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1、轉座子概述轉座子概述主講內容主講內容一、轉座子的概念一、轉座子的概念二、轉座子的分類二、轉座子的分類三、轉座發(fā)生的機制三、轉座發(fā)生的機制四、真核生物的轉座因子四、真核生物的轉座因子 轉座子轉座子（transposon,簡稱簡稱Tn）, 又稱易位子，是指存在于染色體DNA上可以自主復制和移位的一段DNA序列。 轉座子可以在不同復制子之間轉移轉座子可以在不同復制子之間轉移，以非正常重組方式從一個位點插入到另外一個位點，對新位點基因的結構與表達產生多種遺傳效應。一、概念一、概念Ac-Ds轉座元件轉座元件v1951年年McClintock-麥克林托克麥克林托克提出轉座（提出轉座（Transpositi

2、on）和跳躍基因和跳躍基因(jumping gene)的新概念；的新概念；v1967年年Shapiro才在才在E.coli中發(fā)現了轉座因子（中發(fā)現了轉座因子（transposable element）。）。Barbara McClintock(1902-1992)Nobel Prize for Physiology or Medicine 1983二、轉座子的分類二、轉座子的分類1、插入序列、插入序列(insertional sequence IS)q 特征：特征：v兩端都有短的兩端都有短的4-15bp的的正向重復序列正向重復序列( (direct repeats, DR) ) （靶序列）；（

3、靶序列）；v末端有末端有略長的略長的15-25bp的的反向重復序列反向重復序列( (inverted repeats, IR) )；v1kb左右的編碼區(qū)，它僅編碼和轉座有關的左右的編碼區(qū)，它僅編碼和轉座有關的轉座酶轉座酶。IS序列的結構特征比較序列的結構特征比較長度長度(bp)兩段倒置重兩段倒置重復區(qū)復區(qū)(bp)靶位點正向靶位點正向重復區(qū)重復區(qū)(bp)靶位點靶位點IS1768239隨機IS21327415有熱點IS414281811或12AAAN20TTIS51195164有熱點IS10R1329229NGCTNAGCNIS50R153199有熱點IS9031057189未知2、復合轉座子（、

4、復合轉座子（composite transposon）復合轉座子是一類帶有某些復合轉座子是一類帶有某些抗藥性基因抗藥性基因（或其他宿主基因）（或其他宿主基因）的轉座子，其兩翼往往是兩個相同或的轉座子，其兩翼往往是兩個相同或高度同源高度同源的的IS序列序列。the arms that are direct repeats the arms are inverted repeats 復合轉座子的中心區(qū)攜帶有標記復合轉座子的中心區(qū)攜帶有標記(如抗藥性如抗藥性)，兩側有，兩側有IS 序列。每個序列。每個IS 具有短的末端重復。具有短的末端重復。部分復合轉座子的結構和功能部分復合轉座子的結構和功能轉座子

5、轉座子所攜帶的所攜帶的 基因基因總長度總長度(bp)末端末端IS序列序列的長度的長度(bp)末端末端IS序序列的方向列的方向Tn5KanR57001500反向Tn9CamR2638768正向Tn10TetR93001400反向Tn903KanR31001050反向3、復雜轉座子：復雜轉座子：TnA家族家族 攜帶轉座和耐藥等基因的獨立體家族。TnA家族帶有3個基因，其中一個編碼-內酰胺酶(AmpR),另兩個則是轉座作用所必需的。所有TnA類轉座子兩翼都帶有38bp的倒置重復序列。轉座子轉座子TnA的結構示意圖的結構示意圖轉座過程轉座過程 轉座酶（轉座酶（transposase）催化）催化IS的轉

6、座，它由的轉座，它由IS編碼。編碼。 首先首先轉座酶轉座酶交錯切開宿主靶位點，然后交錯切開宿主靶位點，然后IS插入，與宿主的插入，與宿主的單鏈末端相連接，余下的缺口由單鏈末端相連接，余下的缺口由DNA聚合酶和連接酶聚合酶和連接酶加以填加以填補，最終插入的補，最終插入的IS兩端形成了兩端形成了DR(Direct repeat)或靶重復。或靶重復。DNA轉座的一般模式轉座的一般模式三、轉座作用的機制三、轉座作用的機制1、復制型轉座、復制型轉座(Replicative transposon)：在相互作用時，轉座子被復制，轉座實體是原轉座子的一個拷貝。轉座子中作為移動的部分被拷貝。一個拷貝保留在原位點

7、，而另一個則插入到新的位點。 復制型轉座產生轉座子的一個拷貝，由該拷貝插入到受體位點，復制型轉座產生轉座子的一個拷貝，由該拷貝插入到受體位點，供體位點序列不變，因此供體和受體位點都有一個拷貝的轉座子。供體位點序列不變，因此供體和受體位點都有一個拷貝的轉座子。2、非復制型轉座、非復制型轉座(Nonreplicative transposon)：轉座因子做物理性運動，直接從一個位點轉移到另一個位點。這種轉座過程中涉及到轉座子從供體DNA的釋放，機制需要一個轉座酶。非復制型轉座導致轉座子插入到靶位點以及從供體位點丟失。非復制轉座中轉座子僅從供體位點向受體位點做物理性移動，從而非復制轉座中轉座子僅從供

