異常重組-轉(zhuǎn)座遺傳因子

異常重組——轉(zhuǎn)座遺傳因子遺傳重組異常重組的類型

原核生物中的轉(zhuǎn)座因子

真核生物中的轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座因子的遺傳學效應(yīng)及其應(yīng)用

遺傳重組同源性重組

如真核生物在減數(shù)分裂時期同源染色體的非姐妹染色單體之間所發(fā)生的重組位點專一性重組

如l噬菌體DNA通過其att位點和大腸桿菌DNA的attB位點之間專一性重組而實現(xiàn)整合過程。異常重組

如轉(zhuǎn)座子從染色體的一個區(qū)段轉(zhuǎn)移到另一個區(qū)段或從一條染色體轉(zhuǎn)移到另一染色體

前兩者可稱為同源重組，異常重組也稱為非同源重組。位點專一性重組（site-specificrecombination）1、概念：發(fā)生在專一序列的DNA分子間的重組,有特異的重組酶和輔助因子對其識別和作用。噬菌體基因組整合到細菌染色體基因組中屬此種重組2、位點特異性重組的結(jié)果依賴于重組位點的位置和方向二、λphage的整合與切除1、實現(xiàn)機制：均是通過---細菌DNA和λDNA上特定位點之間的重組2、特定位點-----附著位點（attachmentsiteatt）?E.coliattB含BOB’序列23bp?λphage

attP含POP’序列240bp?核心序列“O區(qū)”完全一致

（同源部分15bp）---位點特異性重組發(fā)生的地方3、整合過程?整合后的附著位點為attL（BOP’）attR（POB’）?整合位點---attB、attP切除位點---attL、attR?整合過程需要λ整合酶

（integraseInt）（λ編碼）和寄主的整合宿主因子IHF（integrationhostfactor）共同作用溶源性細菌(lysogen)溶菌周期（lysis）原噬菌體概念及類型轉(zhuǎn)座重組：轉(zhuǎn)座子通過轉(zhuǎn)座酶改變自己位置所引起的重組。轉(zhuǎn)座子(transposon，Tn)：能通過轉(zhuǎn)座酶改變自己位置的DNA序列。轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座時插入的位點被稱為靶位點。異常重組：是指不依賴于同源序列就能改變特定DNA序列位置，引起遺傳性狀改變的重組。以轉(zhuǎn)座重組較普遍。根據(jù)轉(zhuǎn)座中轉(zhuǎn)座子復制與否，可分為兩種：(1)復制型轉(zhuǎn)座：在轉(zhuǎn)座過程中轉(zhuǎn)座子被復制，1個拷貝保留在原位點，1個拷貝被轉(zhuǎn)移到新位點。依賴于轉(zhuǎn)座酶及解離酶。(2)保守型轉(zhuǎn)座：轉(zhuǎn)座過程中轉(zhuǎn)座子作為一個實體被轉(zhuǎn)移到一個新位點。最早是McClintock(1951)在玉米粒色遺傳研究中發(fā)現(xiàn)的Ac-Ds轉(zhuǎn)座系統(tǒng)?；蛩睫D(zhuǎn)移水平基因轉(zhuǎn)移（horizontalgenetransfer,HGT），又稱側(cè)向基因轉(zhuǎn)移（lateralgenetransfer,LGT），是指在差異生物個體之間，或單個細胞內(nèi)部細胞器之間所進行的遺傳物質(zhì)的交流。差異生物個體可以是同種但含有不同的遺傳信息的生物個體，也可以是遠緣的，甚至沒有親緣關(guān)系的生物個體。單個細胞內(nèi)部細胞器主要指的是葉綠體、線粒體及細胞核。水平基因轉(zhuǎn)移是相對于垂直基因轉(zhuǎn)移（親代傳遞給子代）而提出的，它打破了親緣關(guān)系的界限，使基因流動的可能變得更為復雜。

