转座因子

识别的靶序列5--9bp，转座后，在寄主DNA上产生同向重复。
IS因子插入细菌染色体上可以产生各种效应，这取决于其 插入的方向，IS因子虽然不含有其它编码蛋白质的结构基因，
但是它们可以含有转录终止子（transcriptional terminator) 或
McClintock认为原来的C突变（无色素）是由一个“可 移动的遗传因子”，即解离因子（dissociator）Ds的插入所 引起，它插入到C基因中。另一个可移动的因子是激活因子 Ac（activator），它的存在激活Ds转座进入C基因或其他基 因中，也能使Ds从基因中转出，使突变基因回复，这就是 著名的Ac－Ds系统。
②类反转录病毒元件 在酵母、植物和动物中存在，虽在碱基长度和核苷酸序列上不 同，但具有一个相同的基本结构：编码区位于中间，两侧都有相 同方向的长末端重复序列（long terminal repeats, LTR），所以， 类反转录病毒转座子又称LTR反转录转座子。
其中间编码区只包含少数几个基因，通常只有两个，它们与 反转录病毒中的gag和pol基因是同源的，gag编码病毒衣壳的结 构蛋白，pol基因编码一个反转录酶/整合酶蛋白，这两蛋白在转 录过程中起重要作用。
某些转座子只采用一种转座机制，而另一些转座子可能具 备两种途径。如IS1和IS903就采用复制和非复制两种途径。 Mu噬菌体能从共同的中间体转变为两种途径中的一种。还有 些转座子存在着不同的转座机制交替使用，据此特征难以划 分它们的类型。
DNA区段无论以什么机制进行转座，其转座过程是有别
于同源重组过程。这些DNA序列的转座往往发生在非同源序 列之间，也不需要像细菌同源重组中Rec A等蛋白质的参与
反转录病毒: RNA →DNA →整合宿主靶DNA 病毒超 家族 非病毒超 家族

• 它的两端没有粘性末端，插入某基因中就 引起该基因突变。
• Mu噬菌体为一37kb的线状DNA，两端各 带一小段大肠杆菌的DNA，这与该噬菌体 插人大肠杆菌染色体上有关。 • 距末端不远处也有类似于IS的序列，但位 置不对称。靠近一端处存在与转座有关的A、 B基因，它们分别编码70000和33000两 种蛋白，在A、B与末端之间有一C区，对A、 B有负调控作用。
宿主 DNA
过量的 OUT－RNA 与其配对，抑制 IN－RNA 的转录
甲基化阻止转录酶和 DNA 结合
甲基化阻止转录酶合成 图 23- 46 几种抑制 Tn10 专座的机制，主要是通过控专座酶的合成来调节
主要类型转座子
类型
细菌插入序 列（IS）
结构特征
TIRs;转座酶和或拆 分酶编码基因 IS组份；抗药基因 TIRs;蛋白质编码 基因（有内含子）
+
另一条链也被切
受体也被交错切割
图 23-42 交换结构经剪切释放 后导致非复制型转座子插入到靶 DNA 中，DR 包在两侧，供体留 下了一个双链缺口。
供体被释放
Tn 连接到靶上
图 23-43 Tn 的两条链先后被切割，然后转座子与切开 的靶位点连接。
3 转座作用的遗传效应
• • • • 引起插入突变 产生新的基因 产生染色体畸变 引起生物进化
2 转座因子的发现和检出
1951年McClintock提出转座（Transposition）和
跳跃基因(jumping gene)的新概念；
1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子（transposable element）。
Barbara McClintock
(1902-1992)

2.1.4未分类的转座子

未分类的转座子包括粪链菌（ Streptococcus faecalis ） 的Tn916和金黄色葡萄球菌（Straphylococcus aureus） 的Tn554等，其转座方式与众不同。例如Tn916可以插 入到宿主的许多位点；但既非转化，又非转导；转移 过程抗DNaseI；无细胞提取液转移无效，足见转座要 有细胞的接触；然而Tn916可以原处切下，转移到同 一染色体的另一处，则又表明转座细胞无须接触。 Tn554无末端反向重复序列，却能高频插入宿主的特 异位点，插入处宿主DNA无重复。Tn916和Tn554的转 座机制，都还没有经过仔细研究。
2.2.2插入位置上出现的基因

如果转座因子上带有抗药基因，那么 它一方面造成一个基因的插入突变， 另一方面在这一位置上出现一个新的 抗药基因。对于Mμ来讲，这一位置上 出现了一个原噬菌体。
2.2.3造成插入位置受体DNA的 少数核苷酸对的重复

