当前位置：文档之家 › 转座因子的遗传分析 (2)优秀课件

转座因子的遗传分析 (2)优秀课件

  • 格式：ppt
  • 大小：5.48 MB
  • 文档页数：74

下载文档原格式

  / 74

合集下载

第十一章-转座因子的遗传分析

第十一章-转座因子的遗传分析
14
1．插入序列（insertion sequences，IS）
IS是一种最简单的转座因子，共同的结构特征： 两端的核苷酸顺序是完全相同或相近反向重复序列， 中间是转座酶基因。
15
表 23-4 IS 的结构和功能 DR(bp) IR(bp) 中心区 靶的选择
域(bp)
IS 1 9
23
768
随机
雄性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
P 品系 (P♂×P♀) 雌性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
P♂×M♀ 雌性染色体
P 细胞型 66KD 阻遏物
66K
阻遏物
抑制所 有P因 子转 座
P 细胞型
P因子 合成转 座酶
87K
雄性染色体 无 P 因子
M♂×P♀ 雌性染色体
相近。但方向相反，称为反向重复序列（inverted repeat sequences(IS）。含有IS的质粒变性，单链复性。出现颈— 环结构（哑铃状结构）。 (5)IS插入“靶”DNA后，在IS两端出现一小段顺向重复的靶 DNA序列 5-11bp 。
17
18
转座子（ transposon)
一类较大的可移动成分。除有关转座的基因外，至 少带有一个与转座作用无关并决定宿主菌遗传性状 的基因。
9
玉米籽粒花斑的遗传控制系统
McClintock发现色斑表型不稳定，根据她的遗传学和细胞学研究结 果，提出“花斑”表型不是一般的基因突变产生，而是由于一种控 制因子存在所致：
细胞学证据：
Ds可导致所在位置的染色体断裂。Ds存在的玉米地9号染色体的 一个染色体臂上，带有结节（knob）,在Ds处容易断裂，可检查。

第11章 转座因子的遗传分析

第11章 转座因子的遗传分析
保守 型
反 转 录 转 座 子
4 种 反 转 录 转 座 因 子
11.1 转座因子的发现及分类 11.2 原核生物中的转座因子 11.3 真核生物中的转座因子 11.4 转座作用的分子机制 11.5 转座的遗传学效应及其应用
（ 1 ）插入序列（ IS ）
它们是一类最小的转座因子； 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，即转座酶基因； 可以从染色体的一个位置转移到另一位置 ，或从质粒转移到染色体上，这种改变位 置的行为称为转座（ transposition ） 。
（ 1 ）引起染色体结构变异
（ 2 ）诱发基因突变与启动外显子混 编
（ 3 ）调节基因表达
转座因子的应用
转座子标记目的基因 作为基因工程的载体
11.1 转座因子的发现及分类 11.2 原核生物中的转座因子 11.3 真核生物中的转座因子 11.4 转座作用的分子机制 11.5 转座的遗传学效应及其应用
酵母菌基因组中的转座子
• Ty1 转座子： Ty1 因子转座是通过一种 RNA 中间产物进行的， 是一种反转录转座子； 两端含有两个称为 δ 的正向长末端重复序列 （ LTR ）； Ty1 插入后酵母染色体后， δ 为正向重复序列， 所以也有可能发生类似于细菌中复制重组过程， 形成小环，丢失一个 δ ，而留在酵母中的 δ 称为 Soloδ
11.1 转座因子的发现及分类 11.2 原核生物中的转座因子 11.3 真核生物中的转座因子 11.4 转座作用的分子机制 11.5 转座的遗传学效应及其应用
DNA 转座机制（ 1 ）：复制型转 座
基因 组在 转座 子插 入位 置出 现正 向重 复的 机制
Tn3 复制型转座模型

