分子生物學(xué)第五、六章 DNA的損傷、修復(fù)、基因突變、重組與轉(zhuǎn)座

第5章

DNA損傷、修復(fù)、基因突變

5.1DNA的損傷由于染色體DNA在生命過程中占有至高無上的地位，DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性以及DNA日常保養(yǎng)中的損傷修復(fù)有著特別重要的意義。DNA損傷是指在生物體生命過程中DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生的任何改變。主要分為兩種：?jiǎn)蝹€(gè)堿基改變雙螺旋結(jié)構(gòu)的異常扭曲（鏈內(nèi)T二聚體、單鏈缺口、凸起等）引起DNA損傷的因素很多，包括：DNA分子自發(fā)性損傷物理因素?fù)p傷化學(xué)因素?fù)p傷

DNA復(fù)制過程中的損傷指堿基配對(duì)時(shí)產(chǎn)生的誤差經(jīng)過DNA聚合酶等綜合校對(duì)因素作用后仍未被校正的DNA的損傷。如：大腸桿菌DNA復(fù)制無DNA聚合酶校正時(shí)錯(cuò)配率為10-1~10-2，識(shí)別校正后為10-5~10-6，再經(jīng)過其他因素，錯(cuò)配率達(dá)到10-10這類損傷主要包括5種因素5.1.1DNA分子自發(fā)性損傷指堿基發(fā)生烯醇式-酮式結(jié)構(gòu)互變時(shí)，氫原子位置的可逆變化，使堿基配對(duì)發(fā)生改變，這樣在復(fù)制后的子鏈上就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。

如：A、C或G、T錯(cuò)配

互變異構(gòu)移位

主要指胞嘧啶C、A和G分子結(jié)構(gòu)中都含有環(huán)外氨基，氨基有時(shí)會(huì)自動(dòng)脫落，使得C變?yōu)閁，A變?yōu)镮，G變?yōu)閄，當(dāng)DNA復(fù)制時(shí)，會(huì)在鏈中產(chǎn)生錯(cuò)誤導(dǎo)致?lián)p傷。A—I—C(非T)下一輪C—G導(dǎo)致AT—GC引起突變C—U–A(非G)下一輪A—T導(dǎo)致GC—AT引起突變

亞硝酸鹽、羥胺誘變劑脫氨試劑

DNA復(fù)制時(shí)，無論模板還是新生鏈都會(huì)發(fā)生堿基的環(huán)出現(xiàn)象，即DNA聚合酶發(fā)生“打滑”，引起一個(gè)或數(shù)個(gè)堿基的插入或缺失。尤其是模板上有幾個(gè)相同的堿基情況。DNA聚合酶的“打滑”細(xì)胞的氧化代謝產(chǎn)生的氧自由基活性很高，DNA堿基至少會(huì)遭受到20種氧化損傷。活性氧為氧分子電子數(shù)大于O2的O2-

可與

C、A配對(duì)，DNA聚合酶不能矯正其錯(cuò)誤，造成GC—TA顛換，這種損傷可以積累。活性氧引起的誘變DNA分子在生理?xiàng)l件下可通過自發(fā)性水解，使嘌呤堿和嘧啶堿從磷酸脫氧核糖骨架上脫落下來。哺乳動(dòng)物每個(gè)細(xì)胞每20h脫去的嘌呤堿和嘧啶堿數(shù)分別平均為1000個(gè)和500個(gè)。堿基丟失

紫外線(UV)照射引起的DNA損傷主要是同一條鏈內(nèi)相鄰2個(gè)嘧啶形成嘧啶二聚體，阻礙DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。

ATTCGAGTTAGCTAAGCTCAATCG

因此人皮膚照射紫外線，傷害很大，致癌5.1.2物理因素引起的損傷電離輻射引起DNA損傷直接引起DNA理化性質(zhì)改變細(xì)胞水分解離，產(chǎn)生氧自由基誘變堿基改變最終能引起DNA鏈斷裂及DNA鏈間交聯(lián)，DNA-蛋白交聯(lián)等。烷化劑對(duì)DNA的損傷烷化劑是一類親電子化合物，很容易與體內(nèi)大分子負(fù)電中心作用。當(dāng)烷化劑和DNA作用時(shí)，可以將烷基加到核酸的堿基上去。結(jié)果是形成鏈內(nèi)或鏈間交聯(lián)。