轉(zhuǎn)座因子在原核生物中首次發(fā)現(xiàn)和檢出BMcClintock通過對玉米花斑糊粉層和植株色素形成的遺傳研究，首次清楚地表明，在任何基因組中都存在可移動的DNA序列(movableDNAsequences)，但首次分離和檢出這些可移動序列是在E.coli中。一、原核生物轉(zhuǎn)座子

二、真核生物轉(zhuǎn)座子

(一)插入序列IS;(二)轉(zhuǎn)座子;(三)轉(zhuǎn)座噬菌體(一)玉米轉(zhuǎn)座子：Ac-Ds系統(tǒng)(二)酵母轉(zhuǎn)座子：Ty因子(三)果蠅轉(zhuǎn)座子：P因子(四)人類的轉(zhuǎn)座子：LINE-1（L1）一、原核生物中的轉(zhuǎn)座子類型

按分子結(jié)構(gòu)及遺傳性質(zhì)分類：

插入序列(insertedsequence,IS)：序列較小，含有轉(zhuǎn)座酶等相關(guān)基因，兩端有幾個到幾十個bp構(gòu)成的反向重復序列。

轉(zhuǎn)座子(transposableelements，Tn)：分子較大，除了含轉(zhuǎn)座相關(guān)基因外還含有抗藥性基因等其它基因，其兩端有反向重復序列。

轉(zhuǎn)座噬菌體(transposablephage)：可隨機整合進細菌DNA任何位點的特殊噬菌體。分子大。(一)、插入序列(IS,insertedsequence)IS1插入序列是最簡單的轉(zhuǎn)座因子，IS是細菌染色體和質(zhì)粒的正常組成部分，可進行同源序列間的重組。

E.coli

K12chromosome8個IS1，5個IS2和IS3。IS兩端的反向重復序列（二）轉(zhuǎn)座子(transposon)在IS序列基礎(chǔ)上，多了一些額外的基因如抗性基因。目前已發(fā)現(xiàn)40多種，如Tn1、Tn2、Tn3、Tn10

等。轉(zhuǎn)錄方向Tn3的結(jié)構(gòu)模式圖：復合轉(zhuǎn)座子有時兩個IS序列之間雖然間隔有一些其它基因如細菌染色體基因、抗性基因等，但是它們可作為一個整體進行轉(zhuǎn)座，改變位置。這種轉(zhuǎn)座子被稱為復合轉(zhuǎn)座子（即帶有已知的IS的Tn）。最早發(fā)現(xiàn)的是:1963年Taylor發(fā)現(xiàn)的是Mu－phage（Mutatorphage）。特點：1、是一種以大腸桿菌為寄主的溫和噬菌體，以裂解生長和溶源生長兩種方式交替繁衍自已，同時它又能像IS和Tn一樣可以在宿主基因組上隨機進行轉(zhuǎn)座。

即Mu噬菌體具有溫和噬菌體和轉(zhuǎn)座因子的雙重特性。2、結(jié)構(gòu)特點：Mu是一種DNA噬菌體，38000bp線狀DNA；有三個區(qū)：α區(qū)：含有包括A、B基因等大多數(shù)基因；右側(cè)3kb的G區(qū)序列：含Sv、U、U′和Sv′4個基因β區(qū)：含gin等基因。3、游離：兩端連接著一段寄主DNA，左端100bp,右端1500bp；

