基因重組與轉(zhuǎn)座

基因重組宋成義博士/副教授2023/10/132主要內(nèi)容基因重組同源重組位點(diǎn)特異性重組轉(zhuǎn)座重組拷貝選擇2023/10/133第一節(jié)基因重組概述第二節(jié)同源重組第三節(jié)位點(diǎn)特異性重組第四節(jié)轉(zhuǎn)座重組2023/10/134一、定義：二、意義：第一節(jié)基因重組概述是指由于不同DNA鏈的斷裂和連接而產(chǎn)生的DNA片段的交換、插入等的重新組合，形成新的DNA分子的過程。重組是遺傳學(xué)的靈魂，沒有重組就沒有生物的進(jìn)化；沒有重組也就沒有現(xiàn)代的分子克隆技術(shù)。基因變化、物種演變、進(jìn)化的基礎(chǔ)2023/10/135三、遺傳重組的類型2023/10/136同源重組（Homologousrecombination）涉及兩條攜帶同樣遺傳位點(diǎn)的染色體間的DNA序列交換。位點(diǎn)特異性重組（Site-specificrecombination）發(fā)生在兩個(gè)特異序列之間。轉(zhuǎn)座重組

（Transposition）指的是轉(zhuǎn)座子移到基因組的新位點(diǎn)?？截愡x擇（Copychoice）是一種RNA病毒使用的重組。2023/10/137第二節(jié)同源重組定義特性真核生物的同源重組原核生物的同源重組2023/10/1381.同源重組定義：同源重組（HomologusRecombination)是指發(fā)生在姐妹染色單體（sisterchromatin)之間或同一染色體上含有同源序列的DNA分子之間或分子之內(nèi)的重新組合。2023/10/1392.同源重組特性：同源性，無特異性的要求，重組就可以在此序列中的任何一點(diǎn)發(fā)生。同源區(qū)越長越有利，同源區(qū)太短，越難發(fā)生重組;只要同源序列足夠長，那么即使相差僅1bp的不同的遺傳標(biāo)記，仍然可能發(fā)生重組2023/10/1310大腸桿菌重組:至少要求有20—40bp是相同的大腸桿菌基因組與

噬菌體或質(zhì)粒重組:大于13bp枯草桿菌基因組與質(zhì)粒重組:大于70bp哺乳動(dòng)物重組:150bp以上2023/10/1311同源重組需要一系列的蛋白質(zhì)催化，如原核生物細(xì)胞內(nèi)的RecA、RecBCD、RecF、RecO、RecR等；真核生物細(xì)胞內(nèi)的Rad51、Mre11-Rad50等等。同源重組可以雙向交換DNA分子，也可以單向轉(zhuǎn)移DNA分子，后者又被稱為基因轉(zhuǎn)換（GeneConversion)。2023/10/1312原核生物的同源重組通常發(fā)生在DNA復(fù)制過程中，而真核生物的同源重組則常見于細(xì)胞周期的S期之后。重組熱點(diǎn):一些序列發(fā)生重組的頻率高于其他序列真核生物的染色質(zhì)狀態(tài)影響重組，如異染色質(zhì)及其附近區(qū)域很少發(fā)生重組。在真核生物中，雙鏈DNA分子間基因重組是完成減數(shù)分裂所必需的2023/10/13133.真核生物的同源重組模型Hollidaymodel，相互侵入（交換）模型RobinHolliday于1964年提出了重組的雜和DNA模型，又稱Holliday模型。解釋了交互重組現(xiàn)象：對稱的雜合雙鏈Meselson-Radding

model（單鏈侵入模型）Holliday模型中為對稱的雜合雙鏈，而實(shí)際情況有不均等分離現(xiàn)象，1975年Meselson-Radding提出模型解釋這種不對稱重組現(xiàn)象：交互重組和基因轉(zhuǎn)換Double-strandbreaksinitiaterecombination（雙鏈斷裂重組模型）2023/10/1314Hollidaymodel2023/10/13152023/10/1316Meselson-Radding（單鏈侵入模型）