6.1.3化學(xué)因素引起的損傷堿基類似物對(duì)DNA的損傷是一類結(jié)構(gòu)與堿基相似的人工化合物，5-溴尿嘧啶（5-BU）與U結(jié)構(gòu)類似，酮式能與A配對(duì)，烯醇式能與G配對(duì)。結(jié)果引起A-T----G-C轉(zhuǎn)變。

DNA修復(fù)是生物體細(xì)胞在長(zhǎng)期進(jìn)化中形成的一種保護(hù)功能，在遺傳信息傳遞的穩(wěn)定性方面具有重要作用。5.2DNA的修復(fù)直接修復(fù)切除修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)重組修復(fù)易錯(cuò)修復(fù)和SOS應(yīng)急反應(yīng)細(xì)胞DNA損傷的修復(fù)系統(tǒng)主要有：直接修復(fù)包括光復(fù)活修復(fù)、06-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶修復(fù)、單鏈斷裂修復(fù)在DNA光解酶(Photolyase)的作用下把在光下或經(jīng)紫外光照射形成的環(huán)丁烷胸腺嘧啶二體及6-4光化物(6-4photoproduct)還原成為單體的過程。生物體內(nèi)還廣泛存在著使06-甲基鳥嘌呤脫甲基化的甲基轉(zhuǎn)移酶，以防止形成G-T配對(duì)。DNA單鏈斷裂可以通過重接（DNA連接酶），直接修復(fù)。切除修復(fù)

包括堿基切除修復(fù)和核苷酸片段切除修復(fù)堿基切除修復(fù)：所有細(xì)胞中都帶有能識(shí)別受損核酸位點(diǎn)的糖苷水解酶，它能特異性切除受損核苷酸上的N-β－糖苷鍵，在DNA鏈上形成去嘌呤或去嘧啶位點(diǎn)（AP位點(diǎn)）。DNA分子中一旦產(chǎn)生了AP位點(diǎn)，AP核酸內(nèi)切酶就會(huì)把受損核苷酸的糖苷-磷酸鍵切開，并移去包括AP位點(diǎn)核苷酸在內(nèi)的小片段DNA，由DNA聚合酶I合成新的片段，最終由DNA連接酶把兩者連成新的被修復(fù)的DNA鏈。

核苷酸片段切除修復(fù)

當(dāng)DNA鏈上相應(yīng)位置的核苷酸發(fā)生損傷，導(dǎo)致雙鏈之間無法形成氫鍵，則由核苷酸切除修復(fù)(nucleotide-excisionrepair)系統(tǒng)負(fù)責(zé)修復(fù)。損傷發(fā)生后，首先由DNA切割酶(exci-nuclease)在已損傷的核苷酸5’和3’位分別切開磷酸糖苷鍵，產(chǎn)生一個(gè)由12～13個(gè)核苷酸(原核生物)或27～29個(gè)核苷酸(人類或其他高等真核生物)的小片段，移去小片段后由DNA聚合酶Ⅰ(原核)或ε(真核)合成新的片段，并由DNA連接酶完成修復(fù)中的最后一道工序。錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)可以將DNA子鏈中的錯(cuò)配幾乎完全能被修復(fù)。該系統(tǒng)識(shí)別母鏈靠Dam甲基化酶，它能使位于5’GATC序列中A的N6位甲基化。一旦復(fù)制叉通過復(fù)制起始位點(diǎn)，母鏈就會(huì)在開始DNA合成前的一小點(diǎn)時(shí)間（幾秒鐘至幾分鐘）內(nèi)被甲基化。此后，只要兩條DNA鏈上堿基配對(duì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)“保存母鏈，修正子鏈”的原則，找出錯(cuò)誤堿基所在的DNA鏈，并在對(duì)應(yīng)于母鏈甲基化腺苷酸上游G的5'位置切開子鏈。切除修復(fù)發(fā)生在下一輪DNA修復(fù)前，又稱復(fù)制前修復(fù)。機(jī)體細(xì)胞對(duì)在復(fù)制起始時(shí)尚未修復(fù)的DNA損傷部位可以先復(fù)制再修復(fù)，這種方式稱為重組修復(fù)。這個(gè)過程發(fā)生在復(fù)制后，又稱復(fù)制后修復(fù)。重組修復(fù)復(fù)制重組再合成重組修復(fù)機(jī)制的缺陷，有可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，婦女Brca1和Brca2兩個(gè)基因如果有缺陷，發(fā)生乳腺癌的概率為80%。這兩個(gè)蛋白質(zhì)參與重組修復(fù)。

