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第10章 转座子在基因工程中的应用

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转座子在转基因动物中的应用

转座子在转基因动物中的应用

转座子（ｔｒａｎｓｐｏｓｏｎ）又称跳跃因子，其实质是基因组上不必借助于同源序列就可移动的ＤＮＡ片段，它们可以直接从基因组内的一个位点移到另一个位点。

自１９５１年美国Ｍｃ－Ｃｌｉｎｔｏｃｋ在玉米中首先发现了ＤＮＡ转座子（ＤＮＡｔｒａｎｓｐｏｓｏｎ）以来，转座子已成为各种生物的基因分析的有效工具之一。

不仅利用转座子诱变已找到原核生物的单性生殖基因［３］；而且在真核生物中，Ｐ－转座子的发现和运用极大地促进了果蝇遗传学的发展。

近来，一些其他的转座子元件，如ｈｅｒｍｅｓ，ｈｏｂｏ，ｍａｒｉｎｅｒ，ｍｉｎｏｓ和ｐｉｇｇｙＢａｃ已成功在Ｃｅｒａｔｉｔｉｓ、Ａｅｄｅｓａｅｇｙｐｔｉ、Ａｎａｓｔｒｅｐｈａｓｕｓｐｅｎｓｅ、Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａｖｉｒｉｌｉｓ、家蚕（Ｂｏｍｂｙｘｍｏｒｉ）以及包括鱼类、禽类在内的多种生物转基因中获得应用，２００５年７月复旦大学的丁昇在《ｃｅｌｌ》杂志上发表关于运用ｐｉｇ－ｇｙＢａｃ转座子作载体成功制作转基因脊椎动物———小鼠，更加显示了转座子作为转基因载体的优势与潜力。

１转座子的类型和基本结构１．１ＤＮＡ转座子ＤＮＡ转座子是以ＤＮＡ－ＤＮＡ方式转座的转座子，可通过ＤＮＡ复制或直接切出两种方式获得可移动片段，重新插入基因组ＤＮＡ中，导致基因的突变或重排。

但一般不改变基因组的大小。

根据转座的自主性，ＤＮＡ转座子又分为自主转座子（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｅｌｅｍｅｎｔ）和非自主转座子（ｎｏｎａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｅｌｅｍｅｎｔ），前者本身能够编码转座酶而进行转座，后者则要在自主转座子存在时才能够实现转座。

玉米的Ａｃ／Ｄｓ体系就是典型的一例。

活化子Ａｃ（Ａｃｔｉｖａｔｏｒ）属于自主转座子，解离子Ｄｓ（Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）属于非自主转座子，只有在Ａｃ存在时，Ｄｓ才能转座。

１．２反转录转座子反转录转座子不同于转座子，是以ＤＮＡ－ＲＮＡ－ＤＮＡ的途径来实现转座的，在整合酶的作用下新生成的以ＤＮＡ状态存在的反转录转座子整合到宿主基因组中。

转座子及其应用研究进展

转座子及其应用研究进展

转座子及其应用研究进展转座子是一种可以移动DNA序列的基因元件，同时也是基因工程中极其重要的技术工具之一。

鉴于它极其灵活的技术性和应用广泛性，自问世以来，一直备受科研人员的青睐和热情追捧。

在转座子的发现和应用进程中，有很多科学研究的成果和技术进展，为了更好地了解转座子及其应用领域的前沿研究情况，本篇文章将对其发展历程和应用研究进展进行概述。

1. 转座子的发现和进化转座子又叫跳跃基因，是指一种具有自我移动能力和自我克隆能力的DNA序列。

它广泛存在于生物界，从单细胞生物到哺乳动物都有它的足迹，对生物进化的角色也十分重要。

转座子最早发现于玉米中，其结构上的一些共性特征比如重复序列、反转录酶等使得它们被归于同一个家族，并被命名为“反转录转座子”。

进一步的研究使得人们发现，不同的转座子家族具有不同的结构特征和生物学功能。

随着技术的不断提高，越来越多的转座子被发现和鉴定，因此研究对象也不限于玉米等模式生物体系，而是包括了更高等级的生物，如细菌、酵母菌、果蝇、线虫、小鼠等，对转座子的探索也因此进入了一个全新的阶段。