Holliday模型中為對稱的雜合雙鏈，而實(shí)際情況有不均等分離現(xiàn)象，1975年Meselson-Radding

提出模型解釋這種不對稱重組現(xiàn)象：

2023/10/13171.在兩個(gè)DNA分子中的一個(gè)單鏈發(fā)生斷裂2.游離出一個(gè)單鏈末端侵人到另一個(gè)DNA分子中。2.被切割的DNA留下的缺口由DNA聚合酶進(jìn)行修復(fù)。3.在另一個(gè)DNA分子中被替代的鏈降解，而兩個(gè)末端被連接。4.開始，一個(gè)異源雙鏈將只在兩個(gè)DNA分子中的一個(gè)形成，支鏈遷移將在另一個(gè)DNA分子上產(chǎn)生另一個(gè)異源雙鏈。像在Holliday模型一樣，異構(gòu)化使兩側(cè)的DNA分子重組。通過這個(gè)模型，異源雙鏈?zhǔn)紫戎辉趦蓚€(gè)DNA分子中的一個(gè)形成。然后一旦Holliday連接體形成，支鏈遷移能在另一個(gè)DNA分子上產(chǎn)生異源雙鏈。（單鏈侵入模型）2023/10/1318Double-strandbreaksinitiaterecombination(雙鏈斷裂重組模型)雖然Holliday模型以及隨后的Meselson和Radding所作的修改可以解釋生物中發(fā)生的大多數(shù)同源重組事件，但仍有一些例外的重組現(xiàn)象，最典型的例子為基因轉(zhuǎn)換(geneconversion)?；蜣D(zhuǎn)換首先在酵母及真菌中被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)已證實(shí)在許多生物中存在。一種等位基因形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N等位基因形式，只發(fā)生在減數(shù)分裂時(shí)期。2023/10/1319異常分離與基因轉(zhuǎn)變

在一個(gè)雜合體中，如果一染色體把基因A交給它的同源染色體，則它的同源染色體必定把基因a交回給它，所以在真菌中，一個(gè)座位上的兩等位基因分離時(shí)，應(yīng)該呈現(xiàn)2：2或1：1：1：1或1：2：1的分離(表8-1)，這就說明重組通常總是交互的?？墒荓indegren在面包酵母（Saccharomycescerevisiae）中發(fā)現(xiàn)，有的子囊含有（3A+1a）或（1A＋3a）的子囊孢子。以后在脈孢霉、釀酒酵母、子囊菌Ascobolusimmersus及果蠅中也發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象。2023/10/13202023/10/1321同源重組機(jī)制的應(yīng)用:

基因敲除小鼠2023/10/13224.原核生物的同源重組細(xì)菌同源重組的特點(diǎn)細(xì)菌的接合、轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)導(dǎo)重組都是同源重組，而且這種重組是發(fā)生在一個(gè)完整的環(huán)狀雙螺旋DNA分子與一個(gè)雙鏈或單鏈DNA分子片段之間的。且重組需要3種基因所編碼的RecA和RecBCD蛋白質(zhì)。

2023/10/1323A、轉(zhuǎn)化（transformation）①概念：受體菌直接攝取供體菌裂解后游離的DNA片段而獲得新性狀。轉(zhuǎn)化因子：在轉(zhuǎn)化過程中轉(zhuǎn)化的DNA片段。分子量＜1×107,≯10-20個(gè)基因。2023/10/1324②機(jī)制：感受態(tài)受體菌攝取同源DNA后發(fā)生重組

+吸附攝入重組突變株DNA受體2023/10/1325B、接合（conjugation）①概念：通過性菌毛連接溝通，將遺傳物質(zhì)（質(zhì)?；蛉旧wDNA)從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌的過程。接合性質(zhì)粒：F質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒、Vi質(zhì)粒非接合性質(zhì)粒(不要求)：②機(jī)制2023/10/1326電鏡下的接合F－菌F＋菌2023/10/1327F質(zhì)粒的接合

