.,1,第九章,轉座因子的遺傳分析,.,2,轉座因子的發現與分類原核生物中的轉座因子真核生物中的轉座因子轉座作用的分子機制與遺傳學效應,主要內容,.,3,第一節轉座因子的發現與分類,轉座因子的發現DNA轉座反轉錄轉座子,.,4,一、轉座因子的發現,1914年，Emerson在研究玉米果皮色素遺傳中發現：花斑果皮產生寬窄不同紅白相間的花斑。花斑條紋的突變產生在于突變基因的不穩定性，但不知其因。1938年，Rhoades在研究玉米糊粉層色素遺傳時，首次報道一個基因的遺傳不穩定性受到一個獨立基因的控制。但也未揭示其遺傳機制。,.,5,40年代初，McClintock在研究玉米花斑糊粉層和植株色素產生的遺傳基礎時，發現色素變化與一系列染色體重組有關。并且染色體的斷裂或解離有一個特定位點(Ds)。但Ds并不能自行斷裂受一個激活因子Ac所控制。Ac表現很特殊，可以離開原座位運動到同一個或不同染色體的另一座位，McClintock把Ac和Ds稱為控制因子或轉座因子。,.,6,1961年Jacob和Momod發表乳糖操縱子模型和控制基因理論，McClintock的“控制因子”假說開始重新引起人們的注意。60年代未期Shapiro在細菌中也發現了可轉座的遺傳因子后，轉座因子被人們所接受。,McClintock（1902-1992）于1983年獲得諾貝爾醫學生理學獎。,.,7,二、DNA轉座,復制型轉座非復制型轉座保守型轉座,.,8,1、復制型轉座,轉座子被復制，轉座的DNA序列實際上是原轉座子的一個拷貝。轉座子中移動的部分被拷貝，一個拷貝仍然保留在原來的位置上，而另一個則插入到一個新的部位，這樣轉座過程伴隨著轉座子拷貝數的增加。轉座酶、解離酶如：TnA轉座子家族（Tn3和Tn1000等）,.,9,.,10,2、非復制型轉座,轉座因子作為一個物理性實體，直接由一個部位轉移到另一個部位。如：Tn10與Tn5,.,11,3、保守型轉座,保守型轉座是另一種非復制型的轉座過程。該過程中轉座元件從供體部位被切除并通過一系列的過程插入到靶部位，在該過程中每個核苷鍵皆被保留。,該轉座過程與的整合機制類似，并且轉座酶與整合酶家族有關。,.,12,三、反轉錄轉座子,由RNA介導，通過反轉錄酶將轉座子RNA拷貝為cDNA后再整合到宿主基因組中形成轉座，稱為反/逆轉座子或反轉錄轉座子。包括反轉錄轉座子和反轉錄病毒。只在真核生物基因組中發現。,.,13,RNA,cDNA,RNA,整合宿主靶DNA,反轉錄病毒,.,14,插入序列轉座子轉座噬菌體,第二節原核生物中的轉座因子,.,15,1、插入序列（insertedsequence，IS),20世紀60年代末Starlinger在大腸桿菌中發現半乳糖基因的突變體，稱為gal-。實驗證明這種突變體是由于DNA片段插入而產生的，這一插入序列是最先發現的最小的一種轉座因子，稱為IS1。,.,16,IS的特性,.,17,IS特點,(1)長度在768-5700bp；(2)本身沒有表型效應，只攜帶轉座酶基因；(3)兩端幾個到幾十個bp的核苷酸順序完全相同或相近。但方向相反，稱為反向重復序列（IR）。(4)插入后引起靶DNA序列多數為511bp的正向重復。(5)一般情況下轉座頻率為10-410-3/世代，恢復頻率為10-710-6/世代。,CCCAGACGGGTCTG,.,18,IS結構模式圖,.,19,含有IS的質粒經變性后形成頸環（或啞鈴狀）結構,變性后單鏈復性,IR,IR,IS,IR,IR,.,20,當一個IS插入靶DNA后，其兩端會出現一小段正向重復序列（約5-11個核苷酸對。