關于分子遺傳學反轉錄轉座子第1頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三6反轉錄病毒和反轉錄轉座子6.1引言

6.2反轉錄病毒生命周期

6.3反轉錄病毒基因的編碼產物

6.4反轉錄病毒中DNA的產生

6.5病毒DNA整合到染色體

6.6反轉錄轉座子的分類

6.7反轉錄轉座子在基因組進化中的作用

6.8反轉錄轉座子的應用第2頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三6.1引言◆必需中間體RNA參與的轉座(Transposition)是真核生物所獨有。◆反轉錄轉座子（Retrosposon,retrotransposon):

以RNA形式移動的轉座子，DNA元件轉錄成RNA，再反轉錄為DNA,然后插入基因組中某一新位點。◆

RNA依賴型轉座子范圍非常廣泛如：能自由地感染宿主細胞的反轉錄病毒自身；以RNA為中間體進行轉座的DNA序列；以及本身不具有轉座能力的元件。第3頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三6.2反轉錄病毒生命周期反轉錄毒（retrovirus）含有單鏈RNA基因組的兩份拷貝；整合的原病毒是雙鏈DNA序列；反轉錄病毒通過將其基因組反轉錄而產生原病毒；負責將RNA轉變為DNA的酶是反轉錄酶(reversetranscriptase),整合酶(integrase)負責將DNA整合到宿主基因組中，這兩種酶均由病毒基因組編碼;反轉錄病毒生命周期包括轉座樣事件。第4頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三艾滋病病毒(HIV)第5頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三反轉錄病毒顆粒示意圖(P295)第6頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三Retrovirusreplication(Theretroviruslifecyclep312)第7頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三逆轉錄病毒的繁殖周期①吸附于細胞表面的受體；②核侵入宿主細胞；③病毒RNA→轉錄為DNA；④以DNA為模板復制DNA；⑤部分整合于宿主細胞DNA形成前病毒；⑥前病毒利用宿主RNA聚合酶合成病毒RNA；⑦RNA再翻譯成蛋白質；⑧病毒粒的裝配；⑨病毒的出芽及包膜的形成。第8頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三ThereproductivecyclesofretrovirusesandretroposonsinvolvealternationofreversetranscriptionfromRNAtoDNAwithtranscriptionfromDNAtoRNA.Onlyretrovirusescangenerateinfectiousparticles.Retroposonsareconfinedtoanintracellularcycle.第9頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

Theretroviruslifecycleinvolvestransposition-likeevents

reversetranscriptaseintegraseRNA→DNA→RNA第10頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三6.3反轉錄病毒基因的編碼產物◆典型的反轉錄病毒含有3條基因：gag,pol,env

;◆反轉錄病毒的編碼產物是多聚蛋白質；◆

Gag和Pol蛋白由基因組的全長轉錄物翻譯而來；◆Pol蛋白的翻譯需要核糖體移碼；◆

Env由剪接過程產生的一種獨立的mRNA翻譯而來；◆三種蛋白質產物的每一種都可由蛋白酶加工產生出多種蛋白;第11頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三Thegenesoftheretrovirusareexpressedaspolyproteinsthatareprocessedintoindividualproducts.5%第12頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三反轉錄病毒顆粒示意圖(P295)gaggaggagenvenvpolpolpol第13頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三6.4反轉錄病毒中DNA的產生◆病毒RNA的每一個末端都有短重復序列(R),因而5`和3`端分別稱為R-U5和U3-R；◆tRNA引物結合到5`端的100~200bp位點后，反轉錄酶開始合成負鏈DNA；◆當酶到達末端，RNA的5`端就降解，接著露出DNA產物的3`端；◆暴露出的3`端與另一個RNA基因組的3`端配對；◆合成繼續進行，其產物兩端都產生重復序列，重復結構為U3-R-U5；◆當反轉錄酶利用DNA產物為模板合成互補鏈時，發生相似的鏈轉換,最終形成雙鏈DNA。第14頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三RetroviralRNAendsindirectrepeats(R),thefreelinearDNAendsinLTRs,andtheprovirusendsinLTRsthatareshortenedbytwobaseseach.envenvenv第15頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三MinusstrandDNAisgeneratedbyswitchingtemplatesduringreversetranscription.第16頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三SynthesisofplusstrandDNArequiresasecondjump.第17頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三MinusstrandDNAisgeneratedbyswitchingtemplatesduringreversetranscription.SynthesisofplusstrandDNArequiresasecondjump.第18頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三6.5病毒DNA整合到染色體◆原病毒兩個末端的LTR是相同的，U5的3`端由一個與U3的5`端相關的短反向重復序列組成，LTR本身兩端是以短的反向重復序列結尾。◆原病毒DNA在染色體上的組織與轉座子相同，在靶位點，原病毒的兩側都有短的同向重復序列；◆線性DNA被反轉錄病毒的整合酶直接插入到宿主染色體上；◆整合過程中反轉錄病毒序列的兩端各丟失2個堿基對。第19頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三Integraseistheonlyviralproteinrequiredfortheintegrationreaction,inwhicheachLTRloses2bpandisinsertedbetween4~6bprepeatsoftargetDNA.第20頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三6.6反轉錄轉座子分類類病毒超家族非病毒類超家族普通類型Ty（酵母）Copia（果蠅）LINESL1（哺乳動物）SINESB1/Alu（哺乳動物）聚合酶Ⅲ轉錄成的假基因末端特性長末端重復無重復靶位重復4-6bp16-621bp可讀框反轉錄酶/整合酶無組織可能含內含子無內含子第21頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三Retroposonsthatarecloselyrelatedtoretroviruseshaveasimilarorganization,butLINESshareonlythereversetranscriptaseactivity.第22頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三Retro-transpositionofnon-LTRelementsoccursbynickingthetargettoprovideaprimerforcDNAsynthesisonanRNAtemplate.Thearrowheadsindicate3ends.Forexample,LINESdonothaveLTRsandrequiretheretroposontocodeforanendonucleasethatgeneratesanicktoprimereversetranscriptionPrimingresultsfromnicking第23頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

