反转录病毒及反转录转座子
分子生物学
整合(Integration) or 环化(circulation)
整合
整合酶
5. Transcription
From provirus to RNA
Poly (A)
U3携带一个启动子。多数情况下，只有左边LTR 的启动子具有活性，负责前病毒的起始转录
LTR同样可携带一个增强子 polyA主要生成位点位于右边LTR的R与U5的交界 处
Retrovirus/retroposon Reverse transcriptase Endogenous/Integration Open reading frame
siRNA miRNA piRNA
特点 产生 功能
特点
逆转录病毒 序列
逆转座子 逆转录酶
逆转录—— 整合
in E.coli
主要途径
repeats (δ) at each end
2 mRNA of Ty: 2 开放阅读框(Open reading frame, ORF) TyA: DNA结合蛋白; TyB: 具有RTase, protease, integrase活性
病毒样 颗粒
病毒样颗粒(Virus-like particle, VLP)
Transducing virus 携带癌基因(v-onc gene) 癌基因(v-onc gene)来自于宿主细 胞(host cell)的原 癌基因(c-onc gene)
7. 逆转座子Retroposon
LTR逆转座子:
1.也称为病毒超家族(viral superfamily) 2.序列组成和转座机制类似于逆转录病毒 3.失去感染性
Copia
序列特点: ~5kb; direct terminal repeat of 276 bp; 5 bp generated when integrated
反转录病毒和反转录转座子 RETROVIRUSES AND RETROPOSONS
• 暴露出的3端与另一个RNA基因组的3端配对. • 合成继续进行, 其产物两端都产生重复序列, 重复结构为 U3-R-U5. • 当反转录酶利用DNA产物为模板合成互补链时, 发生相 似的链转移. • 链转换是重组过程中的拷贝选择机制的一个例子.
反转录病毒RNA末 端为同向重复序列, 游离的线性DNA为 长末端重复序列 (LTR), 原病毒 DNA(整合的病毒 DNA)两末端是各 少两个碱基的LTR.
RETROVIRUSES AND RETROPOSONS 反转录病毒和反转录转座子
17.1 引言
• 反转录病毒是一个RNA病毒, 具有将它的序列反转 录成DNA的能力. • 反转录转座子是一个通过RNA形式进行移动的转座 子; DNA被转录为RNA, 然后被反转录成DNA, 并被 插入基因组新的位点. 这与反转录病毒的不同之处 在于反转录转座子没有一个有传染能力的(病毒)形 式.
17.4 Viral DNA is generated by reverse transcription. 反转录产生病毒DNA.
• 病毒RNA的每一个末端都有短重复序列(R), 因而5和3 端分别称为R-U5和U3-R.
• tRNA引物结合到5端的100-200位点后, 反转录酶开始合 成. • 当酶到达末端, RNA的5端就降解, 接着露出DNA产物的 3端.
• 线性DNA被反转录病毒的整合酶直接插入到宿主染 色体上.
• 整合过程中, 反转录病毒序列的两端各丢失2个碱基 对.
整合酶是整合反 应中唯一需要的 酶, 整合过程中, 每个LTR丢失2bp 后被插入到靶 DNA的4bp重复 序列之间.