整合：再一次整合時，這兩段序列消失(三)轉(zhuǎn)座噬菌體在轉(zhuǎn)錄時G區(qū)序列的不同走向?qū)е铝瞬煌募闹魈禺愋裕篏（＋）→Sv和U基因表達→吸附E.coilK12菌株G（－）→Sv′和U′基因表達→E.coilC菌株轉(zhuǎn)座噬菌體結(jié)構(gòu)模式圖二、真核生物中的轉(zhuǎn)座子酵母菌是低等真核生物，其轉(zhuǎn)座子類似于細菌轉(zhuǎn)座子。酵母轉(zhuǎn)座子中研究較清楚的是TY(transposonyeast)類轉(zhuǎn)座子：如TY1和TY917。TY結(jié)構(gòu)：含約5.6kb中心區(qū)，分布于兩端的340bp的同向重復序列(稱為δ)，其作用與IS、Tn中的反向重復序列類似)。每個單倍體酵母基因組有30-35個TY，及至少100個單一的δ因子(soloδelements)。(一)酵母菌的轉(zhuǎn)座子酵母Ty1轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)（a）與Soloδ的形成（b）Ty1因子轉(zhuǎn)座是通過一種RNA中間產(chǎn)物進行的。首先以其DNA為模板合成一個拷貝的RNA；然后再通過反轉(zhuǎn)錄合成一條新的Ty1因子；最后這條新的Ty1轉(zhuǎn)座子再插入到新的位點上。

Ty1因子轉(zhuǎn)座(二)果蠅轉(zhuǎn)座子果蠅中也有很多轉(zhuǎn)座子：如Copia、P、412、279、Tip、FB等。其中，P因子可非復制型轉(zhuǎn)座插入W位點，引起雜種劣育。例如卵巢發(fā)育異常，分離比異常，雄性個體的減數(shù)分裂中出現(xiàn)重組，突變率高，染色體畸變等。P因子：2907bp，兩端為31bp的反向重復序列，中間含4個編碼區(qū)(ORF0，ORF1，ORF2，ORF3)和3個內(nèi)含子(1,2,3)。在體細胞中，內(nèi)含子1、2被剪接掉，所形成的mRNA翻譯成一個轉(zhuǎn)座阻遏蛋白，抑制P因子轉(zhuǎn)座。在生殖細胞中，內(nèi)含子1、2、3都被剪接掉，所形成的mRNA翻譯成轉(zhuǎn)座酶，導致P因子轉(zhuǎn)座，插入W位點引起配子劣育。在轉(zhuǎn)座子切離時可以是準確的，也可能不準確，準確的切離，導致插入位點所在基因的回復突變，即恢復功能。不準確的切離，導致插入位點基因的突變，由此發(fā)生的突變有白眼、焦剛毛、黃體等。黑腹果蠅中的P因子與雜種敗育在黑腹果蠅有兩類品系：P品系：作為父本能造成雜種敗育。其P因子含有正常轉(zhuǎn)座酶基因(相當于顯性不育基因S)，但細胞質(zhì)正常，有轉(zhuǎn)座阻遏蛋白，能抑制轉(zhuǎn)座(相當于細胞質(zhì)中有該顯性不育基因的抑制基因I)。基因型可表示為I(SS)。正?？捎?。M品系：作為母本能造成雜種敗育的品系。其P因子缺失了編碼區(qū)(相當于核內(nèi)沒有S)，其細胞質(zhì)中沒有轉(zhuǎn)座阻遏蛋白(相當于細胞質(zhì)中沒有I)。基因型可表示為i(ss)。P×P，P×M：雜種正常，基因型:I(＿)M×M：雜種正常，基因型:i(ss)×i(ss)=i(ss)。M×P：雜種敗育。i(ss)×I(SS)=i(Ss)。

因為M品系細胞質(zhì)中沒轉(zhuǎn)座阻遏蛋白，P品系的P因子能表達轉(zhuǎn)座酶，可自由轉(zhuǎn)座，因此雜種敗育。轉(zhuǎn)座酶雜種敗育(三)玉米轉(zhuǎn)座子美國玉米遺傳學家McClintock(1940-1950)發(fā)現(xiàn)玉米子粒色斑的不穩(wěn)定遺傳現(xiàn)象。經(jīng)長達10年的研究，提出Ac-Ds轉(zhuǎn)座系統(tǒng)。首次提出了遺傳因子可以移動的觀點，1983年獲得諾貝爾獎。玉米糊粉層顏色至少與A、C、R、Pr、I等5個基因有關(guān)。其中

A為花青素;

