。這個(gè)插入順序被稱為P因子。

P因子果蠅中存在的轉(zhuǎn)座元件FB家族copia反轉(zhuǎn)座子果蠅分成為I（inducer）型雄果蠅和R（reactive）型雌果蠅雜交看來會(huì)降低生育力，但反交并不如此。果蠅分成為P型（父本貢獻(xiàn)的，paternalcontributing）和M型（母本貢獻(xiàn)的，matenalcontributing）。在果蠅中已鑒別出兩個(gè)系統(tǒng)與雜種不育有關(guān)66KD蛋白質(zhì)是卵中母體因子產(chǎn)生的,具有抑制轉(zhuǎn)座的能力。含有P因子的雌果蠅與雄果蠅雜交，由于P細(xì)胞型(66KD的蛋白質(zhì))的存在抑制了轉(zhuǎn)座酶的合成或激活。雌果蠅為M型時(shí)，在卵中無(wú)阻遏物，則導(dǎo)致來自雄果蠅中的P因子使生殖細(xì)胞中轉(zhuǎn)座酶活化。

FB因子

FB(Foldback

的縮寫)，具有不同長(zhǎng)度的末端重復(fù)序列。有些FB元件包含很多并排的插入重復(fù)序列，但另一些FB

中插入重復(fù)序列被非重復(fù)序列所分隔。

FB元件的末端結(jié)構(gòu)很令人迷惑，有時(shí)兩個(gè)不相同的FB能協(xié)同轉(zhuǎn)座一段DNA

插入片段。

反轉(zhuǎn)錄病毒原病毒(Provirus)——

被整合到細(xì)胞基因組中的逆轉(zhuǎn)錄病毒序列。逆轉(zhuǎn)錄酶(Reversetranscriptase)——

負(fù)責(zé)將RNA逆轉(zhuǎn)錄成DNA的酶。前病毒DNA（ProvirusDNA）——

這種插入的、經(jīng)反轉(zhuǎn)錄生成的DNA。內(nèi)源性前病毒——

下一代細(xì)胞即使未經(jīng)過反轉(zhuǎn)錄病毒直接感染，在基因組中也帶有了前病毒DNA。

病毒的RNA基因組經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄成為雙鏈DNA，雙鏈DNA插入宿主的基因組中。已整合的DNA再轉(zhuǎn)錄出病毒RNA。反轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期反轉(zhuǎn)錄病毒的表達(dá)產(chǎn)物為多聚蛋白，經(jīng)過加工后才成為單個(gè)蛋白。gag——編碼病毒的核心蛋白pol——編碼反轉(zhuǎn)錄酶

env——編碼病毒的薄膜蛋白LTR是如何轉(zhuǎn)錄而成的呢？1.RNA正鏈4.DNA負(fù)鏈合成中止2.退火3.DNA負(fù)鏈合成7.反轉(zhuǎn)錄酶繼續(xù)作用6.第一次跳躍5.RNA鏈在5‘端降解8.RNA引物被除掉13.負(fù)鏈DNA合成，LTR生成12.正鏈DNA合成11.第二次跳躍10.合成中止的DNA鏈9.RNA降解，DNA合成

LTR對(duì)病毒DNA整合進(jìn)宿主細(xì)胞基因組合控制病毒

RNA合成有著重要的作用。

LTR在U3區(qū)內(nèi)有同“TATAA”框相似的序列。TATTA

框是真核生物中使用RNA多聚酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄單位所特有的序列。每個(gè)LTR的U3帶有一個(gè)啟動(dòng)子。左邊LTR中的啟動(dòng)子負(fù)責(zé)起始前病毒的轉(zhuǎn)錄。

LTR中有增強(qiáng)子序列，可增強(qiáng)病毒RNA的轉(zhuǎn)錄能力，或?qū)η安《綝NA兩側(cè)宿主DNA的轉(zhuǎn)錄活性起調(diào)控作用。

