第四章DNA的轉(zhuǎn)座分子生物學(xué)

第四章DNA的轉(zhuǎn)座

（DNAtransposition）目前一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)一、轉(zhuǎn)座成分概述1.轉(zhuǎn)座子(元)或轉(zhuǎn)座元件(transposonortransposableelement):即能夠反復(fù)插入到基因中許多位點(diǎn)的特殊DNA片段，它們可從一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位點(diǎn)，從一個(gè)復(fù)制子到另一個(gè)復(fù)制子（在轉(zhuǎn)移時(shí)原來(lái)位置上的這些結(jié)構(gòu)依然存在或不存在）。目前二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)2.特點(diǎn)：

?不必借助同源序列就可移動(dòng)的DNA片段，即轉(zhuǎn)座作用與供體和受體之間的序列無(wú)關(guān)。

?原核生物和真核生物均有轉(zhuǎn)座子。

?轉(zhuǎn)座序列可沿染色體移動(dòng)，甚至在不同染色體間跳躍。目前三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)3.種類與特征（1）類型：

A簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)座子或（插入序列insertionsequenceIS）

B復(fù)合轉(zhuǎn)座子

C巨型轉(zhuǎn)座子

（2）特征：a）兩端有20～40bp的反向重復(fù)序列(IR)b）具有編碼轉(zhuǎn)座酶（transposase）的基因c）復(fù)合轉(zhuǎn)座子除轉(zhuǎn)座酶基因外還有1~數(shù)個(gè)基因。

d）轉(zhuǎn)座酶催化轉(zhuǎn)座子插入新位點(diǎn)。目前四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)A插入序列?最簡(jiǎn)單，是細(xì)菌染色體、質(zhì)粒和某些噬菌體的正常組分，是一個(gè)自主的單位，每種IS均編碼自身轉(zhuǎn)座所需的蛋白質(zhì)。?

命名：IS＋編號(hào)（鑒定類型）長(zhǎng)度700～2000bp目前五頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)每種IS元件具有不同序列，但有共同的組織形式插入序列IS1的結(jié)構(gòu)目前六頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前七頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前八頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)B復(fù)合轉(zhuǎn)座子?

表示法：通常以Tn和后面加上數(shù)碼表示，如Tn903。?

結(jié)構(gòu):

a.除有轉(zhuǎn)座酶基因外還有其它表型基因，如：抗藥基因，使宿主具表型效應(yīng)。

b.兩側(cè)有重復(fù)序列。

c.有的轉(zhuǎn)座子的重復(fù)順序就是IS。?

功能：和IS一樣可以從一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)座到另一個(gè)位點(diǎn)。目前九頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)Tn1681大腸桿菌熱穩(wěn)定毒素I基因552bpIRIRIRIR復(fù)合轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)示意圖IS1IS1目前十頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前十一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)a)Tn/TnAfamily

l

具有IR、轉(zhuǎn)座酶基因、調(diào)節(jié)基因（解離酶）、抗抗生素基因

2.5kb20kb

Tn3IRTnpATnpRAmpRIR38bp38bp轉(zhuǎn)座酶regulatorβ-內(nèi)酰胺酶

?

兩種類型目前十二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)b）兩端重復(fù)序列為IS的復(fù)合轉(zhuǎn)座子

e.g.IS插入到功能基因兩端，可能形成復(fù)合轉(zhuǎn)座因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。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?，只能作為?fù)合體移動(dòng)。目前十三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)ISISISISLISR臂中心區(qū)臂transposition目前十四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)?

當(dāng)兩個(gè)IS組件相同時(shí)，其中任一個(gè)都可行使轉(zhuǎn)座功能?

不同時(shí)，主要依靠一個(gè)?