2. 转座子在基因工程中的应用转座子具有很多优点，比如具备可重复性、高效率、精确性和广泛的适用性等特点。

这使得它在基因工程中成为了一种得力的利器。

一些应用研究已经表明，转座子系统可用于瞬间转移外源DNA到多种生物体中，并实现可控的、稳定的基因表达。

比如，转座子技术被应用于真菌、哺乳动物等体内外的基因转移和疾病治疗等多个项目中。

另外，转座子还广泛应用于基因编辑、肿瘤治疗、新药研发、农业生产和环境修复等领域。

转座子还可以用于基因靶向和剪接，基于基因编辑的基因测序技术最近引起了极大的关注。

它基本上是一种使用DNA剪切工具在细胞中添加或删除基因的方法，现已得到了广泛的应用。

因此，转座子在基因编辑中已有广泛的应用，尤其是在人体水平的基因编辑中，其发展前景可以说广阔无边。

3. 转座子在亚洲的研究我们现在已经了解转座子的发展历程和应用范围，我们进一步了解一下以亚洲为代表的一些转座子相关研究。

转座子在基因工程中应用的研究进展

转座子在基因工程中应用的研究进展

全基因组序列分析
斑马鱼 Danio rerio
全基因组序列分析
血红丛赤壳菌 Nectria haematococca
全基因组序列分析
水稻 Oryza sativa
全基因组序列分析
大豆疫霉菌 Phytophthora sojae
全基因组序列分析
家鼠 Rattus spp
全基因组序列分析
海胆 Strongylocentrotus purpuratus
1
反转录转座子不同于转座子，是以DNA-RNA-DNA的途径来实现转座，在整合酶的作用下，将新 生成的以DNA状态存在的反转录转座子整合到宿主基因组中。这样，反转录转座子在宿主基因组中的 拷贝数得到不断积累，从而使基因组增大。由于反转录转座子带有增强子、启动子等调控元件，所以 会影响宿主基因的表达。在生物进化过程中，反转录转座子起着不可忽视的作用。根据是否具有编码 反转录酶的能力，反转录转座子可分为两个家族: 自主性反转录转座子和非自主性反转录转座子；按 照序列结构中有无长末端重复序列(LTR) 又可分为有LTR反转录转座子和无LTR反转录转座子。自主 性反转录转座子包括内源性反转录病毒(ERV) 、LTR反转录转座子及长散在元件(LINEs)；非自主性反 转录转座子包括短散在元件(SINEs) 及修饰性反转录假基因(刘冬，2008)。
赤拟谷盗 Tribolium castaneum
全基因组序列分析
银锭夜蛾 Macdunnoughia crassisigna
同源克隆
表 1 来源：王建军，等，2009。
与其他转座子相比，piggyBac 转座子在昆虫纲中分布较少，但其却能在亲缘关系较远的物种中发
挥作用。目前，利用 piggyBac 转座子已经成功获得了多种转基因昆虫(表 2)。

逆转座子基因工程新技术

逆转座子基因工程新技术

逆转座子基因工程新技术1. 逆转座子是什么？说到逆转座子，很多人可能会皱眉头，觉得这听起来像是某种科幻小说里的生物武器，其实不然，逆转座子就是一种特殊的DNA片段，它们喜欢在基因组中“跳来跳去”。

想象一下，它们就像是基因界的小调皮蛋，时不时就来个“飞来飞去”，改变了一些基因的功能。

这种特性使得它们在进化和适应中扮演了重要的角色，就像是生物界的小翻转，让物种能够灵活应对环境的变化。

就好比我们打麻将，有时候一张牌的变化，就能让整局游戏翻天覆地。

1.1 逆转座子的神奇之处为什么说逆转座子这么神奇呢？它们不仅能够改变自己的位置，还能影响周围的基因。

就像你在派对上搞笑，不小心影响了全场的气氛，搞得大家都跟着你笑。

这种基因“搞笑”行为，有时候能带来意想不到的好处，比如提高植物对环境的抵抗力，或者使动物更适应新的栖息地。

但有时候，逆转座子的“调皮”也可能造成一些问题，比如导致基因突变，这可就麻烦了。

1.2 逆转座子在基因工程中的应用那么，逆转座子在基因工程中有什么用呢？科学家们发现，它们可以作为一种强有力的工具，来帮助我们进行基因编辑。

想象一下，如果你能像修剪花园一样修剪基因，去掉那些不需要的部分，留下美丽的花朵，那多好呀！通过利用逆转座子，科学家们可以精确地编辑基因，甚至可以用它们来创造出更高产、更抗病的作物，真是对农民们的一大福音。