假 定 转 座 因 子 的 核 苷 酸 顺 序 是 XYZ ， 受 体 DNA的一部分核苷酸顺序是ABCD，插入位置 是在B和C之间，那么插入以后的受体DNA的 核苷酸顺序将是ABXYZBCD，其中B代表少数 核苷酸对（到现在为止发现的各种转座因子 中B 的数目是3-11bp）的重复。
2.2.6切离

转座因子可以从原来的位置上消失，这一 过程称为切离。准确的切离使插入失活的 基因发生回复突变，不准确的切离并不带 来回复突变，而是带来染色体畸变。通过 切离而消失的转座因子的命运还不清楚。
2.2.7质粒与染色体的整合

通过同源重组和转座作用使质粒与染 色体发生整合。
2.3转座机制（见5-1.5-2）
Байду номын сангаас

总结：以符号
• 用“::”表示各类转座子的插入，如： gal T::IS1 , gal E::IS4 , gal OP::IS1
第二节 细菌转座子的插入机制和转座模型
一、插入机制 • 靶序列DNA双链被交错切割 • 转座因子插入到切口处，两条链的各一端共价相连 • 靶序列的单链部分通过复制修补上，原来的靶序列转 座后变为转座子两侧的正向重复序列，其长度与Tn种 类有关，有的4bp有的9bp。
二、转座因子的遗传学效应
• 转座因子能引起许多遗传效应，主要包括：插入突变、 极性效应、DNA重排(缺失、扩增和倒位)等。 1. 插入突变 • 插入结构基因，引起钝化或失活，插入位点出现新基因。 如： lac + lac::Tn kmr 表型为 kmr Lac—，增加了卡那霉素抗性基因。 插入的基因被破坏后，有可能出现各种各样的突变体。
• 3. DNA重排(缺失、扩增和倒位) • (1)当一个转座因子插入后由于不准确的切离带来染色 体的畸变。如： hisG::Tn10 Tcr 表型His- Tcr 准确切离 不准确切离
his+ Tcs
his - Tcs
• (2) 插入区域有两个或以上转座子时，有时还会出现少 数核苷酸对的缺失、重复、倒位等。转座因子插入引 起缺失的原因推测可能是： – 首先一个转座子以相同方向转座到含有另一相同转 座子的邻近位置上，这两个正向重复的转座因子之 间发生同源重组，就导致宿主染色体上两个转座子 之间DNA片段的缺失。 – 同理，如果转座因子以相反方向转座到含有另一相 同转座子的邻近位置上，然后发生重组，引起宿主 染色体上两个转座子之间DNA片段的倒位。 – 当染色体外一个含有转座因子的DNA片段呈环型状 态时，与包含相同转座因子的染色体发生同源重组， 可以使染色体外的DNA片段整合到染色体上，引起 染色体DNA的扩增。

细
胞中能改变自身位置的一段脱氧核塘核酸 （Ｎ ）序 ＤＡ 列。转座因子改变位置（ 例如从染色体上的一个位置 转移到另一个位置， 或者从质粒转移到染色体上） 的行
为称为转座。 第一个转座因子是四十年代美 国遗 传学家 Ｂ ．麦
图 １ 转座子 Ｔ ３的分子结 构示意图 ｎ Ｉ ：末端反向重复顺序 ； Ｔ ｐ Ｒ ｎＡ：转座酶 基因 ：
转座 子：以 Ｔ ｎ表示， ＊ １Ｔ ２等。分子大 如 Ｔ ，ｎ ｎ 小一般在 ２００ ５００ ，０－２，０ 碱基对之间，两端有相同的
序 列， 如果它们的方向相反 ， 则称为反向重复顺序 Ｉ） Ｒｏ 某 些转座 子的 Ｉ 便是 已知的 Ｉ Ｒ Ｓ因子， 这些 Ｉ 既可 Ｒ 以作 为 Ｔ 的一个部分而转座， 可以 单独 转座。转 ｎ 也 座 子除 含有与转座有关的基因与核营酸序列外 ，还含 有一些其 他的基 因。 已发现近 ４ 种不同的转座子分别 ０ 带有不 同的抗菌 素抗性基 因， 乳糖基 因、 热稳定肠毒素
基 因编码 的转座酶在这一过程中是不可缺少的。Ｔ ｐ ｎＲ 基 因编码 的多肤除 了对 Ｔ ｐ 基因与 Ｔ ｐ ｎＡ ｎＲ基因本身 的表 达有 阻遏作用外 ，对于使共合体解开成为各带一 个 Ｔ３ ｎ 的两个质粒的过程也是不可缺少的。
４８
（ 下转第３页） ０
处有与转座有关的Ａ 基因与Ｂ 基因， ， 在Ａ Ｂ 基因与末 端之间还有一段不长的核营酸序列，这一序列编码的 产物对 Ａ Ｂ基因的表达有负控制作用。 ， 真核生物中的转座因子 玉米籽粒色斑的产
生、 果蝇复眼 颜色 的变异 、 啤酒酵母接合型的转换等现 象， 都与转 座因子 在染色体上 的转座有关。 果蝇的转座因子有 ｃ ｉ ４２ ２７ ｏ ａ １ 与 ９ 等，它们的 ｐ ， 两端都有同向的重复序列 ，这些重复序列的两端又有 较短的反向重复序列。 ｃｐ ｏｉ ａ分散在 染色体的不同位