10 转座因子的遗传分析 南开大学遗传学课件

10 转座因子的遗传分析 南开大学遗传学课件

细菌转座子的发现和转座因子被公认
1951年McClintock提出生物基因组中存在转座因子学说，但未被当时持基因在 染色体上具有固定位置的主流观点同行接受 20世纪60年代继P. A. Jacob 和L. Monod之后J. Shapiro ①发现由转导噬菌体λdgal＿引起的基因突变可恢复，但不能被核酸置换所回复， 因此不是一般的点突变和缺失造成的 ②运用密度梯度离心比较λdgal＿和λdgal＋， λdgal＿比λdgal＋密度大，并将两种 DNA变性和复性处理后进行电镜观察，发现双链分子中出现多余DNA环 由此证明λdgal＿突变是因一段称为转座因子的插入序列（insertion sequence） 造成的
ATGGGATCTTT TACCCTAGAAA
IR
AAAGATCCCAT TTTCTAGGGTA
IR
转座子两侧DR形成机制（Tn3）
转座子及其特点
①自主转座 ②除转座相关的基因外还含有抗性及其他基因 ③分子较大，2～25 kb,一般两端有相同的IR
某些Tn的IR便是已知的IS，带有IS的Tn称为复合转 座子（composite transposon），如Tn5、Tn10和 Tn903 不含IS称为简单转座子，如Tn3 有些没有IS的体积庞大转座子称为TnＡ家族
例如TnA转座子家族，其结构中两端有38 bp的 反向重复序列(IS)，中间有三个基因：编码β－内 酰胺酶的氨苄青霉素(ampicillin)抗性基因(ampr)、 转座酶基因(tnpA)和编码一种阻遏蛋白调节基因 (tnpR)，tnpR的产物抑制tnpA和其自身基因的 表达
res为内部解离位点(resolvation site)
有转座和复制相关的A、Ｂ基因，gin编 码转化酶（invertase），催化IR DNA链 的反向弯曲

第九章 转座因子的遗传分析

第九章 转座因子的遗传分析

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

遗传学：转座因子的遗传分析

遗传学：转座因子的遗传分析
（2）有4个编码区（0、1、2、3）和3个内含子（1、 2、3）
P因子基因在体细胞和生殖细胞mRNA加工剪切存在差异，产生 不同的蛋白（转座阻遏蛋白和转座酶）
M雌× P雄杂交F1出现杂交劣育的机制：
M品系雌性细胞质内缺失转座阻遏蛋白，P品系雄性细胞核存
在P因子，F1代生殖细胞P因子自由转座，F1劣育
是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分，不含宿主基 因，但都含有编码转座酶的基因。
一个细菌常有多个IS,都可以自主转座，因为自身带有转 座酶
已 知 IS 有 10 余
种 ， 长 7685700 之 间 ， 两 端有反向重复 序列
图11-7
2.2 转座子（transposon Tn) 较大，一般2000-25000bp 除含转座有关基因外，还带抗药基因和其它基因 复合转座子：两端带有IS 简单转座子：两端没有IS而有简单重复序列IR
被切离而缺失，DR只留下一个 如重组发生在IR之间，结果IR之间的DNA发生倒
位
图11-31
5.2 诱发基因突变与启动外显子混编
转座子插入某个基因往往导致基因失活：
转座子插入所在基因转录方向相同，转录终止在转座子的 多聚A信号位点，形成半截mRNA 有时也能正常表达—渗漏突变 转座子插入与所在基因的方向相反，前体RNA中的转座子 序列在转录后加工切除，编码正常
有的后代完全是有颜色
麦克林托克的伟大发现
1940-1950，McClintock研究玉米胚乳紫色、白色 以及白色背景上带紫色的遗传
1951， McClintock提出了生物基因组中存在转座 因子学说（就是Ac-Ds系统 ）（下图）
这些转座因子可沿染色体移动，也可以不同染色 体跳跃
这是遗传学发展史中划时代的重大发现

遗传重组方式和转座子的遗传分析课件(PPT 56页)

遗传重组方式和转座子的遗传分析课件(PPT 56页)
2、同源性重组的两个特点：
（1）、DNA联会和重组无严格的碱基序列特异性，两条 DNA只要有足够长的同源区（序列相同或接近），重 组就可在同源联会区的任何一点发生。
基因组内的重复序列→不对称联会→重复、缺失等; 远缘杂交子代→同源联会→交换重组→代换系； 基因抢、微注射等引入的外源DNA→同源重组→整合。
2008年8月
四川师大生科院张光祥
4、发生同源重组的三个基本条件
➢两个DNA分子的同源区必须进行同源联会(synapsis)。 ➢同源区越长越有利，同源区太短，越难于发生重组。
大肠杆菌：活体重组至少要有20-40bp同源区；与l噬 菌体或质粒重组要求313bp同源区。枯草杆菌基因组与质粒 重组需要的370bp同源区。哺乳动物：150bp以上同源区。
第十三章
遗传重组方式和转座子的遗传分析
教师：张光祥 Email:zhgx-163@
生物的遗传重组概述 同源性重组
位点特异性重组 转座因子及其遗传效应 拷贝选择的重组方式简介
第一节、生物的遗传重组概述
一、遗传重组的定义、类型
1、定义：遗传重组就是已有基因的重新组合或洗牌,其 本质就是DNA分子的重新组合、DNA序列的替换和拼接。
B侵A
B连A
开
b
a
入
b
a
b接a
Holliday A 中间体
A
拆分
B
旋转
方式2
变构
a
b
b
a
a
分支
B 交叉 A 桥
b 结构 a
a 连 接B
A a
拆分 方式1
A
B
b
拆 结分 果 A
B
b
a

