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转座因子的遗传分析 (2)PPT讲稿

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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

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

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。

可移动的遗传因子转座和染色体外遗传因子


物，以转座子链为模板进行复
制产生共合体。
最后在解离酶的作
用下，2个拷贝的转
座子发生同源重组
编辑ppt
并释放出2个复制1子3 。
三、转座效应（了解）
1、转座的遗传效应：
转座最典型的作用是引起不稳定的突变等位基因。
导致受体DNA基因突变，插入导致基因失活是转 座
最直接的效应。 干扰宿主基因与调控元件之间的关系，或改变 DNA
转座子是基因组突变的主要因素之一。
编辑ppt
3
一、转座子的分类和结构特征
（一）原核生物转座子的类型：
1、插入序列（insertion sequences，IS）
———最简单的转座子。 ① 二个分离的反向末端重复序列
(inverted terminal repeats, ITR) ② 一个转座酶（transposase)编码基因
供体
受体
靶位点
+
编辑ppt
10
3、保守转座
宿主的修复系统能识别此处双链断裂并进行修复
❖保守型转座是另一 供体
种非复制型的转座
过 程，该过程中转 受体 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。
编辑ppt
靶位点
+
11
转座过程：
非复制型转座（插入序列） 的转座过程：
19
2.逆转录病毒与转座
① 逆转录产生原病毒像溶源性噬 菌体DNA一样，成为宿主基因组 的一部分；② 细胞DNA序列可能 与病毒序列重组，并经过转座作 用插入新位点，改变细胞的性质。
逆转录产生的线形病毒DNA， 由整合酶催化插入宿主靶位点DNA， 这一整合过程与转座子一样。

《遗传学转座》课件


转座技术在基因工程中的应用
基因转移
发现如何利用转座技术实现基因在不同个体间的转移与定位。
遗传改良
揭示转座技术如何为农业和养殖业的遗传改良提供新的手段与策略。
基因治疗
了解转座技术在基因治疗领域中的应用，并探索其未来发展潜力。
感谢大家的聆听！
希望通过今天的分享，大家对遗传学转座有了更深入的了解。转座作为一项 重要的遗传现象，对生命科学和生物技术研究具有重要意义。期待在将来与 大家进行更多的交流与探讨！
《遗传学转座》PPT课件
感谢大家的到来！今天我们将深入探讨遗传学转座的定义与原理，以及转座 元件与转座体的结构与功能。让我们一同探索转座在真核生物中的应用与意 义，以及转座体的识别与控制。准备好了吗？让我们开始吧！
转座体的插入与剔除机制
插入机制
了解转座体如何插入宿主基因组，破坏正常基因功 能，并导致突变。
基因剔除
揭示转座体在基因敲除中的应用，如何通过控制转 座体插入来实现针对性的基因剔除。
转座体的稳定性与优化
1
表型稳定
探究如何通过调控转座体在宿主基因组中的稳定性，确保持久的表型表达。
2
遗传适应
了解转座体在不同环境条件下的优化，以提高其适应性和功能性。
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ遗传变异
揭示转座体如何参与遗传变异，为物种进化和适应性的产生提供驱动力。

《遗传学转座》PPT课件

• 不编码有转座功能的蛋白质 • 可能源于细胞转录的RNA
6.2.1 酵母Ty (Yeast Ty elements )
• 2 classes: Ty1 & Ty917 • Structure: ~ 6.3kb; 330bp direct repeats at each end • mRNA of Ty: >5% of total mRNA in yeast • Open reading frames: 2 • Sequences: TyA: DNA binding protein; TyB: RTase,
《遗传学转座》PPT课件
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学完请删除！
主要内容
• 转座因子的发现 • 转座因子的概念 • 转座因子的类型和结构特征 • 转座机制 • 真核生物转座子 • 逆转录病毒和反座子 • 转座的遗传学效应
一、转座因子的发现
美国女遗传学家 Barbura McClintock
反座子(retroposons):指通过RNA为中介，反转录成DNA
后进行RN转A座的in可te动rm元件ed。i又at称e 反tr转an录s转p座os子ition
(retrotransposon)
逆转录病毒整合入宿主DNA中的分子机制，其本质是转座
逆转录病毒和反座子的循环
（Retroviruses）
Visible manifestation of transportation in maize
二、转座因子的概念
转座子(transposon), 转座因子(transposable element)：存 在于染色体DNA上可自主位移的基本单位。
Transposition(转座) ：由可移位因子介导的遗传 物质重排现象。
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• 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，
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。
（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)
• 如：TnA转座子家族
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
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
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）
转座子的转座特点
• 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
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。
ATGGGATCTTT TACCCTAGAAA
AAAGATCCCAT TTTCTAGGGTA
• 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；
转座因子的遗传分析 (2)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
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
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；
反之就小；
• 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 。