F-菌F+

菌F-菌F+

菌F-菌F+

菌F+

菌F+

菌性菌毛末端-受體接合橋形成F質(zhì)粒形成切口，一條DNA鏈進(jìn)入受體菌內(nèi)F質(zhì)粒留在供體細(xì)胞的一條鏈進(jìn)行復(fù)制并形成互補(bǔ)鏈2023/10/1328F＋F＋F＋F-F質(zhì)粒的接合2023/10/1329C、轉(zhuǎn)導(dǎo)（Transduction）

1）概念：以溫和噬菌體為載體，將供菌體的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌體內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。2）類型局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)/特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)普通性轉(zhuǎn)導(dǎo)2023/10/1330普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction):

噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌染色體上全部DNA片段，發(fā)生于裂解期。完全轉(zhuǎn)導(dǎo)：供體菌DNA片段與受體菌染色體整合并隨之傳代。流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)：供體菌DNA片段不與受體菌染色體整合也不可自我復(fù)制。（大多為此）2023/10/1331細(xì)菌裂解期細(xì)菌DNA（將供菌任意DNA裝配）噬菌體DNA普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)模式圖整合未整合完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌被普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體感染2023/10/1332局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(restrictedtransduction)

32

前噬菌體從宿主菌染色體上脫離時(shí)發(fā)生偏差，將前噬菌體兩側(cè)的宿主染色體基因轉(zhuǎn)移到受體菌，使受體菌的遺傳性狀發(fā)生改變的過程噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌染色體上特定部位的DNA片段,發(fā)生于溶原期噬菌體將自身一段DNA留在供菌染色體上，卻將相鄰供菌的部分DNA帶給受菌并整合至受體菌染色體上2023/10/133333

局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)模式圖正常脫離斷裂和再接斷裂和再接偏差脫離galgalgalgalbiobiobiobio2023/10/1334RecA和RecBCD系統(tǒng)重組機(jī)制RecBCD蛋白在chi位點(diǎn)3’側(cè)的一條鏈上產(chǎn)生切口。RecBCD蛋白同時(shí)具有解螺旋酶的活性，使chi位點(diǎn)附件切口的DNA解鏈單鏈區(qū)被RecA蛋白和SSB蛋白覆蓋RecA蛋白使單鏈DNA取代雙鏈DNA中的同源部分D－loop區(qū)域的DNA產(chǎn)生切口，新切口的3’端（thetailofnewlynickedDNA）與另一條DNA的單鏈區(qū)互補(bǔ)配對DNA連接酶封閉切口，形成HollidayjunctionRuvA和RuvB發(fā)動(dòng)遷移反應(yīng)RuvC拆分重組中間體2023/10/1335第三節(jié)位點(diǎn)特異性重組定義：發(fā)生在專一序列而順序極少相同的DNA分子間的重組。如噬菌體基因組整合到細(xì)菌染色體基因組中屬此種重組。2023/10/1336特性這類重組依賴于小范圍同源序列的聯(lián)會，重組事件只涉及特定位置的短同源區(qū)或是特定的堿基序列之間，重組的蛋白不是rec系統(tǒng)而是int

等，如噬菌體l的定點(diǎn)插入。重組時(shí)發(fā)生精確的切割、連接反應(yīng)，DNA不失去、不合成。兩個(gè)DNA分子并不進(jìn)行對等的交換，有時(shí)是一個(gè)DNA分子整合到另一個(gè)DNA分子上，因此將這種形式的重組又稱為插入重組。2023/10/1337例、噬菌體的對E.coli的整合：

POP’+BOB’→BOP’—POB’

