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轉(zhuǎn)座因子的遺傳分析第1頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二一概念及轉(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.第2頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二一、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。第3頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二40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。
第4頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二1932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。第5頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二DNAtransposableelementMcClintock第6頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二第7頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二二、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)。第8頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二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)第9頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二2、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)序列第10頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二第11頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二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)序列第12頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二二、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)序列第13頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二含有Is的質(zhì)粒經(jīng)變性后形成柄環(huán)結(jié)構(gòu)第14頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二當(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)制第15頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二二、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)模式圖第16頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二17
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)座子第17頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二18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)非自主元件第18頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二第19頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二四、轉(zhuǎn)座的分子機(jī)制第20頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二第21頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二第22頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二動畫第23頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二第24頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二3、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’端切開第25頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二2、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。第26頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二3’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)座第27頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二5’5’5’5’3’3’3’3’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第28頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二五、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;第29頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二第30頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二第31頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二第32頁,共34頁,2023年,2月20日,星期二轉(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)
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