2. 逆转座子基因工程新技术的出现现在，随着科技的发展，逆转座子的基因工程技术也有了新的突破。

就像我们从黑白电视机跳到高清智能电视一样，技术的更新换代真是飞速。

最新的技术使得我们能够更容易地控制逆转座子的移动，就好比我们在游戏中可以自由地操控角色，想去哪里就去哪里。

这样一来，科学家们在基因编辑上就能更加得心应手，减少意外的突变发生。

2.1 技术的优势这一技术的最大优势之一就是高效性。

以前的基因编辑技术往往需要繁琐的步骤，像做一道复杂的数学题。

而现在，利用逆转座子，科学家们可以大大简化这个过程，就像做简单的加减法，省时又省力。

转座子和行动子在遗传学和基因编辑中的应用

转座子和行动子在遗传学和基因编辑中的应用

转座子和行动子在遗传学和基因编辑中的应用转座子和行动子是一种可以移动的基因元件，对于基因组的进化和变异起到了至关重要的作用。

这两种基因元件在遗传学和基因编辑中也扮演着非常关键的角色。

在遗传学中，转座子和行动子能够引起基因组的变异和重组，从而导致表型的差异。

这种变异机制被广泛应用于研究动植物行为、遗传疾病、种群进化等方面。

例如，人类基因组中的Alu重复序列就是一种典型的转座子，它在人类演化过程中扮演了重要的角色。

某些种群中Alu重复序列数量的变异会导致遗传性疾病的发生，同时也可能影响人类的智力和认知能力。

类似地，在植物中，转座子和行动子的移动可以导致基因组重组，进而产生新的物种、新的生态适应等。

近年来，行动子在基因编辑中也被广泛应用。

基因编辑是一种能够直接修改基因组的技术，这种技术可以帮助人们预防、治愈各种遗传性疾病。

行动子技术的应用可以通过切除、替换或增强目标基因的表达来产生所需的遗传效应。

例如，最近研究人员利用基因编辑技术和行动子引导RNA（gRNA）技术，对小鼠模型进行基因编辑，成功生成了一个长期的、可控的癫痫小鼠模型，证明了这种基因编辑技术在研究神经系统疾病方面的应用前景。

