转座子的插入突变及转座子的应用共30页

Cam r 无
38
12 38
5
不详 5
Bacillus thuringensis
Clostridium perfringens
Streptomyces fradiae
三、细菌转座因子的插入机制、转座模型
1. 细菌转座因子的插入机制 转座因子插入到一个新的部位的通常步骤是：
(1) 在靶DNA序列两侧各一条单链上造成一个切口，切口之 间的距离决定了将来转座子两侧正向重复单位的长度。
第十章 转座因子 (Tansposable elements) 转座因子(transposable elements,TE) 是细胞中能改变自 身位置的一段DNA序列。 转座因子改变位置，如：从染色体的一个位置转移到 另一个位置，或者从质粒转移到染色体的行为称为转座。
第一个转座因子是美国遗传学家McClintock于50年代通过 对玉米遗传现象的细微研究而发现的，她称之为控制成分 (controlling elements)，因为它不仅能在基因组内不同区域转移， 而且也能改变基因的活性并引起功能改变。 1983年才获得诺贝尔奖金.
表3
一些TnA家族转座子的基本特征
转座子
长度(bp) 遗传标记 末端反向
重复(bp)
两侧靶点
来源
正向重复(bp)
来源于G- 细菌 Tn1 Tn3 Tn21 Tn501 5000 4957 19600 8200 Ampr Ampr 38 38 5 5 5 5 铜绿假单孢菌(P.aeruginosa) Salmonella paratyphi Shigella flexneri Pseudomonase aeruginosa
(2) 然后转座子插入带有与突出单链末端的切口之间，二者 共价连接起来， (3) 由此形成的两段靶序列单链区由DNA聚合酶Ⅰ或其它类 似的酶填充，再由连接酶将端口连接起来(图10-5)。 (4) 交错末端的产生和填充解释了在插入部位产生靶DNA正 向重复的原因。

转座作用
DNA的转座，或称移位，是由可移位因子介导 的遗传物质重排现象。
“转座”？
不十分准确，在转座过程中，可移位因子的一个 拷贝常常留在原来的位置上，在新位点出现的是 拷贝，因此，转座有别于同源重组，它依赖于 DNA的复制。 根据转座子复制与否，转座作用可分为:
单纯转移 复制转移
5.1转座子 转座子
5.4.3 TnA家族 家族
TnA家族都是比较大的转座子（-5kb以上）， 家族都是比较大的转座子（ 以上）， 家族都是比较大的转座子 以上 其特点是两端不含IS， 其特点是两端不含 ，但含有独立的转位酶基 因和抗药性基因。 因和抗药性基因。TnA家族包括许多类似的转 家族包括许多类似的转 位子。它们的一般结构均相类似， 位子。它们的一般结构均相类似，但有不同的 遗传标记(genetic markers)。 遗传标记 。
5.4.1 Tn10 许多转位子两端的IS具有完全相同的反向 许多转位子两端的 具有完全相同的反向 或同向）重复顺序。但亦有些Tn两端 两端IS不 （或同向）重复顺序。但亦有些 两端 不 完全相同，从而引起其功能各异。例如Tn10 完全相同，从而引起其功能各异。例如Tn10 两端的IS（右侧IS10R，左侧为 两端的 （右侧 ，左侧为IS10L）即不 ） 完全相同。 完全相同。
IS10L Tn10 (9.3 kb) IS10R
IR IR
பைடு நூலகம்IR
IR IR
IR
两端的反向重复顺序长22bp。这 在IS10两端的反向重复顺序长 两端的反向重复顺序长 。 个22bp的反向重复即是转位酶所赖以识 的反向重复即是转位酶所赖以识 别的位点，因而为转位反应所必须。 别的位点，因而为转位反应所必须。由 的反向重复不完全相同， 于IS10R和IS10L的反向重复不完全相同， 和 的反向重复不完全相同 所以IS10R是Tn10转位所必须，而IS10L 转位所必须， 所以 是 转位所必须 的转位活性却仅为IS10R的1-10％（目前 ％（目前 的转位活性却仅为 的 ％（ 估计IS10R和IS10L之间约有 ％的差 之间约有2.5％ 估计 和 之间约有 异）。

