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1、第十一章 转座因子的遗传分析 本章主要内容： 1. 转座因子的分类与结构特征； 2. 原核生物与真核生物的转座子； 3. 转座的分子机制与遗传学效应 第一节 转座子的发现与分类 1. 玉米籽粒的花斑 1938年，Rhoades研究了玉米 籽粒糊粉层斑点性状的遗传。 A1A1 dtdt A1a1 Dtdt A1- Dt- 9/16A1- dtdt 3/16 a1a1 Dt- 3/16a1a1 dtdt 1/16 Double mutation 转座子的发现： 遗传学史上的又一里程碑 “for her discovery of mobile genetic elements“ 1983 玉米籽粒的
2、颜色 A：花色素基因，突变后籽粒没有颜色； C：颜色基因，决定红色和紫色的发生； R：控制红色性状，但要求A、C基因的表达； Pr：控制紫色性状，要求A、C、R均显性； I：抑制基因，可抑制C基因的表达，即Ds基因， 受到Ac的激活后可以发生转座。 玉米籽粒的结构 胚 胚乳 糊粉层 种皮 斑点颜色的形成 发生转座 再次转座 发生转座 紫色籽粒 无色籽粒 斑点籽粒 2. 转座子的类别 按照序列组成划分： 简单转座子（simple transposon） 复合转座子（composite transposon） 按照转座方式划分： DNA转座子 反转录转座子（retrotransposon） 按照物
3、种进行划分： 原核生物转座子： 插入序列（insertion sequence） 转座因子（transposon） 转座噬菌体（mutator phage） 真核生物转座子： 酵母Ty因子 果蝇P因子 玉米转座子 第二节 转座子的结构特征 原核生物的转座子 1. 插入序列（IS） 是细菌染色体的正常组成部分； 含短的末端IR序列； 含编码转座酶的基因； 靶位点含有59bp的正向重复序列； 不同的IS序列 名称靶序列IR序列总长度插入位点 IS19bp23bp768bp随机 IS25bp41bp1327bp热点 IS41113bp18bp1428bpAAAN20TTT IS54bp16bp119
4、5bp热点 IS10R9bp22bp1329bpNGCTNAGCN IS50R9bp9bp1531bp热点 IS9039bp18bp1057bp随机 含有IS序列的质粒经变性复性后形成茎环结构。 2. 转座子（transposon, Tn） 除含有转座酶基因以外，还含有其它基因 ，如抗抗生素基因，乳糖发酵基因等。若 两端带有IS序列，则为复合转座子；若不含 IS序列，则为简单转座子。 3. 转座噬菌体（mutator phage） 是一种温和噬菌体，但它不含黏性末端， 不象噬菌体一样整合到宿主染色体的特定 位置上，而是随机插入任何位置，引起突 变。所以Mu噬菌体兼具温和噬菌体和转座 因子的特性
5、。 Mu噬菌体的结构特征 真核生物的转座子 1. 酵母菌的转座子Ty（transposon yeast） 长5900bp，两端含有约340bp的正向重复序列 ； DR序列容易导致转座子丢失，但会留下一个 DR序列在基因组中； 可以自己编码反转录酶，通过反转录实现DNA 的转座。 Ty1的结构 gagpol LTR, 340bpLTR, 340bp 2. 果蝇的P因子 1977年，Kidwell报道黑腹果蝇的特定品系间 杂交后会导致杂种劣育（hybrid dysgenesis） P雌M雄 F1正常 M雌P雄 F1不育 研究表明，P品系果蝇细胞中含有导致杂种劣 育的转座子，称为P因子。 2.5 k
6、b 3.0 kb 3.0 kb 内含子3的剪接是转座 所必需的。 体细胞中有一种与外显 子3序列结合的蛋白质， 它可阻止最后一个内含 子的剪接。 生殖细胞中这种蛋白质 的缺失使剪接产生了编 码转座酶的mRNA。 3. 玉米的转座子 1) Ac-Ds转座子（Activator and Dissociator）； 2) Spm-dSpm转座子（Suppressor-promoter- muton and dificient Spm）； 3) MuDR转座子（Mutator Donald Robertson） Ac-Ds转座子 Spm-dSpm转座子 Spm因子：长8.3kb，11个外显子，拼接成
7、2.5kb的mRNA，编码621aa的蛋白，其功能 与Spm转录有关； dSpm因子：是Spm发生部分缺失后的产物 ，能够独立转座。 Spm与dSpm都可以自主发生转座，但只有 当细胞中存在Spm因子时，dSpm才能够抑 制插入位点基因的表达。 Mu转座子 1981年，Robertson等研究发现了玉米基因组内存 在除Ac/Ds、Spm/dSpm之外的转座子，将其命名 为Mutator； Mu转座子的两端含有约220bp的反向重复，在插 入位点造成9bp的正向重复； 依据内部序列的不同，可以将Mu转座子划分为不 同的类型； Mu转座子活性的丧失与IS序列内胞嘧啶的甲基化 有关。 Mu inte
8、rnal sequenceIS IS 4. 人类的转座子 重复序列占人类基因组的50%以上，其中转座 子占重复序列的45%。 第三节 转座的分子机制 1. DNA转座机制 1) 复制型转座 2) 非复制型转座 3) 保守性转座 复制型转座 非复制型转座 保守性转座 2. 反转录转座子的转座 以RNA形式移动的转座子，DNA元件转录成 RNA，再反转录为DNA，然后插入基因组中 某一新位点； 反转录病毒和反转座子（Ty1）都属于这类 转座子； 反转录病毒的结构 典型的反转录病毒含有3个基因： gag：病毒核心蛋白基因 pol：反转录酶基因 env：外膜糖蛋白基因 还含有末端重复序列： R区，U5
9、区，U3区 U5U3RRgagpolenv env env env RNADNA RNA 第四节 转座的遗传学效应 （1）引起插入突变 （2）引起染色体畸变 （3）产生新的基因 （4）调节基因的表达 插入突变 渗漏突变（leaky mutation）：转座子插入 某个基因后，在转录后被剪切掉，不影响 基因的翻译。 当dSpm和Ds因子的插入方向与原基因转录 方向相反时，容易导致渗漏突变。 当细胞中含有Spm因子时，无论dSpm插入 方向如何，基因的表达都会受到抑制。 染色体结构变异 断裂融合桥 A B CD A B C A B C A B CC B A A B C CB A Broken Fusion Bridge 产生新的基因 外显子混编（exon shuffling） 调节基因的表达 某些转座子含有增强子序列，或在其末端 含有启动子序列，当转座到某基因的侧翼 序列后，可增强此基因的表达； 转座子插入到某个基因的内含子后，可降 低该基因的表达； 转座子切离后，会留下一个印记，往往会 影响基因的表达水平。 第五节 转座子的利用 创造人工突变体，利用转座子序列克隆突 变基因； 作为基因工程的载体。