当然，转座子和行动子在基因编辑中还存在一些挑战。

例如，在进行基因编辑时，转座子和行动子的不准确性使得难以进行精确的基因编辑，因为它们往往会移动到不期望的位置，导致不可预测的结果。

此外，在某些基因组中，转座子和行动子的数量和类型非常复杂，因此在基因编辑时需要更精细的控制和监测。

总体来说，转座子和行动子在遗传学和基因编辑中都扮演着非常重要的角色。

随着技术的不断进步，我们相信这两种基因元件将在未来的遗传学和治疗学中发挥更加重要的作用，促进我们对基因组的理解和掌握。

植物基因组中的转座子研究及其应用

植物基因组中的转座子研究及其应用

植物基因组中的转座子研究及其应用转座子是一个有趣而又神秘的基因组元素。

虽然它们被视为“DNA垃圾”，但它们却在進化中扮演了很重要的角色。

转座子是自适应进化的“引擎”，可以改变基因组结构、创造多种基因功能以及促进基因组重塑。

同时，他们对基因的功能输出和基因的调控也有一定的影响。

在植物学中，植物基因组中的转座子一直是一个热门的研究课题。

在这篇文章中，我们将探讨植物基因组中的转座子研究及其应用。

一、什么是转座子？转座子是指一类可以在基因组中“跳跃” 的DNA序列。

与传统的基因不同，转座子不具有明确功能，不能编码或调控蛋白质的合成，也不能直接影响细胞的代谢过程。

然而，它们能够通过裂解、复制和负责他的转移，实现在基因组内的位置乱跳，并插入到新的基因组位点上。

这种行为对于染色体的稳定性和连续性产生很大的影响，也能够在基因组重塑时起到很重要的作用。

转座子由于其具有特殊的靶向和剪切机制，所以是几亿年来基因组重构的主要参与者之一。

与此同时，它们也是基因组进化的核心因素之一，促进了基因的适应性变化、灵活性增强和多样性生成。

因此，转座子一直都是基因组学和机理生物学领域的一个重要研究对象。

二、植物基因组中的转座子在植物的基因组中，转座子构成了大约50%的重复序列。

这些转座子的类型也非常繁多，可以分为四大类，分别是选择性反转录转座子（SINEs）、长转座子（LINEs）、短转座子（SINEs）和简单的转座子（Simple Transposons，STs）。

其中，SINEs和LINEs是两种较为常见的转座子，分别占据了基因组中35%和20%的比例。

SINEs由一个短的一级结构单元（core region）和一个可变长度的非一级结构单元（variable region）组成。

它们的由逆转录酶（reverse transcriptase）驱动插入到基因组内。

与SINEs不同，LINEs是一种长序列，长度一般从1kb到6kb不等。

转座子在转基因动物中的应用

转座子在转基因动物中的应用

必借 助 于 同源序 列就 可 移动 的Ｄ Ａ 段 ．它 们 可 Ｎ 片
以直 接 从 基 因组 内 的 一个 位 点 移 到 另 一 个 位 点
自 １５ 年 美 国Ｍｃ ｌ ｔ ｋ 玉 米 中 首 先 发 现 了 ９１ Ｃｉ ｏ 在 ｎ ｃ Ｄ Ａ 座 子 以来 ．转 座子 已成 为各 种 生 物基 因分 Ｎ 转
的产 生 与填 补说 明 了靶Ｄ 在插 入 位 点存 在 正 向 ＮＡ 重复 ．两 条链 上 切 口之 间 的交 错取 决 于正 向重 复
的长 度 因此 ．每个 转 座子 所 特有 的靶 重复 序 列
存 在 时 才 能 实 现转 座 。 玉米 的Ａ ｉ ｓ 系 就 是 典 ｃＤ 体 型 的 １ 。活 化 子 Ａ 属 于 自 主 转 座 子 ．解 离 子 例 ｃ Ｄ 属 于非 自主转座 子 ．只有 在Ａ 存 在时 。Ｄ 才 能 ｓ ｃ ｓ
座子 及长 散 在元 件 （Ｉ Ｅ ） ＬＮ ｓ ；非 自主 性 反转 录转
座子 包 括 短 散 在元 件 （ Ｉ Ｅ ）及 修 饰性 反转 录 ＳＮ ｓ
假基因。 ２ 转 座子 的转 座机 制
转 座 子都 具 有 编码 与 转座 作 用有 关 的酶— —
转 座 酶 的 基 因 ．而 末 端 大 多 数 都 是 反 向重 复 序
列 转 座酶 既识 别转 座 子 的两 末端 ．也 能与 靶位
种 方 式 获 得 可 移 动 片 段 ．重 新 插 人 基 因 组 Ｄ Ａ Ｎ 中 ．导致 基 因 的突变 或 重排 ．但 一 般 不 改变 基 因 组 的大小 。根 据 转座 的 自主性 ．Ｄ Ａ转 座子 又分 Ｎ 为 自主转 座 子和 非 自主转 座 子 ．前 者 本身 能 够 编
的发 展 。 １ 转 座 子的类 型和 基本 结构 １１ Ｄ Ａ转 座 子 ． Ｎ Ｄ Ａ 座 子 是 以Ｄ Ａ Ｄ Ａ方 Ｎ 转 Ｎ — Ｎ 式转 座 的转 座子 ．可通 过Ｄ Ａ复 制或 直 接切 出两 Ｎ

转座子在基因工程中的应用共22页文档

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40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯