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 第一节 细菌转座因子的类型和结构
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。
命名：根据发现的先后或发现人的意愿，其命名是在IS后面用阿拉伯数字，如在大肠杆菌中几个不同的IS拷贝被命名为IS1、IS2、IS3等等。每一种类型的IS因子都有它自己特征性的反转重复序列。
如果复制从两个单链区继续进行，则形成两个拷贝的转座子。此时，供体和受体形成的结构称为共整合体（cointegate），即两个或两个以上的复制子通过共价键连接在一起。
1, 转座子和靶DNA在转座酶作用下产生缺口，分别形成两个游离末端，以a-h表示
2, a与f、g与d连接，剩下b、c、e、h游离端
3, 以转座子的两个游离端（b和c）为引物进行DNA复制（复制区放大）
这种类型的转座只需要转座酶的参与，很多插入序列（IS）和转座子，如IS10、IS50、Tn5、Tn10等都是以这种方式进行转座。
01
按箭头位置切开靶DNA双链并产生9 bp的单链末端
02
转座子一端连接到单链靶DNA末端并留下两个9 bp的单链缺口
03
通过DNA合成，补平靶DNA和转座子间的单链空缺
插入序列
长度/bp
反向重复序列长度/bp
靶位点长度/bp
在染色体中的拷贝数
IS1
768
23
9或8
6-10
IS2
1327
41
5
4-13
IS3
1400
38

一般长度为 5900bp,两 端的δ因子， 每个都含有 一个启动子 和一段被转 座酶识别的 序列。Ty1 插入酵母染 色体后，受 体上就会出 现5bp正向 重复序列， 和细菌中转 座子作用相 似。由于δ 为正向重复 序列，有可 能发生类似 于细菌中复 制重组过程 形成的小环， 丢失一个δ 形成Solo δ。
line长散在重复序列自主转座有2个开放阅读框sine短散在重复序列非自主转座反转录病毒类转座子序列自主转座非自主转座dna转座子序列自主转座非自主转座
真核生物中的转ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ子
几种常见的转座子
• (一)酵母菌转座子; • (二)果蝇中的P因子; • (三)玉米转座子
• (四)人类的转座子
酵母菌是低等真核生物，其转座子类似于细菌转座
子。酵母转座子中研究较清楚的是Ty类转座子：
如TY1和TY917。
TY结构：含约5.6 kb中心区，都有分布于两端的
340 bp的同向重复序列(称为δ )，其作用与IS、
Tn中的反向重复序列类似。
每个单倍体酵母基因组有30-35个TY，及至少100个
单一的δ 因子(solo δ elements)。
不准确的切离，导致插入位点基因的突变，
由此发生的突变有白眼、焦刚毛、黄体等。
美国玉米遗传学家 McClintock(1940-1950)发 现玉米子粒色斑的不稳定 遗传现象。经长达10年的 研究，提出Ac-Ds转座系 统。首次提出了遗传因子 可以移动的观点，1983年 获得诺贝尔奖。
Ac-Ds系统
酵母Ty1转座子的结构（ a）与Solo δ的形成（ b）
Ty1转座因子
Ty1转座因子是通过一种 RNA 中间产物进行的。 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

