插入突变克隆讲义

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1983
"for her discovery of mobile genetic elements"
转座子概念
转座子(transposon,Tn) 是存在于染色体DNA上可 自主复制和移位的基本单位.
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（Is因 子），转座（Tn），转座phage。

当转座子转座插人宿主DNA时，在插入处 产生正向重复序列，其过程是：先在靶 DNA插入处产生交错的切口，使靶DNA产 生两个突出的单链末端，然后转座子同 单链连接，留下的缺口补平，最后就在 转座子插入处生成了宿主DNA的正向重复。
转座因子的转座途径
复制转座
非复制转座
复制转座(replicative transposition)

复合型的转座因子称为转座子(trans— poson，Tn)。这种转座因子带有同转座 无关的一些基因，它的两端就是IS，构 成了“左臂”和“右臂”。两个“臂” 可以是正向重复，也可以是反向重复。 这些两端的重复序列可以作为Tn的一部 分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转 座。
Tn两端的IS有的是完全相同的，有
直到1961年，Jacob和Monod的乳糖操纵模 型核控制理论发表之后， McClintock，的 “控制因子”假说才开始重新引起人们的注意。 之后，于60年代末，J.A.Shapiro 在研究大肠 杆菌高效突变时，首次，在细菌中发现了移动 基因。

值得庆幸的是,尽管麦克林托克采用了孟 德尔式的工作方式,利用了大体相同 的 实验材料(都是高等植物),得出了相同性 质的超时代发现,也遭受了大体相同的命 运,但她毕竟在晚年看到了自己理论的胜 利,并获得了科学界的最高奖励—— 诺 贝尔奖.
转座因子在转座期间先复制一份拷
贝，而后拷贝转座到新的位置，在 原先的位置上仍然保留原来的转座 因子。复制转座有转座酶 (transposase)和解离酶(resolvase) 的参与。转座酶作用于原来的转座 因子的末端，解离酶则作用于复制 的拷贝。TnA是复制转座的例子。
非复制转座(non-replicative transposition)
转座因子直接从原来位置上转座插
入新的位置，并留在插入位置上， 这种转座只需转座酶的作用。 非复制转座的结果是在原来的位置 上丢失了转座因子，而在插入位置 上增加了转座因子。这可造成表型 的变化。
最简单的转座子不含有任何宿主基
因而常被称为插入序列(insertion sequence,IS),它们是细菌染色体或 质粒DNA的正常组成部分.一个细菌 细胞常带有少于10个IS序列.转座子 常常被定位到特定的基因中,造成该 基因突变.IS序列都是可以独立存在 的单元,带有介导自身移动的蛋白.
Barbara McClintock USA Cold Spring Harbor Laboratory Cold Spring Harbor, NY, USA 1902 - 1992
Barbara McClintock discovered the first mobile elements while doing classical genetic experiments in maize.

在当时,占统治地位的染色体遗传学理论 认为,生物细胞内的遗传物质比较稳定, 遗传基因以一定的顺序在染色体上作线 性排列,彼此之间的距离也非常稳定.常 规的交换和重组只发生在等位基因之间, 并不扰乱这种距离.除了在显微镜下可见 的,发生频率极为稀少的染色体倒位和相 互易位等畸变可以改变基因的位置外,人 们还从未认识到,也难以设想出基因会从 一处跳跃到另一处.
Barbara McClintock，在某些玉米籽粒 中发现了玉米色素显现着一些稀奇古怪 的模式.她观察到玉米籽粒颜色的遗传很 不稳定,有时籽粒上还出现一些斑斑点点. 她通过耐心的记录和仔细的分析,发现使 籽粒着色的色素基因是在某一特定代上" 接上"或"拉断"的.


1951年,在冷泉港生物学专题讨论会上,麦克林 托克递交了自己的学术论文,向科学界同行报 告了她的新理论.她提出遗传基因可以转移,能 从染色体的一个位置跳到另一个位置,甚至从 一条染色体跳到另一条染色体上.她把这种能 自发转移的遗传基因称为“转座因子” . “转 座因子”除了具有跳动的特性之外,还具有控 制其他基因开闭的作用,因此"转座因子"又可 叫做"控制因子". Ac/Ds转座系统

SG是一个产生紫色色素的结构基因,它附近的 一个控制因子Ds(称为离解因子或分化变异因 子)以一定的速率关闭SG,使玉米籽粒不能产生 紫色色素,而成为黄色.DS从SG附近跳开,SG所 受的控制作用即被解除,玉米籽粒又变成紫色. 而DS跳到远离AC处,或者AC本身跳开,DS即不受 AC的控制,它又可以发挥对结构基因SG的抑制 作用,使玉米籽粒成为黄色.这些控制因子跳动 得如此之快,使得受它们控制的颜色基因时关 时开,于是玉米籽粒便出现了斑斑点点.
转座子插入突变克隆
1983年,美国遗传学家巴巴拉.麦克
林托克(B.McClintock)由于发现了 可移动的遗传物质,被授予诺贝尔医 学奖. 人们把B.McClintock的成就比之为 一百年前另一位伟大的遗传学家孟 德尔的成就.
源自文库
转座子的发现
1951年美国冷泉港实验室的科学家 Barbara McClintock，首先发现的， 但没有被当时的其他学者所接受。
的则有差别。当两端的IS完全相同 时，每一个IS都可使转座子转座； 当两端是不同的IS时，则转座子的 转座取决于其中的一个IS。
两个相邻的IS可以使处于它们中间
的DNA移动，同时也可制造出新的转 座子。Tn10的两端是两个取向相反 的IS1O，中间有抗四环素的抗性基 因(TetR)，当TnlO整合在一个环状 DNA分子中间时，就可以产生新的转 座子。