需要整合酶(Int—拓?fù)洚悩?gòu)酶活性)和整合宿主因子(IHF)參與,非可逆反應(yīng)。2023/10/1338

通過attP和attB間的相互重組，環(huán)狀的噬菌體DNA轉(zhuǎn)換為整合的原噬菌體，原噬菌體通過attL和attR間的相互重組而切除具有對特異性DNA強(qiáng)烈親和力的Int與attP和attB位點(diǎn)結(jié)合；Int的拓?fù)洚悩?gòu)酶活性，使兩條雙鏈各自斷開一條單鏈，瞬間旋轉(zhuǎn)然后交換連接，形成Holliday中間提，在另兩條單鏈之間發(fā)生同樣的斷裂重接，從而完成雙鏈間的重組。2023/10/13392023/10/1340三類位點(diǎn)特異性重組系統(tǒng)的重組酶Cre、FLP和R均屬于λ整合酶家族Cre/loxP系統(tǒng)FLP/FRT系統(tǒng)R/RS系統(tǒng)Ⅰ/SceⅠ系統(tǒng)等位點(diǎn)特異性重組系統(tǒng)2023/10/1341GATEWAYCloning

2023/10/13422023/10/13432023/10/1344CreandloxPmousestrainsCreexpressingstrains:containatransgenethatexpressescreunderthecontrolofawidespread(general)ortissue-specific(conditional)promoter.Theyareusedtoproducegeneralorconditionalknockoutsrespectively.InducibleCrestrains:containatransgenethatexpressesamodifiedformofCrerecombinasethatisnon-functionaluntilaninducingagent(suchasdoxycycline,tetracycline,RU486,ortamoxifen)isadministeredatadesiredtimepointinembryonicdevelopmentoradultlifeLoxP-flanked(floxed)strains:containloxPsitesflanking(oneachsideof)acriticalportionofatargetgeneorgenomicregionofinterestCrerepoterstrains:containloxPsitesincombinationwithvisible(fluorescentorlacZ)markerproteinsusedtotraceCrerecombinationsucessand/oralterationsingeneexpression.2023/10/1345第四節(jié)轉(zhuǎn)座重組

定義：轉(zhuǎn)座子(元)或轉(zhuǎn)座元件(transposon/transposableelement)

即能夠反復(fù)插入到基因中許多位點(diǎn)的特殊DNA片段，它們可從一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位點(diǎn)，從一個(gè)復(fù)制子到另一個(gè)復(fù)制子。（在轉(zhuǎn)移時(shí)原來位置上的這些結(jié)構(gòu)依然存在或不存在）。2023/10/1346

2.轉(zhuǎn)座重組特點(diǎn)：

?不必借助同源序列就可移動(dòng)的DNA片段，即轉(zhuǎn)座作用與供體和受體之間的序列無關(guān)。?原核生物和真核生物均有轉(zhuǎn)座子。

?轉(zhuǎn)座序列可沿染色體移動(dòng)，甚至在不同染色體間跳躍。2023/10/13473.種類與結(jié)構(gòu)特征（1）兩種類型：

A簡單轉(zhuǎn)座子（simpletransposon）或（插入序列insertionsequenceIS）

B復(fù)合轉(zhuǎn)座子（compositetransposon）

（2）特征：

a）兩端有20～40bp的反向重復(fù)序列(IR)b）具有編碼轉(zhuǎn)座酶（transposase）的基因

c）復(fù)合轉(zhuǎn)座子除轉(zhuǎn)座酶基因外還有1—數(shù)個(gè)基因。

d）轉(zhuǎn)座酶催化轉(zhuǎn)座子插入新位點(diǎn)。2023/10/1348A插入序列?最簡單，是細(xì)菌染色體、質(zhì)粒和某些噬菌體的正常組分，是一個(gè)自主的單位，每種IS均編碼自身轉(zhuǎn)座所需的蛋白質(zhì)。?特點(diǎn)（1）比較小，0.75~1.5kb;（2）只有轉(zhuǎn)座酶基因；（3）兩端有反向重復(fù)序列?