錯(cuò)配修復(fù)、直接修復(fù)、切除修復(fù)和重組修復(fù)都能夠識(shí)別DNA的損傷部位或錯(cuò)配堿基而加以消除，在這些修復(fù)過程中不引入錯(cuò)誤堿基，屬于避免差錯(cuò)的修復(fù)。易錯(cuò)修復(fù)和SOS應(yīng)急反應(yīng)當(dāng)無法為修復(fù)提供正確模板時(shí)，如模板鏈損傷、雙鏈斷裂、雙鏈交聯(lián)等，正常復(fù)制受阻，導(dǎo)致易錯(cuò)修復(fù)。許多能造成DNA損傷或抑制DNA復(fù)制的過程能引起一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)效應(yīng)，這種效應(yīng)稱為應(yīng)急反應(yīng)(SOSresponse)。SOS包括誘導(dǎo)DNA損傷修復(fù)、誘變效應(yīng)、細(xì)胞分裂的抑制以及溶源性細(xì)菌釋放噬菌體等，細(xì)胞癌變也與SOS反應(yīng)有關(guān)。SOS反應(yīng)是細(xì)胞DNA受到損傷或復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急情況下，細(xì)胞為求生存而產(chǎn)生的一種應(yīng)急措施。SOS反應(yīng)誘導(dǎo)的修復(fù)系統(tǒng)包括：避免差錯(cuò)的修復(fù)（errorfreerepair）和易產(chǎn)生差錯(cuò)的修復(fù)（errorpronerepair）兩類。由于SOS反應(yīng)還能誘導(dǎo)產(chǎn)生缺乏校對(duì)功能的DNA聚合酶，所以在DNA鏈的損傷部位即使出現(xiàn)不配對(duì)堿基，復(fù)制也能繼續(xù)進(jìn)行，以保證細(xì)胞的存活，叫易產(chǎn)差錯(cuò)的修復(fù)。SOS反應(yīng)廣泛存在于原核和真核生物，它是生物體在不利環(huán)境中求得生存的一種基本功能。SOS反應(yīng)意義：①DNA的修復(fù)；②導(dǎo)致變異。作為遺傳物質(zhì)的DNA有三個(gè)主要功能：①通過復(fù)制將遺傳物質(zhì)由親代傳給子代；②通過轉(zhuǎn)錄使遺傳信息在子代得以表達(dá)；③通過變異在自然過程中獲得新的遺傳信息。5.3基因突變基因突變(mutation)：是在基因發(fā)生可遺傳的結(jié)構(gòu)和數(shù)量的變化，通常產(chǎn)生一定的表型。廣義的突變包括染色體畸變和基因突變。遺傳重組也導(dǎo)致可遺傳的變異，因此，染色體畸變、基因突變、遺傳重組是可遺傳變異的基礎(chǔ)。1、堿基對(duì)置換：指DNA錯(cuò)配對(duì)堿基在復(fù)制后被固定下來，由原來的一個(gè)堿基對(duì)被另一個(gè)堿基對(duì)所取代，又稱為點(diǎn)突變。堿基對(duì)置換有轉(zhuǎn)換和顛換兩種。2、插入突變：指在基因的序列中插入了一個(gè)堿基或一段外來DNA導(dǎo)致的突變。包括同義突變、錯(cuò)義突變和無義突變?；蛲蛔兊念愋?.移碼突變：一個(gè)或多個(gè)非三整倍數(shù)的核苷酸對(duì)插入或缺失，導(dǎo)致編碼區(qū)位點(diǎn)后的三聯(lián)體密碼子可讀框改變，從而使后面的氨基酸都發(fā)生錯(cuò)誤，是基因產(chǎn)物失活。4.滲漏突變：突變基因的產(chǎn)物尚有部分活性的錯(cuò)義突變。5.回復(fù)突變：從突變體回復(fù)原先野生型表型的突變過程。在自然條件下發(fā)生的突變稱為自發(fā)突變。自發(fā)突變的頻率很低，大腸桿菌及果蠅突變率10-10左右。能夠提高突變率的物理或化學(xué)因子稱為誘變劑(mutagen)。堿基類似物：5-BU與T結(jié)構(gòu)相似；堿基修飾劑：亞硝酸；烷化劑；嵌合染料(EB)；紫外線和電離輻射誘變劑種類及機(jī)制4.4.3基因突變的主要后果生物功能喪失獲得新功能癌癥發(fā)生作業(yè)名詞解釋：基因突變無義突變移碼突變回復(fù)突變簡(jiǎn)答題：課后思考題1和4