兩側(cè)的IS既可以是IR，又可以是DR狀態(tài)（IR多）目前十五頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)C、轉(zhuǎn)座噬菌體Muphage

（巨型轉(zhuǎn)座子）

CrepressorforA,BB33kd與轉(zhuǎn)座有關(guān)A70kd轉(zhuǎn)座酶U,S毒性蛋白attL,attR與寄主同源，反向重復(fù)，轉(zhuǎn)座必需GinG區(qū)倒位酶G倒位區(qū)38kbattLCABSUattR150bp1.5kb

Pgin

以E.coli為寄主的溫和型噬菌體（溶源、裂解）目前十六頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)

Mu的插入途徑a）侵入的Mu在溶源化過(guò)程中任意插入寄DNAb）進(jìn)入裂解生長(zhǎng)后，復(fù)制產(chǎn)生后代MuDNA幾乎全部插入寄主DNA中，并可繼續(xù)轉(zhuǎn)座（形成寄主DNA和Mu的共合體），噬菌體成熟時(shí)，切段共合體包裝目前十七頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)1.轉(zhuǎn)座的一般模式二、轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)作機(jī)制與模式

轉(zhuǎn)座子插到新的位點(diǎn)上，靶DNA上產(chǎn)生交錯(cuò)切口，所形成的單鏈末端與轉(zhuǎn)座子兩端的反向重復(fù)序列相連，由DNA聚合酶填補(bǔ)缺口，DNA連接酶封閉切口。轉(zhuǎn)座結(jié)束后，靶DNA發(fā)生一個(gè)正向重復(fù)序列。目前十八頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前十九頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前二十頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)2.復(fù)制型轉(zhuǎn)座模式（replicativetransposition）

轉(zhuǎn)座子作為可移動(dòng)的元件被復(fù)制，一個(gè)拷貝保留在供體原來(lái)的部位不變；另一個(gè)拷貝則插入到受體的位點(diǎn)上，結(jié)果供體和受體都有一個(gè)轉(zhuǎn)座子的拷貝。

需兩種酶：

轉(zhuǎn)座酶(transposase)：作用于靶位點(diǎn)和原來(lái)轉(zhuǎn)座子兩端。

解離酶(resolvase)：作用于復(fù)制后的拷貝。目前二十一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前二十二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)過(guò)程

a)共合體形成切口－連接－復(fù)制目前二十三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)

b)拆分靶位點(diǎn)的DR形成目前二十四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)3.非復(fù)制型轉(zhuǎn)座（nonreplicativetransposition)

轉(zhuǎn)座子從供體一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到受體新位點(diǎn)處，供體

位點(diǎn)留下缺口，受到損傷（嚴(yán)重時(shí)致死）或宿主修復(fù)系

統(tǒng)識(shí)別修復(fù)。

只需轉(zhuǎn)座酶目前二十五頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前二十六頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)4.保守型轉(zhuǎn)座（conservativetransposition)

另一種非復(fù)制型。與λ整合機(jī)制相似其轉(zhuǎn)座酶與λ整合酶家族有關(guān)。目前二十七頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)5.TnA轉(zhuǎn)座模式?

復(fù)制型轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座酶(tnpA)、解離酶(tnpR)?

解離酶需要特異的內(nèi)部位點(diǎn)雙重功能：解離功能

tnpA及自身的阻遏物?

拆分位點(diǎn)–res

共合體拆分位點(diǎn)?

轉(zhuǎn)座結(jié)果產(chǎn)生5bp的正向重復(fù)序列目前二十八頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)

目前二十九頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)a)不依賴供體序列與靶位點(diǎn)間序列的同源性b)轉(zhuǎn)座不是簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)移，涉及轉(zhuǎn)座子的復(fù)制Hotspots(熱點(diǎn))Regionalpreference(在3kb區(qū)域內(nèi)的隨機(jī)插入)

d)某些轉(zhuǎn)座因子（Tn3）對(duì)同類轉(zhuǎn)座因子的插入具有排他性

（免疫性）e)靶序列在轉(zhuǎn)座因子兩側(cè)會(huì)形成正向重復(fù)f)轉(zhuǎn)座因子的切除與轉(zhuǎn)座將產(chǎn)生復(fù)雜的遺傳學(xué)效應(yīng)●

轉(zhuǎn)座的特點(diǎn)c)轉(zhuǎn)座插入的靶位點(diǎn)并非完全隨機(jī)（插入專一型）目前三十頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)三、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座頻率的調(diào)控?

每個(gè)轉(zhuǎn)座子控制自身轉(zhuǎn)座的核心----控制轉(zhuǎn)座酶的水平不到一個(gè)轉(zhuǎn)座酶分子／世代／細(xì)胞1）、Tn10轉(zhuǎn)座機(jī)制?

Tn10為復(fù)合型轉(zhuǎn)座子?