,.,21,2、轉座子（transposon，Tn）,一類較大的轉座因子:200025000bp.含有與轉座有關的基因外，還帶有抗藥基因以及其它基因，從而賦于宿主細菌一定的表型。分為簡單轉座子和復合轉座子。,.,22,Tn的特征,.,23,Tn3轉座子,(a)不含IS，為簡單轉座子。(b)含有3個基因：編碼-內酰胺酶的氨芐青霉素抗性基因（ampR），轉座酶基因（tnpA）和編一種阻遏物的調節基因（tnpR）。(c)兩端為IR。,.,24,Tn3（簡單轉座子）的結構模式圖,調節基因,使宿主菌獲得一定特性,IR,IR,轉座酶基因,氨芐青霉素抗性基因,.,25,Tn10轉座子,Tn10的兩側IR為IS，為復合轉座子。帶有四環素抗性基因,.,26,3、轉座噬菌體（mutatorphage）:Mu,1963年，Taylor發現，它是大腸桿菌的溫和噬菌體，38000bp的線狀DNA。Mu的特點：幾乎可以插入宿主染色體任何一個位置上。而且游離Mu和已經插入的Mu基因次序是相同的。另外它的兩端沒有粘性末端，插入某基因中就引起該基因突變。,.,27,第三節真核生物中的轉座子,酵母菌的轉座子果蠅的轉座子玉米的轉座子人類基因組中的轉座子,.,28,1、酵母菌的轉座子,目前在酵母中研究得較清楚的轉座子是Ty系列（transponsonyeast，Ty）。Ty1為5900bp，兩端含有兩個稱為的正向重復序列，正向長末端重復序列(LTR)的長度約340bp。Ty插入酵母菌染色體后，受體上就會出現5bp的正向重復序列，這和細菌中轉座子作用相似。但它通過RNA中間產物進行轉座-反轉錄轉座子.,.,29,型,a型,a型,啤酒酵母的兩種接合型的控制基因和a基因都可以轉座。特殊性：只能轉座到MAT座位上。,屬于復制型轉座,.,30,2、果蠅的轉座子,從20世紀70年代以來，在黑腹果蠅的一些品系間雜交子代出現某些異常現象：如卵巢發育不全、分離比異常、高突變率、染色體畸變等。這種現象稱為雜種劣育。,.,31,F1（雜種劣育）,這是因為在P品系的細胞中有導致雜種劣育的遺傳因子，稱為P因子。,.,32,P因子的組成,4個外顯子：ORF0、ORF1、ORF2、ORF33個內含子：1，2，32個反向重復序列：31bp,P（2907bp）,123,.,33,123,相對分子質量66kDa,相對分子質量87kDa,M品系果蠅缺失該阻遏蛋白,.,34,雜交后代的細胞質的貢獻主要來源于母本,.,35,果蠅的轉座子,插入后在靶DNA序列形成8bp正向重復序列;切離：P因子可以從原來的位置上消失，這一過程稱為切離（excision）。P因子的位置和數目：不同果蠅品系的基因組中P因子的位置、數目均不相同（3050copy）。引起插入突變：P因子的插入而發生突變的基因有白眼（w）、焦剛毛（sn）、黃體（y）等。其他轉座子：Copia、412、279、Tip、FB等。,.,36,正向重復,反向重復,.,37,3、玉米的轉座子,美國遺傳學家BarbaraMcClintock發現玉米籽粒色斑不穩定遺傳現象，于1951年第一次提出轉座子的概念，當時她把這種可以轉移的染色體因子稱為抑制基因（inhibitor，I）。,.,38,.,39,Ac-Ds家族,Ds：dissociate解離因子，在9號染色體上，是轉座酶基因有缺失的Ac元件，需有Ac的存在才起作用，為非自主元件。Ac：activator激活因子，在9號染色體的另一染色體上，該元件為4563bp。