转座因子遗传分析.pptx

DNA的插入（突变）和切离（回复突变）
第10页/共59页
第11页/共59页
第二节、原核生物中的转座因子
(一) 插入序列(IS) (二) 类插入序列（IS-like elements） (三) 复合转座子。 (四) TnA家族
第12页/共59页
• 1．插入序列（insertion sequences，IS）
第8页/共59页
• Ac-Ds系统中二者的关系 Ac的作用是自主的，而Ds行为却依赖于Ac，
Ds和Ac在很大程度上表现出核苷酸序列的同源， 特别是两端的序列是相同的。
Ac 具有转座因子的全序列，即具有自主转 座的功能，Ds存在不同程度的缺失中间序列，丧失 了自主转座的功能。
第9页/共59页
原核细胞中转座因子的发现
• 一类较大的可移动成分。除有关转座的基因外， 至少带有一个与转座作用无关并决定宿主菌遗传 性状的基因。
• 转座子中的转位酶常称为转座酶，其功能是介导 转座子插入到DNA的其它部位。
• 复合型Tn：由一个基因序列及两侧臂组成。两侧臂为IS 序列。
• TnA族T n:两端是正向或反向重复序列，中间有与Tn功 能相关的基因（编码转座酶）及抗生素抗性基因。总是作
原核生物中的转座因子的发现和检出：
1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因
子
（transposable element）。他在半乳糖操 纵子(gal K,T,E ）中发现了一种极性突变。 它有以下的特点：
(1) 能回复突变；
(2) 用诱变剂对其处理并不能提高回复突变 率;
他 们 想 到 galE- 的 突 变 可 能 也 是 部 分
IS是一种最简单的转座因子，共同的结构特征： 两端的核苷酸顺序是完全相同或相近反向重复序 列，中间是转座酶基因。

转座因子的遗传分析


U5右端丢失2bp
4-6bp正向重复序列 4-6bp正向重复序列
a. 整合酶在LTR 的3'端切除2bp
反 转 录 病 毒 DNA 的 整 合
正向重 复序列
b. 整合酶在靶DNA 上产生交错切口
? 1963年，Taylor 发现，它是大肠杆菌的温和噬菌体， 38000bp的线状DNA 。
? Mu的特点：几乎可以插入宿主染色体任何一个位 置上。而且游离 Mu和已经插入的 Mu基因次序是相 同的。另外它的两端没有粘性末端，插入某基因中 就引起该基因突变。
第三节 真核生物中的转座子
? 酵母菌的转座子 ? 果蝇的转座子 ? 玉米的转座子 ? 人类基因组中的转座子
80～ 100bp 约2000bp
R U5 gag
约2900bp
pol
170～ 10～ 约1800bp 1260bp 80bp
env U3 R
重复 序列
编码病毒的 编码反转录 编码病毒的 核心蛋白 酶和整合酶 包装膜蛋白
重复 序列
RNA病毒的线性基因组
正向重 复序列
反转录
长末端重 复序列
整合
U3左端丢失2bp
反
转
录
病 毒
整合宿主 靶DNA
RNA
第二节 原核生物中的转座因子
? 插入序列 ? 转座子 ? 转座噬菌体
1、插入序列（inserted sequence ，IS)
? 20世纪60年代末Starlinger 在大肠杆菌中发现半乳糖 基因的突变体，称为 gal-。
? 实验证明这种突变体是由于 DNA片段插入而产生的， 这一插入序列是最先发现的最小的一种转座因子， 称为IS1。
Ac Ds结构示意图