8、體位點向受體位點做物理性移動，從而 在供體位點造成鏈的斷裂，若斷裂不被修復，后果將是致命的。在供體位點造成鏈的斷裂，若斷裂不被修復，后果將是致命的。3、保守型轉座、保守型轉座(Conservitive transposon)：描述了另一種非復制型轉座，在這種情況下，通過一系列事件，轉座元件從供體位點上切除，然后插到靶位點上。在這一過程中，堿基是保守的。運用這一機制的轉座子較大，不僅可以轉移轉座子本身而且還以將供體菌的DNA 轉移到另一個細菌。 保守性轉座只是序列的直接移動，沒有核苷酸鍵的損失，保守性轉座只是序列的直接移動，沒有核苷酸鍵的損失，原位點沒有鏈斷裂。這與原位點沒有鏈斷裂。這與噬菌體的

9、整合、刪除有相似性。噬菌體的整合、刪除有相似性。轉座作用的遺傳學效應轉座作用的遺傳學效應 轉座子引發(fā)了許多遺傳變異，如基因重排及質粒-染色體DNA整合等，DNA轉座的遺傳學效應主要有以下幾個方面： 轉座引起插入突變；轉座引起插入突變； 轉座產生新的基因；轉座產生新的基因； 轉座產生的染色體畸變；轉座產生的染色體畸變； 轉座引起的生物進化。轉座引起的生物進化。轉座引起插入突變轉座引起插入突變各種IS、Tn轉座子都可以引起插入突變。如果插入位于某操縱子的前半部分，就可能造成極性突變，導致該操縱子后半部分結構基因表達失活。轉座產生的染色體畸變轉座產生的染色體畸變當復制性轉座發(fā)生在宿主DNA原有位點附

10、近時，往往導致轉座子兩個拷貝之間的同源重組，引起DNA缺失或倒位。若同源重組發(fā)生在兩個正向重復轉座區(qū)之間，就導致宿主染色體DNA缺失；若重組發(fā)生在兩個反向重復轉座區(qū)之間，則引起染色體DNA倒位。正向重復正向重復之間的互惠(Reciprocal)重組會將它們之間的序列切除，中間區(qū)域會以環(huán)狀DNA 的形式被切除(從細胞中消失)；染色體仍保留正向重復的一個拷貝。兩個正向重復的交互重組會把二者之間的序列刪兩個正向重復的交互重組會把二者之間的序列刪 除掉，每個重組產物只含一個拷貝的正向重復。除掉，每個重組產物只含一個拷貝的正向重復。兩個倒轉重復的交互重組將會把二者之兩個倒轉重復的交互重組將會把二者之間的

11、序列反向排列間的序列反向排列(但穩(wěn)定存在但穩(wěn)定存在)。反向重復反向重復之間的區(qū)域被倒置；它們自身還可進一步倒位。一個倒轉模序的復合轉座子在基因組內是一種穩(wěn)定的元件，盡管中心區(qū)的方向可能因重組而倒轉。轉座引起的生物進化轉座引起的生物進化由于轉座作用，使原來在染色體上相距甚遠的基因組合到一起，構建成一個操縱子或表達單元，可能產生新的生物學功能的基因和新的蛋白質分子。轉座產生新的基因轉座產生新的基因如果轉座子上帶有抗藥性基因，它一方面造成靶DNA序列上的插入突變，同時也使這個位點產生抗藥性。四、真核生物的轉座因子四、真核生物的轉座因子1.玉米中的控制因子玉米中的控制因子2.果蠅中的轉座子果蠅中的轉座

12、子玉米中的控制因子玉米中的控制因子 玉米基因組中含有幾個控制元件家族。每個家族玉米基因組中含有幾個控制元件家族。每個家族的成員可分為兩類：的成員可分為兩類：（1）自主控制元件）自主控制元件 Autonomous controlling element 特點：具剪切和轉座的功能特點：具剪切和轉座的功能 (2) 非自主控制元件非自主控制元件 Nonautonomous controlling element 特點：單獨存在時是穩(wěn)定的；可被自主控制元特點：單獨存在時是穩(wěn)定的；可被自主控制元件激活件激活 玉米中研究得比較清楚的兩個控制因子玉米中研究得比較清楚的兩個控制因子Ac-Ds系統(tǒng)系統(tǒng)(activ

13、ator-dissociation system) ：即激活：即激活-解解離系統(tǒng)，通過非復制型機制進行轉座離系統(tǒng)，通過非復制型機制進行轉座Spm-dSpm系統(tǒng)系統(tǒng)(suppressor-promoter-mutator):即抑即抑制制-促進促進-增變系統(tǒng)增變系統(tǒng) Ac-Ds系統(tǒng)系統(tǒng): Ac:v 大部分自主因子大部分自主因子AC中含中含5個外顯子的單個基因，其產物是轉座個外顯子的單個基因，其產物是轉座酶，酶，v 末端末端11bp的的IR和和8bp的的DR，DR是由靶位點重復而成。是由靶位點重復而成。 Ds:v 各種各種Ds因子的長度和序列都不相同，但和因子的長度和序列都不相同，但和Ac相關。其末