命名：IS＋編號（鑒定類型）長度700～2000bpIR（invertedrepeat）ISTransposaseIR2023/10/1349每種IS元件具有不同序列，但有共同的組織形式插入序列IS1的結(jié)構(gòu)2023/10/13502023/10/13512023/10/1352

B復(fù)合轉(zhuǎn)座子（compositetransposons，Tn）特點(diǎn)：（1）2-25kb;（2）兩端有兩個(gè)相同或高度同源IS序列（3）含轉(zhuǎn)座酶基因/抗生素基因等 反向重復(fù)序列組成轉(zhuǎn)座酶基因 特殊基因：如抗性基因、調(diào)節(jié)基因等表示法：通常以Tn和后面加上數(shù)碼表示，如Tn903。調(diào)節(jié)基因2023/10/1353Tn/TnAfamily

l

具有IR、轉(zhuǎn)座酶基因、調(diào)節(jié)基因（解離酶）、抗生素基因Tn3IRTnpATnpRAmpRIR38bp38bp轉(zhuǎn)座酶

regulatorβ-內(nèi)酰胺酶

2023/10/13542023/10/13551）轉(zhuǎn)座的模式4.轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)作機(jī)制與模式復(fù)制型轉(zhuǎn)座非復(fù)制型轉(zhuǎn)座保守型復(fù)制2023/10/13562）復(fù)制型轉(zhuǎn)座模式（replicativetransposition）

轉(zhuǎn)座子作為可移動(dòng)的元件被復(fù)制，一個(gè)拷貝保留在供體原來的部位不變；另一個(gè)拷貝則插入到受體的位點(diǎn)上，結(jié)果供體和受體都有一個(gè)轉(zhuǎn)座子的拷貝。

需兩種酶：

轉(zhuǎn)座酶(transposase)：作用于靶位點(diǎn)和原來轉(zhuǎn)座子兩端。

解離酶(resolvase)：作用于復(fù)制后的拷貝。2023/10/13572023/10/1358過程

a)共合體形成切口－連接－復(fù)制2023/10/1359

b)拆分靶位點(diǎn)的DR形成2023/10/13603）非復(fù)制型轉(zhuǎn)座（nonreplicativetransposition)

轉(zhuǎn)座子從供體一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到受體新位點(diǎn)處，供體

位點(diǎn)留下缺口，受到損傷（嚴(yán)重時(shí)致死）或宿主修復(fù)系

統(tǒng)識別修復(fù)。只需轉(zhuǎn)座酶2023/10/13614）保守型復(fù)制（conservativetranspositionJ)保守轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)座因子從供體位點(diǎn)上切離，插入到靶位點(diǎn)上，供體位點(diǎn)恢復(fù)原狀。這種因子的轉(zhuǎn)座酶和λ整合酶家族相關(guān)。注意：某些轉(zhuǎn)座子只具有一種轉(zhuǎn)座機(jī)制，而另一些可能具備兩種途經(jīng),如IS1和IS9032023/10/13622023/10/13635）

TnA家族轉(zhuǎn)座需要轉(zhuǎn)座酶和解離酶TnpA介導(dǎo)轉(zhuǎn)座分為兩步,分別由tnpA編碼的轉(zhuǎn)座酶,tnpR編碼的解離酶（resolvase）來完成。轉(zhuǎn)座酶可以結(jié)合在末端38bpIR中的25bp的序列上。轉(zhuǎn)座酶識別末端重復(fù)序列，并可交錯(cuò)5bp切割靶DNA，使轉(zhuǎn)座子插入。解離位點(diǎn)（res）是內(nèi)部的特殊位點(diǎn)，只有TnA家族才具有這一位點(diǎn)。