第10章 转座子在基因工程中的应用

第10章 转座子在基因工程中的应用
克隆中，再对转座子两端序列进行亚克隆，这便是被转座子插入的基因序列。
报告基因 T-DNA-SAc T-DNA-Ds 标记基因2
诱导启动子 标记基因1
亲株1 杂交
强诱导培养 报告基因的表达 自交或杂交
亲株2
Ds 报告基因
F1 (SAc+Ds)
酿酒酵母中有控制a与α 两种接合型的两个基因a与α 。这两个基因都能 转座。
当a 基因从它的位置HMR转座到MAT位置后便能表达，细胞就成为a接
合型；
当α 基因从它的位置HM L转座到MAT后，原来在M AT上的a基因消失，
α 基因得以表达，细胞便能转换成α 接合型。这两个转座子具有明显的 生理功能，它们与其他转座子不同之处是只能转座到M AT这一个位置 上，而其他的转座子几乎可以转座到该基因组中任何位置上。
同时也可以识别自身两边的反向 重复序列，并在3′端切开。
连接 ：供体和受体结合成为共联体 ， 其过程是使供体切下IS或Tn3反向重复 序列末端和受体黏性末端以共价链齐头 相连，形成两个“缺口” 。 复制：由DNA多聚酶进行修补复制补 上缺口，由连接酶连接。于是在IS两端 形成了两个正向重复序列（ DR） ，一 般为5～ 9 bp，最长的12 bp。 重组：在特定位点（黑色部分）进行重 组，结果共联体分离形成两部分，一个 是原来含有转座子的序列，另一个是通 过转座插入了转座子的序列。
2. 转座子类型
转座子是染色体DNA上可复制和移动的DNA序列。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，可分插入序列 （ insertion sequence， IS）、转座子（ transposon，Tn）、Mu 噬菌体 （ Mu phage）。按转座方式分复制性和非复制性转座子。

转座子在基因工程中应用的研究进展

转座子在基因工程中应用的研究进展

piggyBac 转座子将会被广泛地用作昆虫甚至更高等物种的转化载体(唐丽莉，等，2010)。
Table 1 piggyBac 类转座子的分布
宿主种类鉴定
分离方法
橘小实蝇 Bactrocera dorsalis
同源克隆
多蚤 Daphnia pulicaria
rRNA 基因 PCR
黑腹果蝇 Drosophila melanogaster
图 1 利用 piggyBac 转座子构建的家蚕种系转化的载体质粒图谱 图来源：TAMURA, T, et al.,2000
刘辉芬等在 2006 年利用 DNA 重组技术对络新妇蛛(Nephila clavipes)拖牵丝蛋白基因 MaSp1 高度 重复序列进行多次重组，人工构建成 1.6 kb 的蜘蛛拖牵丝蛋白人工基因 Sil-E，DNA 序列分析证明了 人工基因序列的正确性。将家蚕 L 链基因启动子片段、L 链 cDNA、L 链基因终止子融合在一起，构 建成丝腺特异性表达单元。再与 Sil-E 融合构建成蜘蛛拖牵丝蛋白基因家蚕丝腺特异表达单元。将该 表达单元克隆到转座子 piggyBac 的转基因载体中，获得了蜘蛛拖牵丝蛋白转基因表达载体。采用显 微注射法将其与辅助质粒共导入到家蚕蚕卵中。筛选转基因阳性个体，经 PCR 和 Southern 杂交鉴定， 结果表明目的基因整合到家蚕基因组中(刘辉芬，等，2006)，为进一步研究家蚕作为生物反应器表达 蜘蛛拖牵丝蛋白基因奠定了基础。
2 转座子在基因工程中的应用
2.1 piggyBac 转座子
近年来，随着 DNA 转座子作为基因载体在动植物外源基因转化以及作为插入突变原和基因标签 在动植物基因分离和基因功能研究中的应用，DNA 转座子正逐渐成为研究热点。目前，已知的可作 为昆虫转基因载体的转座子主要有 P 转座子、Hermes 转座子、minos 转座子、hobo 转座子、mariner 转座子和 piggyBac 转座子，这些转座子都可作为转座载体获得转基因昆虫，但除了 piggyBac 外，大 多转座子的应用都存在一定的局限性(唐丽莉，等，2010)。piggyBac 转座子能在生物体染色体中准确 地切出和转座，适用范围较广，可在鳞翅目等多种昆虫中作为基因转移载体发挥作用(王建军，等， 2009)。 2.1.1 piggyBac 转座子的结构与作用机制