第七章
细菌转座因子
转座因子（transposable element）是一类广泛存在于细菌、病 毒和真核生物DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片 段，它可以在同一细胞内DNA复制子间转移，也可以在一个 复制子内部转移。 转座因子的共同特征是：插入寄主DNA后，导致基因失活； 插入时在靶DNA位点产生一个短的正向重复顺序。
3. 复制型转座涉及到两种类型的酶：一种是转座酶，它作用 于原位点的转座因子的两端序列；另一种是解离酶 （resolvase），它作用于复制拷贝的拆分。
四、Mu噬菌体的转座
转座噬菌体是具有转座功能的一类可引起突变的溶源性噬菌 体。这类噬菌体不论是进入裂解循环还是处于溶源状态，均 可整合到寄主染色体上。其中研究得较多的是Mu噬菌体。 Mu噬菌体(mutator phage)，即突变者的意思，不同于一般的 温和噬菌体： 1) Mu DNA几乎可插入到宿主染色体的任何一个位点上，而 一般的温和噬菌体在宿主染色体上有特定插入位点。 2) Mu噬菌体DNA的两端没有黏性末端，它的整合方式不同 于λ噬菌体，而类似于转座因子的作用
1. Mu噬菌体的遗传图
宿主DNA
晚期mRNA 合成激活因子 lys
头部和尾部基因
可变化末 端的宿主 DNA
整合复制
c attL
AB
C
D E H F G I T J KL M Y N P
R S U U’ S’ attR
2. Mu噬菌体的转座及其生活史
MuCts突变，受高温 诱导进入裂解循环
C蛋白表达
2. 复杂转座子(TnA转座子)
复杂转座子的长度约5000bp，它的两端是长度为30-40bp的 末端反向重复序列(IR)或正向重复序列(DR)，中央是转座酶 基因和抗药性基因。

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2
一 转座因子的发现
Emerson于1914年发现玉米果皮花斑产生在于突变基因的不稳定性。 1938年Rhoades研究玉米糊粉层时也发现了基因的不稳定性：
最
转
初
座
认
因
为
子
是
引
双
起
突
花
变
斑
导
致
3
40年代初，McClintock 研究玉米花斑糊粉层和植株 色素产生的遗传基础发现色素变化与染色体重组有关。 染色体的断裂或解离（dissociation）有一个特定位点(Ds)。 Ds不能自行断裂，受一个激活因子（activator） Ac所控制。
❖ 反转录病毒首先被观察到的是以传染性病 毒颗粒的形式存在，并能在细胞间传播； 而反转座子是被当作基因组中的一部分而 被发现的，它们可以在基因组内进行转座， 但不能在细胞间迁移。
17
18
第二节 原核生物中的转座因子
根据分子结构与遗传特性可以分为三类。
一．插入因子（insertion sequence，IS）
转座子可以分为以下两种系统： ①. 复合转座子：IS因子抗菌素抗性片段 IS因子 。 ② 简单转座子：不含IS因子的Tn转座子。
22
复合转座子与简单转座子结构
23
三 Mu噬菌体（Mu）：
是E. coli 的温和噬菌体，溶源化后能起转座子作用。 Mu噬菌体也含有与转座ห้องสมุดไป่ตู้关的基因和反向重复序列。 Mu能够整合进寄主染色体，催化一系列染色体的重新 排列。
Ac因子由4563个核苷酸组成 一个由11个核苷酸组成 的未端反向重复区两个与转座有关的酶基因（一个大基因 和一个小基因）。