Res位點(diǎn)中包含3個(gè)tnpR結(jié)合序列（I,II,III），每個(gè)序列長30－40bp。三個(gè)序列同時(shí)和tnpR解離酶結(jié)合，使DNA保持一個(gè)適當(dāng)?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)。2023/10/1364a)不依賴供體序列與靶位點(diǎn)間序列的同源性b)轉(zhuǎn)座不是簡單的轉(zhuǎn)移，涉及轉(zhuǎn)座子的復(fù)制Hotspots(熱點(diǎn))Regionalpreference(在3kb區(qū)域內(nèi)的隨機(jī)插入)

d)某些轉(zhuǎn)座因子（Tn3）對同類轉(zhuǎn)座因子的插入具有排他性（免疫性）e)靶序列在轉(zhuǎn)座因子兩側(cè)會形成正向重復(fù)

f)轉(zhuǎn)座因子的切除與轉(zhuǎn)座將產(chǎn)生復(fù)雜的遺傳學(xué)效應(yīng)●轉(zhuǎn)座的特點(diǎn)c)轉(zhuǎn)座插入的靶位點(diǎn)并非完全隨機(jī)（插入專一型）2023/10/13655.轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座頻率的調(diào)控?轉(zhuǎn)座酶的水平----控制自身轉(zhuǎn)座的核心通過反義RNA的翻譯水平控制---IS10R外側(cè)邊緣兩個(gè)啟動(dòng)子甲基化作用控制轉(zhuǎn)座酶合成過表達(dá)轉(zhuǎn)座酶抑制轉(zhuǎn)座2023/10/1366?表觀修飾轉(zhuǎn)座元件的甲基化，不同轉(zhuǎn)座子不一樣，SB促進(jìn)，PB抑制組蛋白作用相關(guān)因子?細(xì)胞/生物類型2023/10/13675、轉(zhuǎn)座子的某些遺傳學(xué)效應(yīng)①轉(zhuǎn)座引起插入突變;IS、Tn和Mu噬菌體都可能引起插入突變。

插入位點(diǎn)若在一個(gè)順反子（cistron)的前端功能基因中，可能造成極性突變（移碼或終止密碼突變）。指減低蛋白質(zhì)合成速度的基因突變2023/10/13682023/10/1369②造成插入位點(diǎn)靶DNA的少量堿基對重復(fù)

IS1、Tn10：造成9bp的重復(fù)。

IS3：造成3或4bp的重復(fù)。

IS4：造成11bp的重復(fù)。③插入位點(diǎn)出現(xiàn)新基因

復(fù)合轉(zhuǎn)座子帶有抗性基因（如抗藥性基因ampc)，可產(chǎn)生兩方面效應(yīng)：一個(gè)基因的插入突變；出現(xiàn)抗藥基因。2023/10/1370④引起染色體畸變

在一個(gè)染色體上（甚至不同染色體上）若有同一轉(zhuǎn)座子的兩個(gè)拷貝，其提供的相同重組位點(diǎn)，可導(dǎo)致缺失、倒位、插入。方向相同：產(chǎn)生缺失。方向相反：發(fā)生倒位。⑤轉(zhuǎn)座引起的生物進(jìn)化2023/10/13712023/10/1372通過轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的姐妹染色單體間的染色體內(nèi)異位交換

2023/10/1373⑥切除效應(yīng)

指轉(zhuǎn)座子從原來位置上消失。

準(zhǔn)確切除：使原插入發(fā)生恢復(fù)突變。

不準(zhǔn)確切除：留下轉(zhuǎn)座子殘跡，產(chǎn)生插入突變，但

轉(zhuǎn)座子標(biāo)志消失。2023/10/1374轉(zhuǎn)座子切離所造成的序列變異2023/10/1375

⑦外顯子改組當(dāng)二個(gè)轉(zhuǎn)座子被同一轉(zhuǎn)座酶識別而整合到染色體的鄰近位置時(shí)，則位于它們之間的序列有可能被轉(zhuǎn)座酶作用而轉(zhuǎn)座，如果這DNA序列中含有外顯子，則被切離并可能插入另一基因中，這種效應(yīng)稱為外顯子改組(exonshuffling)(圖)。外顯子改組將導(dǎo)致基因組中新基因的產(chǎn)生。