真核生物基因組10-20%：編碼基因序列80-90%：各種重復序列串聯重復序列散在重復序列短散在元件長散在元件加工的逆轉錄重復6.7反轉錄轉座子在基因組進化中的作用第24頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三Fourtypesoftransposableelementsconstitutealmosthalfofthehumangenome.第25頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三問題

1、反轉錄轉座子在基因組中有什么作用？

第26頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

分散在真核生物基因組中的大量反轉錄轉座子構成了基因組的不穩定因素，可引起基因組序列的刪除、擴增、倒位、移位、斷裂、同源序列重組等現象。（1）如果插入到基因的3，和5，非翻譯區或內含子時可能會影響到基因的轉錄、轉錄后加工及翻譯；（2）如果插入在基因上游的調控區，其啟動子和增強子可能使鄰近沉默的基因得以表達；（3）當其插入到基因的編碼序列或啟動子序列中時可能會造成基因失活、基因活化及基因重排等現象。第27頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三總結：

研究表明在生物進化的過程中當一定的外源刺激激活后，反轉錄轉座子會經過反轉座作用產生新的拷貝插入到新的位點，造成生物的遺傳變異，在自然選擇和物種優化中起著一定的作用。已經發現反轉錄轉座子是引起插入突變、生物多樣性和重復序列產生的原因，也是基因組保持可塑性的原因。第28頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三6.8反轉錄轉座子的應用1、轉座子用于生物多樣性及遺傳連鎖分析2、利用轉座子鑒定功能基因3、植物性狀改良方面的應用第29頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

用于譜系中建立系統發生關系

SINEs以其拷貝數多、廣布于整個真核基因組、以及其插入的獨立性和不可逆性等特點，已經被用于動物分類中；Okada研究組首先從鮭魚基因組中分離并分析了3個SINE家族SmaⅠFokⅠ和HapⅠ,發現了SINE在鮭科魚類屬中間的特異分布。此后，以12種鮭科魚類為材料，分析HapⅠ家族中的幾個亞家族，結果推論這12種鮭魚分為3支并重建了系統發生樹。通過SINE拷貝數和特異核苷酸鑒別位點的分析，該研究組還討論了SINE在鮭科魚類進化史中的水平擴增歷程，并據此重建了太平洋和大西洋鮭科魚類的系統發生樹。1、轉座子用于生物多樣性及遺傳連鎖分析第30頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三②非LTR反轉錄轉座子也可作為分子標記來分析物種及屬間的遺傳多樣性，BrassicaSINE元件用于Cruciferae的遺傳多樣性研究，并分析Brassica栽培種和野生種間漸滲現象的發生程度。③反轉錄轉座子分子標記IRSP、REMAP、SSAP應用于構建遺傳圖譜，指紋圖譜、品種鑒定第31頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2、利用轉座子鑒定功能基因

1996年Hirchick等利用水稻反轉錄轉座Tosl建立了水稻基因敲除體系(geneknock-outsystem)1999年Sato等利用Tosl7基因敲除體系分離克隆了6個水稻knl型同源異型框基因，發現了引起水稻矮化的突變基因OSH15第32頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三3、植物性狀改良方面的應