14、端同樣相關。其末端同樣有有11bp的的IR。v Ds比比Ac短，其缺失的長度不同，一個極端的例子是短，其缺失的長度不同，一個極端的例子是Ds9因子僅因子僅缺失缺失194bp，另一個例子是，另一個例子是Ds6因子長僅有因子長僅有2.5kb，相當于，相當于Ac兩端兩端各各1kb。自主的自主的Ac 元件大部分長度都被一個含五個外顯子的基因占據。其產物是轉座元件大部分長度都被一個含五個外顯子的基因占據。其產物是轉座酶。酶。 元件末端為一個元件末端為一個11bp的反向重復序列；在靶序列在插入位點形成的反向重復序列；在靶序列在插入位點形成8bp重重復。復。Spm-dSpm系統(tǒng)系統(tǒng):Spm:v 自主性因子自

15、主性因子,具有轉座、整合和解離活性；具有轉座、整合和解離活性；v 兩端各有一個兩端各有一個13bp的倒置重復序列，在其靶的倒置重復序列，在其靶DNA位點復制形成位點復制形成3bp的正向重復。的正向重復。 dSpm(defective Spm):v 非自主性因子，所有非自主性因子，所有dSpm都是功能性都是功能性Spm的缺失突變體；的缺失突變體；v Spm-dSpm系統(tǒng)在功能上與系統(tǒng)在功能上與Ac-Ds系統(tǒng)相似，也可以引入基因的系統(tǒng)相似，也可以引入基因的插入突變，影響結構基因表達，還能導致染色體斷裂。插入突變，影響結構基因表達，還能導致染色體斷裂。Spm/En有兩個基因，有兩個基因，tnpA 有

16、有11 個外顯子，經轉錄拼接產生個外顯子，經轉錄拼接產生2500bp 的的mRNA，tnpB 的的6000bpmRNA中包含中包含ORF1和和ORF2。果蠅中的轉座子果蠅中的轉座子P轉座子轉座子(P element)是果蠅中誘發(fā)是果蠅中誘發(fā)雜種不育雜種不育(hybrid dysgenesis)的轉座子。的轉座子。P轉座子有兩種類型：轉座子有兩種類型：全長全長P因子：因子：長長2907bp，兩端有，兩端有33bp的反向重復序列的反向重復序列(IR)， 有有4 個外顯子個外顯子(4個個ORF)，編碼轉座酶；，編碼轉座酶；缺失型缺失型P因子：因子：不能編碼轉座酶，依賴于全長不能編碼轉座酶，依賴于全長

17、P因子才能轉因子才能轉座移動。座移動。缺失型缺失型P因子都是活性因子都是活性P因子的中段缺失型衍生物。因子的中段缺失型衍生物。長度長度從從0.5kb到到1.4 kb不等。不等。果蠅果蠅P 成分有四個外顯子，前三個拼接到一起在成分有四個外顯子，前三個拼接到一起在體細胞表達，四個拼接到一起在生殖細胞中表達。體細胞表達，四個拼接到一起在生殖細胞中表達。 在體細胞中，只有前兩個內含子被順利切除，第三個內含子未除去，RNA剪接不完整，產生前3個外顯子的功能型mRNA，被翻譯成66103bp的轉座酶，是沒有生物學活性的。這就是P因子在體細胞中轉座的抑制元件。 在殖細胞中，三個內含子都被成功切除，RNA剪接

18、完整，產生的成熟mRNA包括全部4個外顯子，并被翻譯成87103bp的轉座酶，導致P因子轉座和配子敗育。 v P因子因子“雜種不育雜種不育”(hybrid dysgenesis)。v P型型(父本貢獻的，父本貢獻的，paternal contributing) 帶有全長和缺失帶有全長和缺失型型的的P因子因子v M型型(母本貢獻的，母本貢獻的，maternal contributing) 不含全長不含全長P因子或只含缺失的因子或只含缺失的P因子因子v P（）（）M（）（） 后代不育后代不育v M（）（）P（）（） 后代可育后代可育雜種不育是不對稱的，它是由雜種不育是不對稱的，它是由P品系的雄果蠅和品系的雄果蠅和M品系的雌果蠅雜品系的雌果蠅雜交產生的，但交產生的，但M品系的雄果蠅和品系的雄果蠅和P 品系的雌果蠅不會產生雜種不育。品系的雌果蠅不會產生雜種不育。雜種雜種不不育：育：當P品系雄果蠅和M品系雌果蠅交配時，可能由于雄果蠅DNA的進入而突然生成了轉座酶，結果使很多的P因子發(fā)生轉座，造成插入突變。這樣雜交生下的子代出現染色體畸變和生育力下降。Thank for your attention!