在交叉构造中，其交错末端都具有单链区，此单链区是为 DNA合成提供模板旳假复制叉(pseudoreplication forks)，假如复 制从二个假复制叉继续进行，那么将经过转座子并在其末端终 止，从而形成二个拷贝旳转座子。
供体和受体形成旳这种构造称为共整合体(cointegrate)。
所谓共整合体，就是两个或两个以上旳复制子经过共价键连 接在一起。共整合体在原来两个分子之间结合处具有两个转 座子旳拷贝，方向为正向反复。
IS21 2132 10/11 4
2
R68-45(铜绿假单孢菌
IS50 1534 8/9
9
3
Tn5(肠杆菌)
IS51 1311 26/26
3
2 萨氏假单胞菌
(Pseudomonase savastanoi)
IS91 1800 8/9
0
1 pSU233(肠杆菌)
IS150 1443 19/24 3
(4) 交错末端旳产生和填充解释了在插入部位产生靶DNA正 向反复旳原因。
转座因子旳插入引起靶序列反复 靶序列反复旳产生过程
图10-5 转座因子旳插入机制
2. 细菌转座因子旳转座模型
(1) 剪-贴型转座(cut-and-paste transposition)
此类转座又叫简朴插入，是一种非复制型转座过程。
5 Shigella flexneri
Tn501 8200 Hgr 38
5 Pseudomonase aeruginosa
Tn1000 (Υδ) 5800 无 37
5 E. coli
起源于G＋ 细菌
Tn551 5300 Ery(erythromycin) 35 5 Staphylococcus aureus

异常重组：机制不清楚。
定
义
研究简史 命名方法
前 言
研究简史
生物基因组的不固定性（基因的大小、 数目、位置、方向等） 1951年Barbaro McClintock首次在玉米中发 现可转移的控制成分 1967年在大肠杆菌中发现可转移的插入序列 此后，在细菌、酵母、果蝇、动物甚至人体 等基因组内发现了各种各样的转座因子 1983年Barbaro McClintock获诺贝尔奖
果蝇转座成分
P因子
P因子是真核生物中了解最清楚，应用最广泛，长3kb，31bp 的ITR，8bp的靶位点GGCCAGAC。2/3的P因子有缺陷，无功能。
真 核 转 座 子
返座子：转座机制与反转录病毒相似，遗传信息的流向从 DNA到RNA再到DNA。转移过程称返座（retroposition） （1）病毒大家族 逆转录病毒(全部) 反转录转座子（ 如酵母的Ty、果蝇 的Copia、玉米的BSI等）
转座机理 转座的遗传学效应
转座意义及其在遗传学 中的应用
引起基因的插入突变(包括极性突变); 产生靶序列DNA的同向重复; 介导复制子的融合; 成为调节基因活动的开关(内外源启动子); 引起基因的重排\缺失或倒位; 产生切离:精确切离与不精确切离 造成同源序列的整合, 如F因子整合到染色体形 成Hfr菌; 8. 果蝇的杂交不育(P因子)； 9. 鼠伤寒沙门氏菌鞭毛的相变。 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Tra
res
TnpR
Amp
原 核 转 座 子
IS
Tra
Tra
ORF ORF
Tra
Tn
Tra Tra
TnA
ORF
Tra
原 核 转 座 子

第五节微生物中的转座因子转座因子（transposable element，TE）是一类广泛存在于细菌、病毒和真核生物DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片段，它可以在同一细胞内DNA复制子间转移，也可以在一个复制子内部转移。

转座因子是20世纪40年代由Barbara McClintock在进行玉米的遗传学研究时首先发现的，她因此而荣获了1983年度的诺贝尔奖。

尔后在细菌中得到了广泛和深入的研究。

转座因子的共同特征是：插入寄主DNA后，导致基因失活；插入时在靶DNA位点产生一个短的正向重复顺序。

一转座子的发现和分类转座因子：是基因组内一段相对独立的、可移动序列，它们不必借用噬菌体或质粒的形式就可以从基因组的一个部位直接转移到另一个部位，这个过程称为转（transposition）。

转座子每次移动时携带着转座必需的基因一起在基因组内跃迁，所以转座子又称跳跃基因（jumping gene）。

转座子的转座特点（1）基因组内移动；（2）不依赖于供体与受体间的序列关系；（3）一般仅移动转座子序列本身。

根据转座因子的转座机理，将转座因子分为两类：第一类是DNA转座子(DNA transposon)，其转座过程是从DNA→DNA，这类转座因子存在于原核生物和真核生物中，如细菌的转座子和插入序列；第二类是反转座子(retrotransposon)，其转座过程是以RNA为中间体，即从DNA→RNA→cDNA → DNA转座。