转座因子的遗传分析共45页

44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

（3） 乳糖操纵子的发现
•1967年，Shapiro在E.coli中发现半乳糖操纵子(gal)
发现半乳糖操纵子(gal)
λ dgal-的密度> λ dgal+的密度
出现一个多余的 DNA 环（IS1）
转座因子被认可
2. DNA转座因子
• 转座(transposition)：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 称为转座。 • 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)
• Ds的移动还受另一个控制因子Activator (Ac)的控制，当 Ac存在时，Ds可移动；Ac丢失，则Ds不能移动。
显性 隐性
无色 Ds从 C 基因切离 后，出现有色斑点
显性基因丢失， 表象出隐性性状
（2）Mc Clintock的转座因子学说
• McClintock于 1951年提出转座因子学说：生物 基因组中存在转座子，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。 因此，转座因子又可称为跳跃基因（jumping gene），但未受到重视 。
1. 插入序列
• 插入序列：原核生物中其中最简单的转座因子，不 含任何宿主基因的可转位的 DNA 序列； • 是细菌染色体或质粒 DNA 的正常组成部分 • 一个细菌细胞常带有多个 IS 序列 • 携带有介导自身转座的转座酶
• 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； • IS元件的末端为短的反向末端重复序列(IR)：在同一 多核苷酸链内下游存在着与上游某一段序列的互补序 列反向的序列。
McClintock的实验
• 1940-1950年，McClintock
研究了玉米胚乳的紫色、白 色以及白色背景上带有的紫 色斑点这些表型之间的相互 关系
花斑表型是不稳定的， 推断“花斑”表型并 不是一般的基因突变 产生的，而是由一种 控制因子的存在所导 致的。
控制玉米糊粉的基因
• A(anthocyan) 花色素
转座因子的遗传分析 (2)优秀课 件
第1节 转座因子的发现与分类
（1） 玉米花斑的发现
• 1914年，Emerson在研 究玉米果皮色素遗传 过程中，发现一种花 斑果皮的突变类型。
有色：A1/a1 斑点：Dt/dt
符合孟德尔分离比 且基因不连锁
• 1938年，Rhoades研究玉米籽粒糊粉层色素遗传，首 次报道一个基因的遗传不稳定性受到一个独立基因的 控制，但也未揭示其遗传机制
整合酶也相关。
2. 反转录转座子
• 概念：由RNA介导，通过反转录酶将转座子 RNA拷贝为cDNA后再整合到宿主基因组中形 成转座，称为反/逆转座子或反转录转座子
• 类型：反转录转座子和反转录病毒 • 只在真核生物基因组中发现
反转录转座子与反转录病毒基因组比较
1.反转录病毒的基因组为RNA 分子，感染细胞时在反转 录酶的作用下将 RNA 拷贝为 DNA，然后整合到宿主基 因组中；反转录转座子是DNA→RNA →整合宿主中；
• C(color)
决定红色和紫色的发生
• R(red)
红色，以A、C为先决条件
• Pr(purple) 紫色，以A、C、R为先决条件
• I(inhibitor) 抑制C基因的作用
McClintock的解释
• McClintock认为花斑表型是不稳定的，并推断“花 斑” 表型并不是一般的基因突变产生的，而是由于 某种控制因子的存在所导致的；
ATGGGATCTTT TACCCTAGAAA
AAAGATCCCAT TTTCTAGGGTA
A1，a1的不稳定性
• a1a1Dt_中，发生回复突变，即a1→A1； • 对a1a1Dt_(花斑)进行测交，后代完全有色（理论上
应为部分有色），表明在亲本a1是一种回复突变率 很高的基因， 其不稳定性与Dt基因密切相关。 • Rhoades已发现了某些基因的不稳定性，而且这种不 稳定性是由另一个独立的因子所控制。但仍未揭示 这种不稳定性的遗传学机制。
• 玉米带有野生型C基因，则胚乳呈紫色；C基因的突 变阻断了色素的合成，胚乳呈白色；在胚乳发育过 程中，突变发生回复导致斑点的产生。
• 有色基因C可使籽粒呈现颜色，但在C旁由一个“可移 动的遗传因子”，即Dissociator (Ds)，Ds可以移动并插 入到C基因中；
• 当Ds从C上移走后，C作用恢复，出现颜色；花斑的大 小是Ds从C上移走的早晚引起的，移走的早，花斑就大， 反之就小；
② 非复制型转座
• 概念：转座因子作为一个物理性实体，直 接由一个位点转移到另一个位点
• 保守性强 • 需要转座酶 • 如：Tn10与Tn5
③ 保守型转座
• 概念：保守型转座是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；
• 保守型转座是另一种非复制型的转座过程； • 与 λ 噬菌体整合机制非常相似，其转座酶与 λ
2.反转录转座子具有类似ERV的顺序，没有编码外壳蛋白 的基因，不会包装形成具有蛋白质外壳的颗粒；
3.长散在核元件含有与反转座有关的类反转座基因； 4.短散在核元件本身无反转座酶基因，但可借用宿主中
的反转座酶实现转座。
与转座相关
第2节 原核生物中的转座因子
原核生物的转座因子类型： • 插入序列（insertion sequence，IS） • 转座子（transposon，Tn） •转座噬菌体（Muphage，Mu）
转座子的转座Biblioteka 点• 基因组内移动 • 不依赖于供体与受体间的序列关系 • 一般仅移动转座子序列本身
转座因子分类
• DNA转座子 直接以DNA序列某些区段作为转座成分 • 反转录转座子 以RNA介导转座
1. DNA转座子
① 复制型转座 ② 非复制型转座 ③ 保守型转座
① 复制型转座
• 概念：转座过程中，转座子被复制，一个拷贝 保留在原位点，另一份拷贝插入到新的位点，转 座的DNA序列实际上是原转座子的一个拷贝 • 转座过程伴随着转座子拷贝数的增加 • 转座酶、解离酶 • 如：TnA转座子家族