4.5DNA的重組DNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，稱為遺傳重組或基因重組。重組產(chǎn)物稱為重組體DNA(recombinantDNA)。真核生物基因組間重組多發(fā)生在減數(shù)分裂時(shí)同源染色體之間的交換。細(xì)菌及噬菌體的基因組為單倍體，來自不同親代兩組DNA之間可通過多種形式進(jìn)行遺傳重組。遺傳變異的根本原因是突變。然而突變的機(jī)率很低，且多數(shù)是有害的。如果生物只有突變沒有重組，在積累具有選擇優(yōu)勢(shì)突變的同時(shí)不可避免地積累許多難以擺脫的不利突變。有利突變隨不利突變一起被淘汰，新的優(yōu)良基因就不可能出現(xiàn)。DNA重組對(duì)生物進(jìn)化起著關(guān)鍵性的作用。4.5.1同源重組同源重組(homologousrecombination)：由兩條同源區(qū)的DNA分子，通過配對(duì)、鏈斷裂和再連接，而產(chǎn)生的片段間交換的過程。Holliday模型詳見書本圖和遺傳學(xué)教材4.5.2細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移主要有四種機(jī)制：接合(conjugation)、轉(zhuǎn)化(transformation)、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)和細(xì)胞融合（cellfusion）。①細(xì)菌的接合細(xì)菌的細(xì)胞相互接觸時(shí)遺傳信息可由一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一細(xì)胞，稱為接合作用。供體細(xì)胞為雄性，受體為雌性。通過接合而轉(zhuǎn)移DNA的能力由接合質(zhì)粒提供，與接合功能有關(guān)的蛋白質(zhì)均由接合質(zhì)粒所編碼。能夠促使染色體基因轉(zhuǎn)移的接合質(zhì)粒稱為致育因子(fertilityfactor，F(xiàn)因子)。大腸桿菌F因子是雙鏈閉環(huán)的大質(zhì)粒，總長(zhǎng)約100kb，復(fù)制起點(diǎn)為ori

V。F因子可以在細(xì)胞內(nèi)游離存在(F+)，也可以整合到宿主染色體內(nèi)(Hfr)。整合F因子的大腸桿菌菌株具有較高頻率的重組(high-frequencyrecombination)，稱為Hfr菌株。F因子可以整合在染色體不同位置，由此而得到不同的Hfr菌株。②細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化遺傳轉(zhuǎn)化(genetictransformation)是指細(xì)菌品系由于吸收了外源DNA而發(fā)生遺傳性狀的改變現(xiàn)象。感受態(tài)細(xì)胞（competentcell）：受體細(xì)胞經(jīng)過一些特殊方法（如電擊、CaCl2）處理后，細(xì)胞膜的通透性發(fā)生了暫時(shí)性改變，成為能允許外源DNA分子進(jìn)入的狀態(tài)。③細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)：是通過噬菌體將基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞的過程。④細(xì)菌的細(xì)胞融合由細(xì)胞質(zhì)膜融合導(dǎo)致的基因轉(zhuǎn)移和重組。在實(shí)驗(yàn)室中用溶菌酶除去細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖，使其成為原生質(zhì)體，可人工促進(jìn)原生質(zhì)體融合，由此使兩菌株的DNA發(fā)生廣泛的重組。第七章DNA重組與轉(zhuǎn)座4.6DNA的轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座子（transposon）：是在基因組中可以移動(dòng)的一段DNA序列。一個(gè)轉(zhuǎn)座子由基因組的一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置的過程稱為轉(zhuǎn)座或移位(transposition)。本質(zhì)是由轉(zhuǎn)座子（可移位因子）介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。轉(zhuǎn)座子是一些較短的DNA序列，可以轉(zhuǎn)移到細(xì)胞基因組的任何位置。由于它不需要序列間具有同源性，也不是位點(diǎn)特異性的，所以轉(zhuǎn)座作用又被稱為異常重組。與DNA的同源重組相比，轉(zhuǎn)座作用發(fā)生的頻率要低得多。轉(zhuǎn)座作用能說明在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的許多基因缺失或倒位現(xiàn)象，而且它常被用于構(gòu)建新的突變體。T-DNA標(biāo)簽技術(shù)。轉(zhuǎn)座作用的特點(diǎn)①能從基因組的一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位點(diǎn)（又稱跳躍基因）；②不以獨(dú)立形式存在；③轉(zhuǎn)座子編碼自身的轉(zhuǎn)座酶；④轉(zhuǎn)座的頻率很低；⑤轉(zhuǎn)座作用可引起基因表達(dá)內(nèi)容的改變甚至失活。轉(zhuǎn)座可分為復(fù)制性和非復(fù)制性兩大類。在復(fù)制性轉(zhuǎn)座中，整個(gè)轉(zhuǎn)座子被復(fù)制，所移動(dòng)和轉(zhuǎn)位的是原轉(zhuǎn)座子的拷貝。轉(zhuǎn)座酶和解離酶分別作用于原始轉(zhuǎn)座子和復(fù)制轉(zhuǎn)座子。在非復(fù)制性轉(zhuǎn)座中，原始轉(zhuǎn)座子作為一個(gè)可移動(dòng)的實(shí)體直接被移位。4.6.1轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征轉(zhuǎn)座子(transposon，Tn)：是存在于染色體DNA上可自主位移（非復(fù)制性）和復(fù)制（復(fù)制性）的基本單位。1、IS序列最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)座子只含有與轉(zhuǎn)座有關(guān)的酶基因，不含有任何宿主基因（包括抗藥性基因），常被稱為插入序列(insertional