二、细菌转座因子的类型和结构细菌转座因子分为四个类型：插入序列（insertion sequence，IS）转座子（transposon，Tn）转座噬菌体（Mu）接合型转座子一）、插入序列插入序列也称IS因子，它是最简单的转座因子。

IS因子的长度一般为0.7-2.5 kb。

⏹最简单的转座因子，不含任何宿主基因的可转座的DNA序列（insertion sequences, IS）。

⏹IS元件是独立的结构单位，每个元件只编码为自身转座所需要的蛋白质。

转座因子名词解释
转座因子（又叫可移，可动因子），是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。

一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。

这段序列称跳跃基因或转座子分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。

转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。

最简单的转座（因）子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列（IS），它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。

转座（因）子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。

转座噬菌体是一种溶菌周期和溶源性交替方式的噬菌体
Mu噬菌体
① 线形双链DNA分子，既有温和噬菌体的特性，又有转座子的特性。其DNA几 乎可以插入到宿主染色体的任何一个位点，可以诱导大肠杆菌突变。
② 噬菌体DNA的多个拷贝转座到染色体DNA的许多位点上，最终由这些染色
体上的转座单位进行噬菌体包装。
段正向重复序列。不同转座子的靶序列长度不同，但特定 转座子所复制的靶序列长度主靶细胞一小段（4~15bp）DNA，在IS序列 两端形成正向重复区
转座起始的时候形成“a
strand transfer complex ”
在这个复合物中，转座子通过
两侧各一条单链与位点连接。
（transposase)的编码基因。
转座酶识别末端重复序列，并可交错5bp切割靶DNA，使 转座子插入。 3.是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。
IR
Transposase Gene
IR
具体过程： 首先转座酶交错切开宿主靶位点，然后IS插入， 与宿主的单链末端相连接，余下的缺口由DNA聚 合酶和连接酶加以填补，最终插入的IS两端形成 了DR或靶重复。
切割-粘贴机制(cut-and-paste mechanism) 首先交错切开靶DNA，转座子插入到DNA上新的位点， 转座子连接到靶的凸出单链上，最后填补空缺完成转座。 转座时的插入作用有一个普遍特征：受体分子中有一段很 短的（3～12bp）、被称为靶序列的DNA会被复制，使
插入的转座子位于两个重复的靶序列之间，从而形成了一
转座产生新的基因
如果转座子上带有抗药性基因，在造成插入突变的同
时，也使该位点带上抗性
转座产生的染色体畸变
往往导致转座子两个拷贝之间的同源重组，一起DNA 缺失或倒位。

根据大量遗传学和细胞学研究结果, McClintock于 1951年提出了“ 转座因子”学说。 这些转座因子既可以沿染色体移动，也可以在不同染色体之间跳跃 ——又称为跳跃基因（jumping gene） 。 这是遗传学发展史中划时代的重大发现，将基因概念向前推进了一 大步。但这项划时代的成果并未受到当时同行们重视。 直到 20世纪60年代Jacob和Monod的乳糖操纵子模型和基因调控理 论发表后，特别是Shapiro在细菌中也发现了可转座的遗传因子后（图 13-3），这一 成果才被接受。
即：一个拷贝仍在原位，而另一个同样的拷贝插入新的位点。 在该转座过程中，伴随着转座子的拷贝数的增加。
复制转座由两种酶催化：转座酶 作用于原转座子的末端
解离酶 对已复制的拷贝起作用 TnA等一组相关的转座子的移动仅由复制转座机理而进行。 图-复制转座模型
RR
（2）非复制型转座 非复制转座： 转座因子作为一个物质实体（Physical entity） 直接从一个位点移向另一个位点（site）, 在 供体位点留下一个双链打断的断口。若不被修复 则将对供体基因组是致死的，插入序列和复合转
13.2.2 转座子
（1）复合转座子（composite transposons） 结构：比IS长得多，自身转座基因＋其它基因（抗药性基因） 不同的复合转座子的抗性标记不同 复合转座子两端的组件由IS和类IS组成 “两端”我们称为“Arms”， “Arms”可以是同方向的、也可以是反方向的。 一般，当一个复合型转座子两侧组件不同时，该转座子的转座作用主要依靠其中 一个组件的功能（Tn10中，IS10R） 维持复合型转座子的一个主要动力是对中心区所携带的标志的选择。一个 IS10结 构单位自身可以随意地移动，并且比Tn10的移动频率高一个数量级。 但对Tetr的选择可使Tn10维持在一起，因此在选择的条件下，完整的Tn10的转座 频率可明显增加。 IS元件所编码的转座酶的活性负责识别一个靶部位和识别转座子的末端。只有转 座子的末端可以作为转座的底物。