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４ 卷 ２
３ 期
微
生
物
学

报
Ｖ。ｌ ２ ４
ｏ ３
２０ 年 ６月 ０２
Ａｃ ａ Ｍ ｉ ｏ ｏｌ ｇｉ ａ ｎｉ ａ ｔ ｃｒ ｂｉ ｏ ｃ Ｓｉ ｃ
Ｊ ｅ ｕｎ
２ ０２ ０
转 座 子 挽 救 法 对 转 座 子 突 变 菌 株 中插 入位 点 的 定 位 分 析
ＫｍＥ ｒｇＲ ０ ｉ ３２２． ｎ５５ Ｔ ３１
１ ３ ＤＮＡ 操 作 ． Ｃ． ｔ ｒ ｃ ｍ ４ ５ 。ｅ １ ７ ２总 ＤＮＡ 抽 提 参 照 Ｅ ｋ ｎ ｓ等 方 ： ｄ ｉ ｍａ ｎ 去 。 质 粒 的 酶 切 降 解 、 磷 酸 脱 化 和 连 接 反 应 、 ｃ ｌ 激 转 化 等 参 照 Ｓ ｍｂ ｏ ｋ等 方 法 ； ． ｌｔｍｌｕ １ ７ ２中 引 人 古 Ｅ ｏｉ电 ａ ｒｏ Ｃ ｇ ｕａ ｃ ｍ ４ ５
１ 材 料 和 方 法
１１ ． 菌株 和 质 粒
菌 株 、 粒 及 其 相 关 特 性 见 表 １ 其 中 转 座 子 插 Ａ 突 变 菌 株 Ｇ２ 质 。 ５是 将 含 Ｔ ５ ３ ｎ ５ １的 质 粒 ｐ ＣＧ１ ４ 对 Ｃ ｌ ∞ ， １ ７ ２ 进 行 ＤＮＡ 转 化 而 筛 选 获 得 ， 得 其 表 型 变 化 与 乙 酸 ００ ０ ｇ ｕ。 儿 ４５ 测 代 谢调控 直接相关 。
根 据 实 验 要 求 ． 不 同 的 培 养 在
ＡＴ １ ５ ＣＣ ４７ ２ Ｇ２ ５ Ｈ ｍ ｉ ｓ： ｄ ｐＵＣ１ ８ ｔＧＬ ￣ ： ０￣ ｈ…
ｔ ｐ ￣ａ ｉ ｆＡＴ￣Ｃ ４ ５２ ？ ｅ ｌａ ｎ ｏ ＇ － １ ７
ｎ ｍｌｌⅢ ｒ ＣＣ ４ ２ ｋ ｅ ｉ Ｓ ｉ ｕ ｌ ａ ， ＡＴ ｆ １ ７５ ｅ ｐ￣ ｎ ｌｂ

二组件的关系 相同 推测相同
组件的功能 二者皆有功能 预计有功能 有功能
IS 10L
反向 有2.5%的差异 无功能
Tn5
5700
KanR
IS 50R
有功能
IS 50L
反向 1 bp的改变 无功能
复合转座子的结构特征
• (1)中间区域含编码转座酶以外的标记基因； • (2)两端具有插入序列； • (3)两末端是反向重复序列； • (4)靶位点存在短正向重复序列。
II类转座因子家族 P Hobo Mariner FB Tc1 Ac/Ds Spm/dsom Mu/mn Tam1 Tam3 TU/puppy
ITR
TSD
31
8
12
8
28
2
大
9
54
2
10/11
8
13
3
200
9
13/14
3
12
8/5
大
8
反转录病毒ห้องสมุดไป่ตู้ 含有LTR的反转录转座子 反转录转座子
非LTR的反转录转座子
BACK
=
Tn3
转座子
靶质粒
第一步 切口DNA
的
复
第四步 完成复制
制
式
转
座 第五步
Res位点两侧重组
第二步 连接自由末端 第三步 转座子复制
第六步
Conservative transposition
不供 形体 成保 共持 合裂 体缺 。。
Nonreplicative transposition
5、转座引起的遗传效应
转座子
1、转座子的基本概念 2、转座子的转座特征 3、转座子的类型 4、转座子的转座机制 5、转座引起的遗传效应

作为一个整体进行转座。
复合转座子
由两个重复序列夹着一个或多个结构
基因如某些抗药性基因和其它基因组成，
其两端的组件由IS和类IS组成。
转座因子 Tn903 Tn9 Tn10
长度(bp) 3100 2500 9300
遗传标记 KanR CamR TetR
末端组件 IS903 IS 1 IS 10R
方向 反向 正向
复合转座子的转座特点
• 可以作为一个整体进行转座； • 含有的一个或两个IS元件也可进行单独转座。
类插入序列
指IS10R，IR50R和IS903，它们的结 构和IS相似，但不独立存在。而是作为复 合转座子（compositetransposons）两臂的 组件。
TnA家族
长约5kb左右，两端具有IR，而不是 IS，中部的编码区不仅编码抗性标记， 还编码转座酶和解离酶的DNA序列。
4、转座子的转座机制
所有转座子的共同机制： 在靶DNA上造成交错切口，转座子与突出的末端
相连，填补缺口。 据转座子的移动机制，可分为： ◆复制型转座（replicative transposition） ◆非复制型转座（nonreplicative transposition） ◆保守型转座（conservative transposition）
BACK
3、转座子的类型
3.1 简单转座子（插入序列）Simple transposon （ insertion sequence）
结构特征和转座特点
3.2 复合转座子 (Composite transposon)
结构特征和转座特点
3.3 类插入序列 （IS-like elements） 3.4 TnA家族
BACK