IS10R元件提供轉(zhuǎn)座酶活性-----合成轉(zhuǎn)座酶的序列?

自發(fā)轉(zhuǎn)座頻率---10－7?

Tn10轉(zhuǎn)座酶水平是控制轉(zhuǎn)座的關(guān)鍵?

有兩種控制轉(zhuǎn)座的方式目前三十一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)

a）通過(guò)反義RNA的翻譯水平控制?

IS10R外側(cè)邊緣兩個(gè)啟動(dòng)子?

PIN控制IS10R的轉(zhuǎn)錄－－弱啟動(dòng)子?

POUT：強(qiáng)啟動(dòng)子向右轉(zhuǎn)錄宿主DNA?

INRNA和OUTRNA有36bp的重疊穩(wěn)定性：

OUTRNA??INRNA?

大量OUTRNA作為INRNA的反義RNA目前三十二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)

b）甲基化作用控制轉(zhuǎn)座酶合成及其與DNA的結(jié)合?

Tn10轉(zhuǎn)座酶啟動(dòng)子含有GATC序列（其它轉(zhuǎn)座子）?

E.coli中Dam甲基化酶作用使啟動(dòng)子相對(duì)鈍化只能利用剛剛復(fù)制完成時(shí)出現(xiàn)少數(shù)轉(zhuǎn)座酶?

IS10R的末端IR也含有GATC，甲基化的GATC不能結(jié)合轉(zhuǎn)座酶?

Tn10在DNA剛剛復(fù)制后發(fā)生轉(zhuǎn)座目前三十三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)四、轉(zhuǎn)座子的某些遺傳學(xué)效應(yīng)1.轉(zhuǎn)座引起插入突變IS、Tn和Mu噬菌體都可能引起插入突變。

插入位點(diǎn)若在一個(gè)順?lè)醋樱╟istron)的前端功能基因中，可能造成極性突變（移碼或終止密碼突變）。指減低蛋白質(zhì)合成速度的基因突變目前三十四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前三十五頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)2.造成插入位點(diǎn)靶DNA的少量堿基對(duì)重復(fù)

IS1、Tn10：造成9bp的重復(fù)。IS3：造成3或4bp的重復(fù)。IS4：造成11bp的重復(fù)。3.插入位點(diǎn)出現(xiàn)新基因

復(fù)合轉(zhuǎn)座子帶有抗性基因（如抗藥性基因ampc)，可產(chǎn)生兩方面效應(yīng)：一個(gè)基因的插入突變；出現(xiàn)抗藥基因。目前三十六頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)4.引起染色體畸變

在一個(gè)染色體上（甚至不同染色體上）若有同一轉(zhuǎn)座子的兩個(gè)拷貝，其提供的相同重組位點(diǎn)，可導(dǎo)致缺失、倒位、插入。方向相同：產(chǎn)生缺失。方向相反：發(fā)生倒位。目前三十七頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前三十八頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前三十九頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前四十頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)通過(guò)轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的姐妹染色單體間的染色體內(nèi)異位交換

目前四十一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)5.切除效應(yīng)

指轉(zhuǎn)座子從原來(lái)位置上消失。

準(zhǔn)確切除：使原插入發(fā)生恢復(fù)突變。

不準(zhǔn)確切除：留下轉(zhuǎn)座子殘跡，產(chǎn)生插入突變，但

轉(zhuǎn)座子標(biāo)志消失。目前四十二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)轉(zhuǎn)座子切離所造成的序列變異目前四十三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)

6.外顯子改組當(dāng)二個(gè)轉(zhuǎn)座子被同一轉(zhuǎn)座酶識(shí)別而整合到染色體的鄰近位置時(shí)，則位于它們之間的序列有可能被轉(zhuǎn)座酶作用而轉(zhuǎn)座，如果這DNA序列中含有外顯子，則被切離并可能插入另一基因中，這種效應(yīng)稱為外顯子改組(exonshuffling)(圖)。外顯子改組將導(dǎo)致基因組中新基因的產(chǎn)生。

目前四十四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)雙轉(zhuǎn)座子插入所引起的外顯子改組示意圖