具有活性的轉座酶基因，可自主移動，為自主元件。,.,40,AcDs結構示意圖,轉座酶,.,41,玉米的轉座子的類型,自主轉座子：Ac(可自主移動)非自主性轉座子：Ds(不可自主移動),轉座子,非復制型轉座,.,42,玉米的解離因子Ds（dissociate）,9,Ac基因缺失時，Ds不能轉座,Ac基因存在時，能激活Ds轉座,Ds插入某基因后使得該基因突變,Ds也可以從該基因中移走，使得該基因發生回復突變,.,43,.,44,玉米的轉座子的特點,玉米中除了Ds一Ac系統以外，至少還有5個轉座子系統都是由2個成分組成，這也是玉米等植物和其他真核生物轉座子的一個重要的區別。如Spm-dSpm：兩個成員（Spm因子和較小的dSpm因子），dSpm為Spm因子內部發生缺失后形成的轉座子，但能獨立轉座。,.,45,4、人類基因組中的轉座子,長散在重復序列(LINE)短散在重復序列(SINE)反轉錄病毒類轉座子序列DNA轉座子序列,.,46,長散在重復序列(LINE),可自主性轉座的反轉錄轉座子L1：6500bp，以富含A序列終止，兩個閱讀框（ORF1和ORF2）。與人類疾病有關，如：兩個缺失突變的L1插入到凝血因子基因中，阻斷該基因的表達，引發了血友病A。隨后又在凝血因子基因(1種)，Duchenne型肌營養不良(DMD)基因(3種)、多發性結腸腺癌(APC)基因(1種)和珠蛋白基因(1種)中發現了其他6種L1插入片段。,.,47,短散在重復序列(SINE),非自主性轉座的反轉錄轉座子（無反轉座酶基因），能依賴L1或借用宿主中的反轉座酶基因進行轉座。Alu家族：成員豐富，約300bp，兩端具有短正向重復序列，有一Alu位點。,；,.,48,第四節轉座機制與遺傳學效應,轉座機制轉座子的遺傳學效應,.,49,一、轉座的機制,DNA轉座機制1）復制型轉座2）非復制型轉座反轉錄轉座子的轉座機制1）反轉錄病毒的轉座機制2）Ty1/copia類反轉座子的轉座機制3）人類LINE反轉座子的轉座機制,.,50,1、DNA轉座機制1）復制型轉座（Tn3轉座子）,A.切開：轉座酶識別受體靶序列，切開兩條單鏈形成粘性末端；B.連接：轉座子與切開的受體DNA鏈結合形成共聯體。C.復制：DNA聚合酶補齊缺口，由連接酶連接，形成兩個正向重復序列。D.重組：在特定位點進行重組，共聯體分離形成兩部分，一個含有原來的轉座子，另一個通過轉座插入了轉座子序列。,.,51,轉座酶,共聯體,DNA聚合酶DNA連接酶,通過重組分成兩部分,形成兩個正向重復序列,.,52,2）非復制型轉座,原理：斷裂和重接反應使靶序列重構，只有靶位點發生重連，而供體鏈仍保持裂缺，不形成共聯體。例：Tn10非復型轉座,.,53,Tn10非復型轉座機制,.,54,2、反轉錄轉座子的轉座機制,RNA病毒的線性基因組,1）反轉錄病毒的轉座機制反轉錄病毒將其RNA基因組的DNA拷貝插入宿主細胞的染色體中而產生的。,.,55,正向重復序列,長末端重復序列,U3左端丟失2bp,U5右端丟失2bp,.,56,a.整合酶在LTR的3端切除2bp,b.整合酶在靶DNA上產生交錯切口,c.整合酶將LTR的3端與靶DNA的5端相連,反轉錄病毒DNA的整合,.,57,2）Ty1/copia類反轉座子的轉座機制,Ty1：兩端為正向重復序列（LTR，約340bp）。含兩個閱讀框：TyA相當于gag基因，TyB相當于pol基因。但沒有env基因。轉座機制與反轉錄病毒的整合機制類