第四节 转 座 一、概述 基因组是通过获得新序列，以及原有序列的重组（re-arrangement）而演化的。

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1 第四节 转 座 一、概述 基因组是通过获得新序列，以及原有序列的重组（re-arrangement）而演化的。
第四节 转 座 一、概述 基因组是通过获得新序列，以及原有序列的重组（re-arrangement）而演化的。 获得新序列：在细菌中，质粒的接合作用、噬菌体的感染转移遗传信息。在真核生物中，一些病毒在感染周期内转移遗传物质。 重组：相关序列间的不等交换导致基因组的变化。例如SSR多态性。转座也是导致基因组变化的重要原因。

2 (一)、转座子的概念 转座子（transposon）：转座子也叫做转座元件、跳跃基因。是在基因组中可移动的DNA序列，不以独立的形式存在（如质粒或噬菌体DNA等），而在基因组内由一个部位直接转移到另一个部位。 一个转座子由一个部位转移到另一个部位的过程称为转座。 转座发生的频率很低，而且插入位点是随机的，不依赖转座子与靶位点之间的任何同源性。

3 (二)、转座子的基本特点 转座子只负责自身的复制和转移，所以也称为自私DNA（selfish DNA）。 转座子是位于基因组内的独立的实体。
一类转座子以编码蛋白质的DNA序列的形式存在，这些蛋白质直接操作DNA，使转座子能够在基因组内繁殖其自身。 另一类转座子与反转录病毒相关，由病毒RNA转录产生转座所需蛋白质。

4 细菌的转座子都携带着编码其自身转座所需的酶的基因，但也可能需要其所在基因组的辅助功能，例如DNA聚合酶、旋转酶等。
真核细胞中也存在编码自身转座酶的转座子，称为功能性转座子，或自主性转座子。 但真核细胞多数转座子是不含编码活性转座酶基因的，因此丧失了独立转座的能力，称为非功能性转座子，或缺陷性转座子，或非自主性转座子。非功能性转座子可以在同一家族的自主性转座子存在的条件下发生转座。非同一家族则不起作用。

5 (三)、转座的遗传效应 转座子的插入可以导致基因突变。包括基因的失活、表达产物的改变等。
转座子可直接或间接导致基因组的重排。包括DNA的缺失、倒位。正向重复的转座区之间发生重组将导致缺失，反向重复的转座区之间重组将导致倒位。如图示。

6 转座产生新的基因。转座子上携带的基因可以引入到基因组中。
转座引起基因组进化。通过转座使相距较远的基因组合到一起，可能会产生新的生物学功能。

7 二、 简单转座模块—插入序列 插入序列（IS，Insertion Sequences）：是最简单的转座子，编码转座酶。可以独立发挥转座作用。
插入序列的结构特征： IS元件的末端为短的反向重复序列（inverted terminal repeats），两个末端密切相关，但并不完全一样。

8 IS元件转座时，插入部位的宿主DNA序列被复制，在转座子两端形成两个短的正向重复序列。
对同一个转座子，在每次转座时，此正向重复序列皆可不同，但其长度是恒定的。一般长度为3-9bp。

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10 除IS1之外，所有IS元件都含有一个单一的长编码区，起始于一端的反向重复序列内，终止于另一个反向重复序列之内或之前，编码转座酶。IS1含有两个单独的阅读框，在翻译过程中，要通过移码通读才能产生有功能的转座酶。 多数IS元件可插入到宿主DNA的许多不同部位，但一些IS元件对某些特殊热点显示出一定倾向性。 一般每个IS元件每代的转座频率为10－3-10－4。单一靶位点插入频率与自发性突变频率相当（10－5-10－7）。

11 反向重复序列(Inverted repeat)

12 三、 复合转座子 一些转座子两侧是由IS元件组成的臂（含有与转座有关的酶），中心区携带编码转座酶以外的其它基因，这类转座子称为复合转座子。用Tn命名。 复合转座子可以作为一个单位进行转座，但两端的活性IS元件也可独立进行转座。 IS元件组成的臂可以正向或反向方式排列。

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14 两个IS元件可与位于其中间的任何序列一起转座。但是，随着中央区的增长，转座频率降低。所以长度依赖性是决定复合型转座子大小的一个因素。
中心区标志物的选择性提高了复合型转座子的转座频率。 IS元件所编码的转座酶的活性负责识别一个靶部位和识别转座子的末端。只有转座子的末端可作为转座的底物。

15 四、转座的方式 复制型转座：转座的元件被复制，转座的序列是原来元件的一个拷贝。转座需要转座酶，它作用于原转座子的末端。例如TnA转座子。

16 非复制型转座：转座元件作为一个物理实体直接从一个部位转移到另一个部位。转座发生后供体分子可能被破坏，也可能被宿主修复系统识别并修复。
玉米Ac/Ds转座子家族进行非复制型转座

