第六章 转座

DNA transposable elememt 1983. Barbara McClintock (86y) DNA transposable elememt

第五节 转座元件(可动基因) 基因绝大多数是固定在染色体上的一个位置上但是有些基因在染色体上的位置是可以移动的，这类基因称为可动基因(mobile gene)，也可以称为转座元件或转座因子(transposable element)。

一、原核生物的转座因子 1951年McClintock提出转座（Transposition）和跳跃基因(jumping gene)的新概念 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DNA的插入（突变）和切离（回复突变）所致。

gal+/ galm杂合双链DNA的电镜照片，出现了棒糖状结构

（一) 原核生物转座因子的类型 插入序列(IS) 复合型转座子 TnA家族

1、插入序列 (insertion sequence) IS家族的结构：末端具有反向重复序列（inverted repeats，IR）以及1kb左右的编码区，它仅编码和转座有关的转座酶，转座时往往复制宿主靶位点的一小段DNA序列。 对靶位点的选择有三种形式：随机选择，热点选择和特异位点的选择。

插入序列(insertion sequence) 插入序列是最简单的转座元件,能够阻止被插入的基因的转录，所以称为插入序列（IS）。

2、复合型转座因子 这是在细菌细胞中发现的，这种转座因子带着有同转座无关的一些基因，如抗药性基因；它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。

3、TnA家族 TnA是复制型转座的转座子。 长约5kb左右，中部的编码区不仅编码抗性基因，还编码转座酶和解离酶。 两端具有末端反向重复序列，而不是IS，长约38bp左右，任一个缺失都会阻止转座。 靶位点具有5bp的正向重复序列。 TnA家族都带有抗性标记

（二)转座类型 类型 (1) 复制型转座 （replicative transposition） (2) 非复制型转座 （nonreplicative transposition） (3) 保守型转座 （conservative tranposition）

复制型转座

非复制型转座

保守型转座

（三)转座作用的遗传学效应 转座引起插入突变 转座产生新的基因 转座产生的染色体畸变 转座引起的生物进化

（四)转座机制 IS 序列、转座子和Mu噬菌体在从一条染色体转移到另一条染色体时，所采用的机制基本相同。 转座的起始： 转座起始的时候形成“a strand transfer complex ” 在这个复合物中，转座子通过两侧各一条单链与 位点连接。

剪切转座子末端和靶位点并将被切的末端连接到靶位点形成转移复合体，以此起始转座

复制型转座: 夏皮罗模型

复制型转座模型解释了： 复制型转座在转座后原来的位置上保留原有的转座子； 在新位置上转座子的两端出现正向重复靶序列； 转座过程中出现共合体。

非复制型转座

二、真核生物的转座因子 玉米地中的先知 Barbara McClintock （芭芭拉·麦克林托克） 1902-1992

1、Ac-Ds系统 可以自主移动的调节因子 玉米的控制元件 非自主移动的受体因子

Ac： 4565 bp 末端反向重复序列（11 bp） 自主元件 转座酶基因 Ds： Ac的缺失序列，结构多样 末端反向重复序列（11bp） 非自主元件

2、果蝇中的P因子 P因子的两种类型： 一类是全长p因子，长2907bp，两端有33bp的反向重复序列(IR)，有4个外显子，编码转座酶。

全长P因子的4个外显子编码转座酶，生成有活性的转座酶，相对分子质量为87KD。但只在生殖系细胞中实现完整的RNA剪接. 在体细胞中，RNA剪接不完整，最后一个内含子未除去，因而只有前面3个外显子编码产生只有66KD的转座酶，是没有生物学活性的。这就是P因子在体细胞中转座的抑制元件。

P因子与“ 杂种不育”（hybrid dysgenesis） M型 P （♂）× M （♀） 后代不育 M （♂）× P （♀） 后代可育。

三、反转录转座子 反转录转座子(retrotransposon或retroposon)指通过RNA为中介，反转录成DNA后进行转座的可动元件。这样的转座过程称为反转座作用(retrotrans—position)。

两类反转录转座子 一类是病毒超家族(viral superfamily)，这类反转录转座子编码反转录酶或整合酶(integrases)，能自主地进行转录，其转座的机制同反转录病毒相似，但不能像反转录病毒那样以独立感染的方式进行传播。 另一类是非病毒超家族(nonviral superfamily)，自身没有转座酶或整合酶的编码能力，而在细胞内已有的酶系统作用下进行转座。

反转录病毒基因组以RNA和DNA形式存在

反转录病毒的基因加工产生许多蛋白质

在反转录中通过模板转换产生负链DNA

R U5 U3 R R U5 U3 R R U5 U3 R U5 U5 R U5 U3 R

正链DNA的合成需要第二次跳跃 U3 R U5 U5 R U5 U3 R U5 U3 R U5 R U5 U3 R U5 U3 R U5

U5 U3 R U5 U3 R U5 U5 U3 R U5 U3 R U5 U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5

反转录病毒整合入宿主DNA中的分子机制，其本质是转座

假基因可能由RNA反转录成 DNA双链，再整合到基因组中

本章要点： 遗传重组的类型 同源重组中的相关酶类 位点特异性重组 原核转座子类型 转座方式 果蝇P因子与杂种不育 反转录病毒负链与正链DNA的合成