逆转录病毒颗粒结构
逆转录酶 RNA
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
gp41 gp120
包膜
基质蛋白
衣壳蛋白
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
6.1.1 Genome Structure of Retrovirus
长末端 重复序列
正常的病毒基因
LTR gag
pol
env LTR
调节和 启动转录
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
Enzymes involved
RNA polymerase
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
Two fates of RNA:
▪ Translation:作为mRNA 翻译成病毒的蛋白质
▪ Packaging：作为病毒 RNA基因组被装配成新的 病毒颗粒
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
座
逆转录病毒和反座子的循环 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
6.1逆转录病毒（Retroviruses）
• 具有包膜，圆球状，直径为 80~120nm
• 基因组是单正链RNA，3.5~9.0kb • 病毒颗粒中有逆转录酶 • 能整合于宿主细胞的染色体
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
Reverse transcription
• From RNA to DNA
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
David Baltimore
• 1970 • Reverse
transcription and Reverse transcriptase
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
正链病毒 (Plus strand virus)

受控制的结构基因
rDt Ds
Ds Ds Spm(缺损)
I
a a-m1 a-m3 a-m4 a2-m4 c-m1 sh-m1 sh-m2 bz-m1 bz-m4 wx-m1 wx-m5 wx-m6 wx-m7 wx-m9 P-vv
bz2-m a-m1(Spm) a-m2 a-m5 c2-m1 c2-m2 a2-m1 a2-m5 pr-m2 pr-m3 c-m5 wx-m8 bz2-m
二、诱发与活化
1、组培 2、病毒感染 3、环境因素刺激
图12-8 C基因与不同状态转座子互作的籽粒遗传表现
图12-3 Ac因子自主转座和对Ds的控制作用
图12-4 玉米9号染色体在Ac-Ds作用下引起的染色单体“断裂-融合-桥”循 环
图12-7 玉米C座位控制因子突变 a. 显性基因C产生有色糊粉层；b. Ds因子 插入C座位，使C突变为c-m，使糊粉层无色；c. 在Ac存在时，可引起Ds在 某些细胞转座，产生回复突变，故整个子粒呈现出在无色背景下散布着有色斑点。
第十二章 转座子
麦克林托克－－转座子的发现
第一节 转座子种类与鉴别
一、转座子种类 自主转座子 非自主转座子 反转录转座子
表12-1 玉米的3个转座遗传因子系统及其控制的部分结构基因
所属系统 Dt-rDt Ac-Ds
Spm
自主控制因 子
Dt Ac
Mp(Ac) M(Ac) Spm
En(Spm)
非自主控制因子
图12-16 I-8因子的分子结构 它包含3个外显子，它和Spm之间的 差异在于在883碱基处缺失了6.2kb的DNA序列
控制因子利用其特定的靶子位点重复（target site duplication，TSD）DNA与受体基因相连接，插入基 因座位。在它们离开插入位点时，TSD与转座因子一起 消失。但在植物中，转座因子离开之后，TSD常常被遗 留下来形成印迹（footprint），不过这种遗留下来的 TSD，有时与原来的TSD有所不同，个别碱基可能被替 代或丢失（图12-18，图12－19）。如果转座因子的插 入和跳出，发生在内含子或基因前导序列（leader sequence），其后果很难觉察得到。如果发生在外显 子，在遗留的TSD碱基不是3的倍数时，有可能产生移 码突变（frameshift mutation），是3的倍数时，TSD 碱基有可能增加少数氨基酸，使回复突变的蛋白质与原 始类型有所不同

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。