LTR的功能：酵母Ty（Transposonyeast）轉(zhuǎn)座元件

Ty的轉(zhuǎn)座效率比細(xì)菌轉(zhuǎn)座子要低，在

Ty插入位點(diǎn)兩側(cè)各生成5bp的重復(fù)序列。

Ty的結(jié)構(gòu)基因基本相同，長(zhǎng)約6.3kb,兩端有330bp的正向重復(fù)序列，稱為δ序列。Ty組分的兩端是短的正向重復(fù)序列。Ty組分轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生兩個(gè)具有重疊序列的轉(zhuǎn)錄本，TyA是結(jié)合蛋白，TyB含有反轉(zhuǎn)錄酶，蛋白酶和整合酶的同源物。人為構(gòu)造獨(dú)特Ty

組分內(nèi)含有一個(gè)內(nèi)含子。轉(zhuǎn)座拷貝具有相同的末端重復(fù)，內(nèi)含子被刪除。

Ty

通過RNA剪接除去內(nèi)含子，反轉(zhuǎn)錄成DNA，插入染色體的新位置。果蠅中三種類型的轉(zhuǎn)座成分具有不同的結(jié)構(gòu)copia反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子

copia的拷貝數(shù)是由果蠅的種系決定的，通常是

20-60個(gè)拷貝。家族的成員非常分散，在每一種果蠅中copia的位點(diǎn)都表現(xiàn)出很大的不同。

copia

元件長(zhǎng)大約5000bp，有相同的276bp同向重復(fù)序列。在插入位點(diǎn)使靶基因產(chǎn)生5bp同向重復(fù)。

copia

基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是一系列poly(A)+mRNA，包括全長(zhǎng)的和部分長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。這些mRNA

有相同的5’端。哺乳動(dòng)物基因組含很多相對(duì)短但彼此相關(guān)的序列，其重要部分包含轉(zhuǎn)座子。可歸納為兩個(gè)家族。LINESL1重復(fù)序列和SINES非自主反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子長(zhǎng)散布重復(fù)序列(LINES)：RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄物短散布重復(fù)序列(SINES)：RNA聚合酶Ⅲ的轉(zhuǎn)錄物

LINEL1沒有LTR,故歸于非病毒超家族。但測(cè)序發(fā)現(xiàn)LINEL1的一個(gè)可讀框同反轉(zhuǎn)錄酶是同源的被歸入病毒超家族。

L1被認(rèn)為是人類基因組中主要的可動(dòng)因子，除能自主轉(zhuǎn)座外，它的蛋白質(zhì)產(chǎn)物可促使非自主轉(zhuǎn)座因子的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座。L1還能十分有效地將位于L13’端的側(cè)序一起轉(zhuǎn)座到新的位置，這種作用稱為3’轉(zhuǎn)導(dǎo)，將宿主基因組中的原先不連鎖的兩個(gè)DNA片段排列在一起。

LINEL1LINES元件無(wú)LTR，其逆轉(zhuǎn)錄是怎樣進(jìn)行的？反轉(zhuǎn)座子編碼的核酸內(nèi)切酶活性將靶基因位點(diǎn)切口。相關(guān)RNA產(chǎn)物結(jié)合到切口上。切口提供一個(gè)3’-OH末端，以此為引物，以RNA為模板合成cDNA。然后打開DNA的另一條鏈并產(chǎn)生缺口，接著或在RNA/DNA雜交分子轉(zhuǎn)變成雙鏈DNA后，將其到切口的另一末端。類病毒型返座子具有開放閱讀框和末端重復(fù)。最典型的SINES由一個(gè)單一家族成員組成。它們非常短并且有很高的重復(fù)性，除其成員在整個(gè)基因組中散布分布而非成簇分布外，與簡(jiǎn)單序列DNA非常相像。所有能被限制酶AluⅠ酶切的序列都是同一家族的成員，該家族稱為Alu

家族

(Alufamily)。

許多假基因是由剪切連接的外顯子組成，但在DNA中不存在識(shí)別內(nèi)含子的機(jī)制，所以此過程可能時(shí)通過RNA中間體來完成。假基因通常以一段的A·T序列結(jié)尾，推測(cè)它可能來源于poly(A)尾。假基因不編碼反轉(zhuǎn)錄酶，也不產(chǎn)生轉(zhuǎn)座酶，具有mRNA的特性，是非自主反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座元件。假基因轉(zhuǎn)座因子可作為基因的標(biāo)記克隆目的基因。方法：從帶轉(zhuǎn)座因子生物篩選有突變品系。如果這些突變是由轉(zhuǎn)座子DNA克隆所產(chǎn)生，則必定有與該突變體有關(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)