equence，IS)。

IS序列都是可以獨(dú)立存在的單元，帶有介導(dǎo)自身移動(dòng)的蛋白。轉(zhuǎn)座子常常被定位到特定的基因中，造成該基因突變?？茖W(xué)上用標(biāo)準(zhǔn)命名法對(duì)這些突變進(jìn)行編號(hào)，如λ::IS1表示有一個(gè)IS1的序列插入到噬菌體λ基因組內(nèi)。表2-13IS序列的結(jié)構(gòu)特征比較長(zhǎng)度/bp兩端倒置重復(fù)區(qū)/bp靶位點(diǎn)正向重復(fù)區(qū)/bp靶位點(diǎn)IS1IS2IS4IS5IS10RIS50RIS90376813271428119513291531105723411816229189511或124999隨機(jī)有熱點(diǎn)AAAN20TTT有熱點(diǎn)NGCTNAGCN有熱點(diǎn)未知它們都是很小的DNA片段(約lkb)，末端具有倒置重復(fù)序列，轉(zhuǎn)座時(shí)往往復(fù)制宿主靶位點(diǎn)一小段(4～15bp)DNA，形成位于IS序列兩端的正向重復(fù)區(qū)。2、復(fù)合型轉(zhuǎn)座子復(fù)合型轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)：是一類除了轉(zhuǎn)座酶基因之外，還帶有抗藥性基因(或其他宿主基因)的轉(zhuǎn)座子。因結(jié)構(gòu)大而復(fù)雜，故稱為復(fù)合轉(zhuǎn)座子。其兩翼往往是兩個(gè)相同或高度同源的IS序列，表明IS序列插入到某個(gè)功能基因兩端時(shí)就可能產(chǎn)生復(fù)合轉(zhuǎn)座子(圖2-32)。Ⅰ型：圖2-32一旦形成復(fù)合轉(zhuǎn)座子，IS序列就不能再單獨(dú)移動(dòng)，因?yàn)樗鼈兊墓δ鼙恍揎椓?，只有作為?fù)合體移動(dòng)。

Ⅱ型主要指TnA家族:沒有IS序列、體積龐大(5000bp以上)、帶有3個(gè)基因，其中一個(gè)編碼β-內(nèi)酰胺酶(AmpR)，另兩個(gè)則是轉(zhuǎn)座作用所必須的。這類轉(zhuǎn)座子兩翼帶有38bp的倒置重復(fù)序列。