第十章 转 座

第十章 转 座

插入序列
最简单的转座子被称为插入序列IS （insertion sequences, IS）。IS元件是细菌 染色体和质粒的正常组成部分。
最早被鉴定的转座元件是细菌操纵子中的 自主插入序列。这种插入阻止了插入部位 基因的转录和/或翻译。
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。
转座子有时插入到一个结构基因或基因 调节序列内，引起基因表达的改变。
转座子也可以引起基因组序列的重排， 它们的移动也和进化有关。
转座元件首先是由Barbara McClintock于 40年代在玉米的遗传学研究中发现的， 她称之为控制元件（controlling element）， 因为它不仅能够在基因组内转移，而且 还能够改变基因的活性并引起功能的改 变。
（3）保守型转座
保守型转座是另一种非复制型的转座过程， 该过程中转座元件从供体部位被切除并通 过一系列的过程插入到靶部位，在该过程 中每个核苷键皆被保留。
该转座过程与λ的整合机制类似，并且转座 酶与λ整合酶家族有关。
除了引起在新部位序列插入的简单分子间 转座之外，转座子还能促进其他类型的 DNA重排。
转座的结果是靶部位序列形成了两个 正向重复序列。
IS元件具有一个典型的结构，它的末端为反 向重复序列，而与其相连的宿主DNA的末 端为短的正向重复序列。
当在一段DNA序列中见到这种结构类型时， 可被用来鉴别转座子。
反向重复序列标明了转座子的末端。所有 类型转座子的转座皆需转座酶 （transposase）对末端的识别。
1复制型转座replicativetransposition作为自身移动的一个部分转座子被复制一个mcclintock于40年代在玉米的遗传学研究中发现的她称之为控制元件controlingelement因为它不仅能够在基因组内转移而且还能够改变基因的活性并引起功能的改变
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同时也可以识别自身两边的反向 重复序列，并在3′端切开。
连接 ：供体和受体结合成为共联体 ， 其过程是使供体切下IS或Tn3反向重复 序列末端和受体黏性末端以共价链齐头 相连，形成两个“缺口” 。 复制：由DNA多聚酶进行修补复制补 上缺口，由连接酶连接。于是在IS两端 形成了两个正向重复序列（ DR） ，一 般为5～ 9 bp，最长的12 bp。 重组：在特定位点（黑色部分）进行重 组，结果共联体分离形成两部分，一个 是原来含有转座子的序列，另一个是通 过转座插入了转座子的序列。
（4)随机删减基因组
利用转座子的随机插入和位点特异性重组技术可以随机删减基因组序列，缩小基因 组规模，使基因组最小化。 Marker1筛选 Marker1 Marker2筛选 Marker2 细胞融合 Marker1、2筛选 诱导位点特 异性重组酶 高效重组
随机插入突变库1
随机插入突变库2
同时带有2个转座子 的细胞
(2) 转座子Tn
Tn是一类较大的转座子，除了含有与转座作用有关基因外，还带有
抗药基因以及其他基因，如乳糖发酵基因,因此Tn的转座能使宿主菌 获得有关基因的特性。Tn分子大小一般在2 ～ 25kb，两端有相同序 列，如IR。
某些Tn的IR便是已知的IS，带有IS的Tn也称为复合转座子
（ composite transposon） 。Tn5、Tn10和Tn903都属于复合转座子.
（2）非复制型转座
4. 转座子在基因工程中的应用
（1）作为基因工程的载体
★
利用P因子作为载体，将外源基因转移到果蝇胚胎种系细胞中，对果蝇 进行遗传操作，该技术的优点是只插入一个外源基因的拷贝。也就是说， 所有转基因果蝇只携带一个拷贝的外源基因，因而便于对其结构与功能 研究 转座子的插入能引起新的突变体形成, 其副作用也许会抵消由转基因提 供的任何优势, 以可移动DNA片段作为载体尚存在转移基因结果的不 稳定现象和内源跳跃基因的相互影响. 因此, 这方面的应用还处于探索 阶段.