目前四十五頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)7.轉(zhuǎn)座引起的生物進(jìn)化由于轉(zhuǎn)座作用，使一些原來(lái)在染色體相距甚遠(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，也可能產(chǎn)生一些具有新的生物學(xué)功能的基因和新的蛋白分子（如復(fù)合式轉(zhuǎn)座子）。目前四十六頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)（1）可使原來(lái)相距較遠(yuǎn)的基因組合在一起，形成一個(gè)操縱子。

（2）產(chǎn)生一個(gè)新蛋白，把原來(lái)兩段分離的DNA序列連在一起。（3）啟動(dòng)子部位的插入可使基因打開或關(guān)閉。（4）過(guò)多轉(zhuǎn)座（頻率過(guò)高）對(duì)細(xì)胞不利，細(xì)胞在長(zhǎng)期進(jìn)化中形成了一些不利于轉(zhuǎn)座的代謝途徑，可與轉(zhuǎn)座過(guò)程平衡。

（5）轉(zhuǎn)座基因插入時(shí)，大多數(shù)受體基因均被鈍化，但也有基因被激活。（這是因?yàn)檗D(zhuǎn)座子有自己的啟動(dòng)子，在使轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)錄的同時(shí)，也可使相鄰基因轉(zhuǎn)錄）。五、轉(zhuǎn)座子效應(yīng)的意義目前四十七頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)六、真核生物的轉(zhuǎn)座成分

a)轉(zhuǎn)座機(jī)制與細(xì)菌的轉(zhuǎn)座子類似遺傳信息：DNA→DNA?

玉米的Ac-Ds元件、果蠅的P元件和FB元件等b)轉(zhuǎn)作機(jī)制類似逆轉(zhuǎn)錄病毒遺傳信息：RNA→DNA→RNA?

如：逆轉(zhuǎn)錄病毒、果蠅的Copia元件、酵母的Ty元件根據(jù)轉(zhuǎn)座機(jī)制目前分為兩類：目前四十八頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)

Ac和Ds這兩個(gè)因子都位于玉米的第九號(hào)染色體短臂，在色素基因C的附近。

Ac因子全長(zhǎng)4.5kb，有5個(gè)外顯子，其產(chǎn)物是轉(zhuǎn)座酶。Ac因子兩端是長(zhǎng)11bp的反向重復(fù)序列(IR)；

Ds因子長(zhǎng)0.4-4kb，它的中間(在轉(zhuǎn)座酶基因中)有許多種長(zhǎng)度不等的缺失,如Ds9只缺失194bp，而Ds6則缺失2.5kb，Ds的兩端也都有11bp的反向重復(fù)序列。

Ac和Ds的末端反向重復(fù)幾乎是一樣的，只有一個(gè)不同之處：Ac兩端最外邊的核苷酸是彼此不互補(bǔ)的T:G，而Ds是互補(bǔ)的T:A(圖)。目前四十九頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)Ac-Ds轉(zhuǎn)座元件結(jié)構(gòu)示意圖。右邊示Ac及Ds元件的單鏈DNA末端反向重復(fù)配對(duì)所形成的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可能對(duì)轉(zhuǎn)座有意義目前五十頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)

由于缺失轉(zhuǎn)座酶，Ds因子不能自主移動(dòng)，因此Ds因子是非自主移動(dòng)的受體因子(dissociator)，而Ac則為自主移動(dòng)的調(diào)節(jié)因子(activator

)，Ds的轉(zhuǎn)座依賴于Ac元件的存在。Ac、Ds的轉(zhuǎn)座屬于非復(fù)制機(jī)制，即不是復(fù)制一份拷貝后將拷貝轉(zhuǎn)移，而是直接從原來(lái)位置消失。

目前五十一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)玉米轉(zhuǎn)座因子對(duì)胚乳顏色的影響

目前五十二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前五十三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十七點(diǎn)

果蠅的P因子有兩種類型，一類是全長(zhǎng)P因子，長(zhǎng)2907bp，兩端有33bp的反向重復(fù)序列(IR)，有4個(gè)外顯子(4個(gè)ORF)，編碼轉(zhuǎn)座酶(圖)；另一類為缺失型P因子，它不能編碼轉(zhuǎn)座酶，它的轉(zhuǎn)座依賴于全長(zhǎng)P因子。缺失型P因子都是由活性P因子的中段缺失衍生而來(lái)的，長(zhǎng)度從500bp到1400bp不等。