2023/10/1376雙轉(zhuǎn)座子插入所引起的外顯子改組示意圖

2023/10/1377（1）可使原來相距較遠(yuǎn)的基因組合在一起，形成一個(gè)操縱子。

（2）產(chǎn)生一個(gè)新蛋白，把原來兩段分離的DNA序列連在一起。（3）啟動(dòng)子部位的插入可使基因打開或關(guān)閉。（4）過多轉(zhuǎn)座（頻率過高）對細(xì)胞不利，細(xì)胞在長期進(jìn)化中形成了一些不利于轉(zhuǎn)座的代謝途徑，可與轉(zhuǎn)座過程平衡。

（5）轉(zhuǎn)座基因插入時(shí)，大多數(shù)受體基因均被鈍化，但也有基因被激活。（這是因?yàn)檗D(zhuǎn)座子有自己的啟動(dòng)子，在使轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)錄的同時(shí)，也可使相鄰基因轉(zhuǎn)錄）。6、轉(zhuǎn)座子效應(yīng)的意義2023/10/1378第五節(jié)原核和真核生物轉(zhuǎn)座成分2023/10/13791.原核生物轉(zhuǎn)座因子：

原核生物轉(zhuǎn)座因子的類型：插入序列；轉(zhuǎn)座子；轉(zhuǎn)座噬菌體

2023/10/1380A.插入序列(IS，insertedsequence):

簡單的轉(zhuǎn)座因子,攜帶有轉(zhuǎn)座酶基因,兩端有反向重復(fù)序列.eg.E.coli中的IS1……IS11等。發(fā)現(xiàn)：E.coli中一種突變體：

A.不能通過核酸置換回復(fù)——非點(diǎn)突變；

B.可自然回復(fù)——不是缺失；

C.突變比野生型密度梯度大——增加一段DNA;D.變性單鏈電鏡下出現(xiàn)頸環(huán)結(jié)構(gòu)——反向重復(fù)序列。2023/10/1381B.轉(zhuǎn)座子(Tn,transposon):

攜帶有轉(zhuǎn)座酶基因及抗性基因或其它基因，兩端有相同的序列(IS)。

eg.酵母(Yeast)中的Tn1、Tn2……Tn9等

Tn3:攜帶有tnpA、ampR、tnpR等基因，兩端分別有36bp的IR;Tn9:末端是兩個(gè)IS12023/10/1382C.轉(zhuǎn)座噬菌體(mutatorphage)，巨型轉(zhuǎn)座子

攜帶有tnpA、tnpB基因，末端有E.coliDNA,近鄰類似IS序列，具有高頻的轉(zhuǎn)座作用。2023/10/1383CrepressorforA,BB33kd與轉(zhuǎn)座有關(guān)A70kd轉(zhuǎn)座酶U,S

毒性蛋白attL,attR

與寄主同源，反向重復(fù)，轉(zhuǎn)座必需GinG區(qū)倒位酶G倒位區(qū)38kb

attLCABSUattR150bp1.5kb

Pgin

以E.coli為寄主的溫和型噬菌體（溶源、裂解）2023/10/1384

Mu的插入途徑a）侵入的Mu在溶源化過程中任意插入寄DNAb）進(jìn)入裂解生長后，復(fù)制產(chǎn)生后代MuDNA幾乎全部插入寄主DNA中，并可繼續(xù)轉(zhuǎn)座（形成寄主DNA和Mu的共合體），噬菌體成熟時(shí)，切段共合體包裝2023/10/13855真核生物轉(zhuǎn)座成分玉米地中的先知BarbaraMcClintock1902-1992NobelPrizeforPhysiologyMedicine19832023/10/1386

McClintock1938年，提出轉(zhuǎn)座基因概念

1944-1950，闡明“Ds-Ac調(diào)控系統(tǒng)”

1983年，獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

J.Shapiro等

1980年，證實(shí)了可移位的遺傳基因存在

2023/10/13871.真核生物的轉(zhuǎn)座子分類

a)轉(zhuǎn)座機(jī)制與細(xì)菌的轉(zhuǎn)座子類似遺傳信息：DNA→DNA?