2. 转座子类型
转座子是染色体DNA上可复制和移动的DNA序列。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，可分插入序列 （ insertion sequence， IS）、转座子（ transposon，Tn）、Mu 噬菌体 （ Mu phage）。按转座方式分复制性和非复制性转座子。
用该突变型提取DNA构建基因组DNA，用标记的转座子序列作为探针，筛选 出的克隆中，再对转座子两端序列进行亚克隆，这便是被转座子插入的基因序列。
报告基因 T-DNA-SAc T-DNA-Ds 标记基因2
诱导启动子 标记基因1
亲株1 杂交
强诱导
Ds 报告基因
F1 (SAc+Ds)
（2）转座子标记目的基因
在基因产物未知的情况下一般采用两种方法来分离控制发育的基因， 一种是在特定的生理过程或发育时期采用差别筛选（ differential screening）原理来分离目的基因，称之为消减杂交与差别筛选。另一 种是转座子标记（ transposon tagging）方法。
该技术的原理：由于转座子序列可以在基因组中转座，如该序列转座正好插入某一 基因的外显子区域时，导致该基因失活，使其表型改变而成为突变体，如该突变是 由于转座子的DNA克隆，其中必定含有与该突变体有关的基因。也就是说，用转 座子给未知的目的基因加以标记，便于对该基因的识别与分离。
鉴定缺失片段
（5)基因修复和基因治疗
“睡美人( Sleeping Beauty, SB) ”转座系统 与其他转座系统的效率相比, SB在脊椎动物中的转座效率最高, 可以在动 物体内介导外源基因的稳定整合和长期表达。 通过对转座子的反向重复序列和转座酶的优化, SB的转座效率成倍增加, 而且大片段的转座效率也有所提高。整合的“睡美人”可以通过生殖细 胞稳定地传递给后代, 在后代中表达外源基因, 因此“睡美人”将很有可 能替代目前应用繁琐的基因敲除和RNA 干扰技术, 在功能基因组学研究 及基因治疗等领域发挥重要的作用。 大多SB 的整合位点均偏向整合于非编码区的微卫星序列中。根据已发生 的转座事件建立档案,最近已可以预测已知的一段基因组序列可能的整合 位点, 这对运用SB 转座子进行功能基因组及基因治疗等研究中是非常有 用的。 一些反转录病毒载体在整合时都有插入基因的倾向, 而且经常会产生大 片段的丢失和染色体重排, 而SB 转座子能够代替病毒, 安全稳定地整合 到基因组中, 因此应用前景更好 转座酶以mRNA 或蛋白质的形式给予，避免持续转座。
Ty1因子只编码一条长5.7kb的mRNA， 转录的启动子位于Ty1因子左端的 LTR之中。mRNA编码两种蛋白质。 在某些酵母品系中，Ty1因子可多达 35个拷贝，但拷贝数因品系不同而有 差别。
Ty1因子转座是通过一种RNA 中间产 物进行的，其过程类似反转录病毒的 复制与整合，所以Ty1因子也称作反 转录转座子。一般认为Ty1因子转座 时，首先以其DNA 为模板合成一个拷 贝的RNA，然后再通过反转录合成一 条新的Ty1因子，最后这条新的Ty1转 座子再插入到新的位点上
第10章 转座子在基因工程中的应用
1.美国遗传学家B．McClintock的转座学说 2. 转座子类型 3. 转座机制 4. 转座子在基因工程中的应用
1.美国遗传学家B．McClintock的转座学说
1951年，提出其六年的研究成果－跳跃基因学说。此
学说指出：玉米的染色体中含有跳跃基因，可于染色 体上依状况进行移动，而此基因可控制或影响某些构 造基因的表达。
酿酒酵母中有控制a与α 两种接合型的两个基因a与α 。这两个基因都能 转座。
当a 基因从它的位置HMR转座到MAT位置后便能表达，细胞就成为a接
合型；
当α 基因从它的位置HM L转座到MAT后，原来在M AT上的a基因消失，