17 保守型转座：是非复制转座的一种，转座元件从供体部位被切除，经过一系列过程插入到受体部位。在转座元件切除转移过程中，每个核苷键皆被保留。

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19 五 、转座的机制 转座起始于一个共同的机制，即转座子与靶部位相连接，形成共同中间体。
首先，转座子两端被切出缺口，而靶位点的两条链也被切开一个缺口，切口的末端被交叉相连，使转座子与靶部位之间产生共价连接。 随后，供体分子的切离使转座子插入靶位点。

20 末端联会 缺口末端连接 共同中间体 Mu噬菌体转座过程

21 六、玉米转座子家族 玉米的每一个转座子家族都由自主控制元件和非自主控制元件构成。
自主控制元件（autonomous controlling element) ：编码转座相关蛋白，有转座能力，使插入位点基因突变。 非自主控制元件（non autonomous controlling element）：在基因组内存在同一家族的自主元件时，表现出转座活性。非自主元件是由自主元件丢失一些编码转座蛋白的基因片段后衍变而来的。

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23 玉米Ac/Ds转座子家族简介 Ac元件是一个自主元件，含5个外显子，产物是转座酶。末端为11bp反向重复序列和8bp靶序列正向重复。
Ds元件是非自主元件，由Ac元件缺失衍生而成。 Ds元件之间长度和序列差异很大，但都与Ac元件具有相同末端。 Ac/Ds转座以非复制型转座方式发生，转座结束后从供体位点消失。

24 Ac/Ds系统的遗传效应举例 若玉米带有野生型C基因，则胚乳呈紫色； C基因的突变阻断了紫色素的合成，那么胚乳呈白色。
在胚乳发育的过程中，回复突变导致斑点的产生。回复突变发生在早期发育阶段，紫斑就比较大。 McClintock推测原来的C突变（无色素）是由一个“可移动的控制因子”引起的，称解离因子（dissociator，Ds），它可以插入到C基因中（即转座）。 另一个可移动的控制因子是激活因子（activator，Ac），它的存在可激活Ds转座，进入C基因或其他基因，也能使Ds从基因中转出，使突变基因产生“回复突变”，这就是Ac/Ds系统

25 紫色胚乳 无色胚乳 紫色斑点胚乳 激活Ds转座 Ds可转座到C基因 正常的C基因表达 产生紫色色素 被插入失活的C基因 突变的c基因
紫色胚乳 无色胚乳 紫色斑点胚乳 激活Ds转座 Ds可转座到C基因 正常的C基因表达 产生紫色色素 被插入失活的C基因 在胚发育时激活Ds，使其从C基因中转座出来 突变的c基因 正常的C基因 突变的c基因回复 成为正常的C基因                   

26 Ds元件引起融合-桥-断裂循环 Ds转座可导致其所在位点的染色体断裂 姊妹染色单体融合，无着丝粒片段丢失；
双着丝粒染色体在有丝分裂纺锤体中进行分离，拉力使染色体在两个着丝粒之间的一个随机位点断裂 如右图，如果A是一个显性基因，那么丢失了A位点的后代细胞将显示隐性性状 breakage-fusion-bridge cycle 可在下一代细胞中继续进行，如右图，B和C之间发生断裂 A break at a controlling element causes loss of an acentric fragment（无着丝粒断片）; if the fragment carries the dominant markers of a heterozygote, its loss changes the phenotype. The effects of the dominant markers, CI, Bz, Wx, can be visualized by the color of the cells or by appropriate staining.

27 Spm/dSpm转座子家族（植物中存在）
与Ac/Ds家族相似，由自主元件Spm和非自主元件dSpm构成。 自主元件Spm可因转录起点附近的甲基化而失活，成为隐藏元件。隐藏元件可因去甲基化作用而被瞬间激活。 Spm/En has two genes. tnpA consists of 11 exons that are transcribed into a spliced 2500 base mRNA. tnpB may consist of a 6000 base mRNA containing ORF1 + ORF2.

28 果蝇中的转座子—P元件（P element）
果蝇中有一种遗传学现象： P品系雄果蝇与M品系雌果蝇杂交后代不育。 M品系雄果蝇与P品系雌果蝇杂交后代可育。 WHY？

29 这解释了“P品系雄果蝇与M品系雌果蝇杂交后代不育”的现象。
转座子在此过程中的作用 P元件（P element）存在于P品系黑腹果蝇中，而M品系中缺乏。 当P雄性与M雌性杂交时， P元件在其杂交后代的性系细胞中被激活。这是因为组织特异性剪接去除了一个内含子，从而产生了编码转座酶的序列。 这解释了“P品系雄果蝇与M品系雌果蝇杂交后代不育”的现象。

30 这就是为什么“M品系雄果蝇与P品系雌果蝇杂交后代可育”。
P元件也产生转座的阻抑物，它是雌蝇细胞质遗传。P型雌蝇细胞质遗传产生转座阻抑物，阻止了P元件的转座。 这就是为什么“M品系雄果蝇与P品系雌果蝇杂交后代可育”。