玉米的Ac-Ds元件、果蠅的P元件和FB元件等

b)轉(zhuǎn)作機(jī)制類似逆轉(zhuǎn)錄病毒遺傳信息：RNA→DNA→RNA?

如：逆轉(zhuǎn)錄病毒、果蠅的Copia元件、酵母的Ty元件根據(jù)轉(zhuǎn)座機(jī)制目前分為兩類：2023/10/1388Ac因子全長4.5kb，有5個(gè)外顯子，其產(chǎn)物是轉(zhuǎn)座酶。Ac因子兩端是長11bp的反向重復(fù)序列(IR)；Ds因子長0.4-4kb，它的中間(在轉(zhuǎn)座酶基因中)有許多種長度不等的缺失,如Ds9只缺失194bp，而Ds6則缺失2.5kb，Ds的兩端也都有11bp的反向重復(fù)序列。2.玉米的Ac-Ds元件2023/10/1389

Ac-Ds轉(zhuǎn)座元件結(jié)構(gòu)示意圖。右邊示Ac及Ds元件的單鏈DNA末端反向重復(fù)配對所形成的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可能對轉(zhuǎn)座有意義2023/10/1390

由于缺失轉(zhuǎn)座酶，Ds因子不能自主移動(dòng)，因此Ds因子是非自主移動(dòng)的受體因子(dissociator)，而Ac則為自主移動(dòng)的調(diào)節(jié)因子(activator

)，Ds的轉(zhuǎn)座依賴于Ac元件的存在。

Ac、Ds的轉(zhuǎn)座屬于非復(fù)制機(jī)制，即不是復(fù)制一份拷貝后將拷貝轉(zhuǎn)移，而是直接從原來位置消失。

2023/10/1391玉米轉(zhuǎn)座因子對胚乳顏色的影響

2023/10/1392Ds轉(zhuǎn)座還可以導(dǎo)致染色體斷裂：McCtinock還發(fā)現(xiàn)Ds存在于玉米9號染色體的一條臂上（帶有結(jié)節(jié)），Ds可導(dǎo)致染色體斷裂2023/10/1393spm因子影響基因的表達(dá)Spm因子：11個(gè)外顯子，產(chǎn)生2.5kb左右的轉(zhuǎn)錄本，合成包含621個(gè)氨基酸的tnpA

蛋白。tnpA

蛋白與切除功能有關(guān)。第一個(gè)內(nèi)含子中包含ORF1和ORF2兩個(gè)附加的開放閱讀框。選擇性剪切過程中產(chǎn)生包含ORF1和ORF2的mRNA，長約6kb，數(shù)量是tnpAmRNA的1％，編碼tnpB蛋白，該蛋白與末端重復(fù)序列的結(jié)合有關(guān)。2023/10/1394Spm因子的插入可以控制插入位點(diǎn)基因的表達(dá)：(1)dspm-suppressibleallele：而自主性因子spm的介入，可導(dǎo)致基因的完全失活。原因是tnpA蛋白可以和非自主性spm因子的靶位點(diǎn)結(jié)合，使基因的轉(zhuǎn)錄無法繼續(xù)。(2)dspm-dependentallele： 在基因附近包含一個(gè)dspm因子（而不是基因內(nèi)部），該因子可提供一個(gè)增強(qiáng)子，促進(jìn)基因的表達(dá)2023/10/13953.果蠅中的轉(zhuǎn)座子P因子Copia因子2023/10/1396

果蠅的P因子有兩種類型，一類是全長P因子，長2907bp，兩端有33bp的反向重復(fù)序列(IR)，