α 基因得以表达，细胞便能转换成α 接合型。这两个转座子具有明显的 生理功能，它们与其他转座子不同之处是只能转座到M AT这一个位置 上，而其他的转座子几乎可以转座到该基因组中任何位置上。
它是以两种方式转座。在感染宿主细胞时，Mu 不经复制便整合进宿主基因 组；在溶菌周期中，拷贝数通过复制转座而扩增。两种方式的转座在转座子 和靶位点间有相同反应机制，但反应结果不同
2.2 真核生物中的转座因子
（1）酵母菌基因组中的转座子
目前在酵母中研究得较清楚的转座子是Ty（ transposon yeast，Ty）系列, 它们的一般长度约为5 900 bp，两端含有两个称为δ的同向长末端重复序列 （ LTR） ，长度约340 bp。δ 因子大约由70%的AT组成，每一个δ 因子都 含有一个启动子和一段被转座酶识别的序列
2.1 原核生物中的转座因子 (1) 插入序列IS
IS是最简单的转座因子，不含 任何宿主基因的可转位的DNA 序列称为插入序列。它们是细 菌染色体或质粒DNA 的正常组 成部分。
IS本身没有任何表型效应，只 携带和它转座作用有关的基因， 称为转座酶基因。
除IS1以外，所有已知IS序列都只有一个开放阅读框（ open reading frame，ORF） ，翻译起始位点紧接第一个反向重复区，终止点位于第 二个反向重复区或重复区附近。IS1含有两个分开的读码框，只有移码 通读才能产生功能型转座酶。一般情况下，每个IS转座频率是10－ 4 ～ 10－ 3／世代，恢复频率则低得多，为10－ 7 ～ 10－ 6／世代。
Mu是DNA噬菌体，含有38kb线状DNA，两端各带一小段大肠杆菌的DNA， 这与该噬菌体插入大肠杆菌染色体上有关。
M u的转座频率比一般的转座子要高。Mu的复制能力和它的转座能力是密切 相关的，M u的生存依靠转座，复制转座是其正常生活史中的一种方式。在 转座过程中，它摆脱两端原有的细菌DNA 而转座到新的某个位点上。
1956年再次阐述跳跃基因学说与相关的机制 1970年代末期，分子生物学有进一步的发展后，她的
理论才渐渐受到重视与认同，于1983年，获得诺贝尔 生理医学奖 Ac-Ds转座系统 Ac(Activator) :自主性转座子，自己能编码转位酶，能自由地在基因组中转 座. Ds(Dissociation):非自主性转座子，本身不能编码转位酶，必须依靠Ac转座 子产生的转位酶才能产生转座.（玉米色素基因C附近有Ds) SAc: Stable Ac ,去掉Ac中转座酶识别序列
签定突变 基因与表 型关系
F1突变库 稳定的突变株(Ds) 签定突变的基因
对于微生物，也能利用转座子突变制备随机突变库，从中筛选具有目的性状的菌株， 通过反向PCR或杂交技术确定插入失活的基因。从而确定表型与基因型关系。 也可循环操作不断改良细胞
（3)调节基因表达
同许多反转录病毒一样，很多转座子 也带有增强子，能使其插入部位附近 的基因活性增加。 此外，有的转座子还含有启动子，也 能促进基因的转录活性。如Ty因子， Tn10等. Tn10右侧的IS10R以某一方向插入到 由于缺失了启动子而不能表达的argE 基因的5′端时，结果使沉默的argE基 因重新表达，对该序列分析表明，其 末端含有一个外向的启动子。
3. 转座机制
（1） 复制型转座
特点： 转座以后原来位置上的转座子保持不变 在新的位置上的转座子的两侧出现正向重复序列 转座过程出现共联体。 以细菌的转座子Tn3为例： 切开：转座酶识别受体质粒上的 靶序列，并在该序列两侧各一条 单链上造成一个切口，切口之间 的距离决定了转座后两侧正向重 复序列的长度。
不含IS的Tn称为简单转座子（ simple transposon） ，如Tn3等
无论是IS或Tn的两端都有反向重复序列，两端反向重复序列的存在与它 们的转座功能密切相关。如Tn3的两个IR中任一个顺式作用元件缺失都会 阻止转座。
TnA转座子家族