復(fù)合型轉(zhuǎn)座子的特點(diǎn)①末端反向重復(fù)序列，為轉(zhuǎn)座酶所必須；②中間的開放閱讀框架（ORF）作為標(biāo)記基因；③轉(zhuǎn)位后靶位點(diǎn)成為正向重復(fù)序列。4.6.2轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制轉(zhuǎn)座時(shí)發(fā)生的插入作用的普遍特征是受體分子中有一段很短的(3～l2bp)、被稱為靶序列的DNA會(huì)被復(fù)制，使插入的轉(zhuǎn)座子位于兩個(gè)重復(fù)的靶序列之間。對(duì)于一個(gè)特定的轉(zhuǎn)座子來說，它所復(fù)制的靶序列長(zhǎng)度是一樣的，如IS1兩翼總有9個(gè)堿基對(duì)的靶序列，而Tn3兩端總有5bp的靶序列。靶序列的復(fù)制起源于特定內(nèi)切酶所造成的粘性DNA末端。4.6.3轉(zhuǎn)座作用的遺傳學(xué)效應(yīng)(1)轉(zhuǎn)座引起插入突變各種IS、Tn都可以引起插入突變。如果插入位于某操縱子的前半部分，就可能造成極性突變，導(dǎo)致該操縱子后半部分結(jié)構(gòu)基因表達(dá)失活；(2)轉(zhuǎn)座產(chǎn)生新的基因如果轉(zhuǎn)座子上帶有抗藥性基因，它一方面造成靶DNA序列上的插入突變，同時(shí)也使這個(gè)位點(diǎn)產(chǎn)生抗藥性；(3)影響插入位置鄰近基因的表達(dá)，使宿主表型改變;(4)轉(zhuǎn)座產(chǎn)生的染色體畸變;若同源重組發(fā)生在兩個(gè)正向重復(fù)轉(zhuǎn)座區(qū)之間，就導(dǎo)致宿主染色體DNA缺失；若重組發(fā)生在兩個(gè)反向重復(fù)轉(zhuǎn)座區(qū)之間，則引起染色體DNA倒位。（5）轉(zhuǎn)座引起的生物進(jìn)化由于轉(zhuǎn)座作用，使一些原來在染色體上相距甚遠(yuǎn)的基因組合到一起，構(gòu)建成一個(gè)操縱子或表達(dá)單元，可能產(chǎn)生一些具有新的生物學(xué)功能的基因和新的蛋白質(zhì)分子。4.7真核生物中的轉(zhuǎn)座子早在20世紀(jì)初，遺傳學(xué)家就已發(fā)現(xiàn)玉米中存在決定體細(xì)胞變異的控制因子（controllingelement），事實(shí)上就是轉(zhuǎn)座子。20世紀(jì)40年代，BarbaraMcClintock在美國(guó)康奈爾大學(xué)和冷泉港實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行的開創(chuàng)性工作，打破了孟德爾關(guān)于基因固定排列于染色體上的概念，在當(dāng)時(shí)幾乎不能被科學(xué)界所接受，直到1983年終于在分子水平上得到證實(shí)，并使她獲得了諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。玉米細(xì)胞內(nèi)的控制因子可歸納為兩大類：一類是自主性因子，具有自主剪接和轉(zhuǎn)座的功能；另一類是非自主性因子，單獨(dú)存在時(shí)是穩(wěn)定的，但不能轉(zhuǎn)座。當(dāng)基因組中存在與非自主性因子同家族的自主性因子時(shí)，它才具備轉(zhuǎn)座功能，成為與自主性因子相同的轉(zhuǎn)座子。同一家族的自主性因子能為非自主性因子的轉(zhuǎn)座提供反式作用蛋白（轉(zhuǎn)座酶），而不同家族間無此反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，玉米轉(zhuǎn)座子同樣具有典型的IS特征——在轉(zhuǎn)座子的兩翼有兩個(gè)倒轉(zhuǎn)重復(fù)序列，在靶DNA插入位點(diǎn)有兩個(gè)短的正向重復(fù)序列。在著名的Ac-Ds體系中，自主轉(zhuǎn)座子Ac長(zhǎng)4563bp，轉(zhuǎn)錄生成單一RNA。成熟mRNA長(zhǎng)3500bp，并含有一個(gè)長(zhǎng)807個(gè)密碼子的開放讀碼框，被4個(gè)內(nèi)含子分隔成5個(gè)外顯子。Ac轉(zhuǎn)座子的兩翼有11bp的倒轉(zhuǎn)重復(fù)序列，在其靶DNA位點(diǎn)復(fù)制形成8bp正向重復(fù)。已知所有Ds都是Ac轉(zhuǎn)座子的缺失突變體，如Ds9只缺失了194bp，而Ds6缺了約2.5kb。非自主性轉(zhuǎn)座子雖然缺失內(nèi)源序列，但