C代表顏色，決定顏色(紫色或紅色)的發(fā)生;

R為紅色，在存在A、C基因時決定紅色的形成;

Pr是紫色，在存在A、C、R下決定紫色的產(chǎn)生;

I是顏色的抑制基因，抑制顏色產(chǎn)生，位于C基因附近。

P252I=DsI可以發(fā)生位置改變，它解離轉(zhuǎn)座到別處時，由于沒有它的抑制作用，A、C、R共同作用可產(chǎn)生紅色，因此被稱為Ds(dissociator)。當它停留在原位點時，子粒表現(xiàn)無色。在A-C-R或A-C-R-Pr基因型的胚乳發(fā)育過程中，I解離越早，子粒上色斑的面積就越大;解離越晚，則子粒上色斑面積越小。由于不同胚乳細胞中Ds解離的時間不同，因此在子粒上產(chǎn)生大小不同的色斑嵌合現(xiàn)象。Ac-Ds系統(tǒng)Ac也是一個轉(zhuǎn)座子，由4563bp組成(其中間區(qū)編碼轉(zhuǎn)座酶)，兩端有11bp的反向重復序列，可轉(zhuǎn)座到基因組的任何位置，其靶位點有兩個8bp的同向重復序列。其中間編碼區(qū)不同程度缺失，形成不同的Ds。當Ac開始轉(zhuǎn)座活動時，Ds被激活也進行轉(zhuǎn)座，移動到新位點，使靶位點附近基因失活或改變表達活性。研究發(fā)現(xiàn)，Ds是激活因子Ac(activator)的缺失突變體，不能自主轉(zhuǎn)座，需被Ac因子激活。尤其是兩端重復序列與Ac同源。Ac-Ds的類似系統(tǒng)在玉米中，除了Ac-Ds系統(tǒng)外，還有其它5個轉(zhuǎn)座系統(tǒng)。但是它們之間是類似的。三、轉(zhuǎn)座機制和遺傳學效應(yīng)轉(zhuǎn)座步驟是：(1)轉(zhuǎn)座酶在靶位點上制造一個交錯的切口。(2)然后轉(zhuǎn)座子與突出的單鏈末端相連接，并填充缺口。交錯末端的產(chǎn)生和修復，可產(chǎn)生靶位點的同向重復。其交錯長度決定了同向重復的長度。

如下圖：(一)轉(zhuǎn)座機制轉(zhuǎn)座機制酶切轉(zhuǎn)座復制及修復復制式轉(zhuǎn)座非復制式轉(zhuǎn)座逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子DNA—RNA—DNA的轉(zhuǎn)移過程——逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座。逆轉(zhuǎn)錄子——一類移動因子在轉(zhuǎn)座過程中需要以RNA為中間體，經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄過程再分散到基因組中。在所有高等生物的基因組構(gòu)成中，存在著與逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組非常相似的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子與簡單轉(zhuǎn)座子比較1.與高頻率自發(fā)突變有關(guān)；2.刺激寄主細胞基因組發(fā)生多種形式的遺傳重排；3.插入單元兩端的DNA序列在插入過程中增加3-13bp；4.轉(zhuǎn)座單元的末端含有長度為2-50bp的反向重復5.轉(zhuǎn)座過程經(jīng)常與轉(zhuǎn)座單元的復制同時進行；6.轉(zhuǎn)座子通過編碼蛋白質(zhì)作用于轉(zhuǎn)座單元來對自身的轉(zhuǎn)座功能進行調(diào)控。逆轉(zhuǎn)錄子的結(jié)構(gòu)特點逆轉(zhuǎn)錄子編碼逆轉(zhuǎn)錄作用的關(guān)鍵酶:逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶。按結(jié)構(gòu)特征分兩類（1）與逆轉(zhuǎn)錄病毒類似的LTR、gag和pol基因，但無env基因。（2）不具有LTR，但有3‘polyA、gag和pol基因。酵母果蠅哺乳果蠅(二)轉(zhuǎn)座