17.6 Retroviruses may transduce cellular sequences. 反转录病毒能转导细胞基因组序列.
原核生物转座子类型
原核生物转座子类型
原核生物的转座子主要有以下几类：
1.插入序列（Insertional Sequence，IS）：两端有IR，只编码转座酶。
2.类转座因子（类转座子）：结构同IS但不能独立存在，只作为复合子的两端组件。
3.复合转座子：两端由IS或类IS构成，带有某些抗药性基因或其他宿主基因，一旦形成复合式转座子，IS序列就不能再单独移动，只能作为复合体移动。
4.TnA转座子家族：两端为IR可编码转座酶、解离酶和抗性物质。
此外，真核生物的转座子主要包括转座子和反转录转座子两类。
具体分类如下：
1.转座子：包含两类。
a.玉米内的可控制因子，可分为自主性因子和非自主性因子，如Ac-Ds体系。
b.果蝇中的转座子，如P转座子，导致杂种不育。
2.反转录转座子：包含三类。
a.反转录病毒RNA：整合宿主靶DNA。
b.病毒超家族：有LTR，编码反转录或整合酶，可含内含子。
如Ty Copia LINSL1。
c.非病毒超家族：无重复序列，不编码转座产物、无内含子。
如SINSB1/ALU、假基因。
以上信息仅供参考，建议查阅关于原核生物转座子的文献资料或咨询相关生物学家，获取更准确的信息。
分子遗传学-反转录转座子
无重复 1616-621 bp 无 无内含子
Retroposons that are closely related to retroviruses have a similar organization, but LINES share only the reverse transcriptase activity.
6.5 病毒DNA整合到染色体 病毒DNA整合到染色体
◆原病毒两个末端的LTR是相同的，U5的3`端由一个与 原病毒两个末端的 是相同的， 的 端由一个与 是相同的 U3的5`端相关的短反向重复序列组成，LTR本身两端是 端相关的短反向重复序列组成， 的 端相关的短反向重复序列组成 本身两端是 以短的反向重复序列结尾。 以短的反向重复序列结尾。 在染色体上的组织与转座子相同， ◆原病毒DNA在染色体上的组织与转座子相同，在靶位 原病毒DNA在染色体上的组织与转座子相同 原病毒的两侧都有短的同向重复序列； 点，原病毒的两侧都有短的同向重复序列； ◆线性DNA被反转录病毒的整合酶直接插入到宿主染色 线性 被反转录病毒的整合酶直接插入到宿主染色 体上； 体上； 个碱基对。 ◆整合过程中反转录病毒序列的两端各丢失2个碱基对。 整合过程中反转录病毒序列的两端各丢失 个碱基对
The reproductive cycles of retroviruses and retroposons involve alternation of reverse transcription from RNA to DNA with transcription from DNA to RNA. Only retroviruses can generate infectious particles. Retroposons are confined to an intracellular cycle.
转座子和逆转座子
不含任何宿主基因的可转位的 DNA序列，是最简单的转座因子。
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插入序列的结构 The structure of IS element
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正向重复序列 反向重复序列
(Resistance transfer factore,RTF)
细菌耐药性
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2. 复合转座子
Composite Transposons
Composite transposons contain a variety of genes that reside between two nearly identical IS elements .
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体细胞 生殖细胞
反向重 复序列
终止密码子 阻遏蛋白
转座酶 31
66KD的转 座阻遏蛋白是 造成现象差异 的主要原因。 （The 66KD repressor protein is provided as a maternal factor in the egg）
32
P-elementmediated gene transfer in
34
35
※The life cycle of a retrovirus36※
病毒侧翼序列
The typical genome of a retrovirus contains
gag, pol, and env
genes
菱形衣 壳蛋白
逆转录酶
外壳蛋白
逆转录病毒 基因表达37
逆转录病毒可随机整合到宿主细胞。
24
Movie
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【文章知识点】深度解析长末端重复反转录转座子（LTR-RTs）
【⽂章知识点】深度解析长末端重复反转录转座⼦（LTR-RTs）提起 LTR，相信很多⼈和我之前⼀样都是熟悉⼜陌⽣的感觉，听过或者接触过却未深⼊了解过。
若您对 LTR 分析有兴趣，却苦于⽆从下⼿时，愿本⽂作为⼀个叩门砖，为您敲开 LTR 分析的⼤门。
本篇从 LTR 的定义、分类、⽣物学意义、结构特征、鉴定⽅法等⽅⾯层层递进，带您⾛进神奇的 LTR 世界。
1. LTR 与重复序列、转座⼦的关系LTR-RTs 是 Long terminal repeat-retrotransposons 的缩写，中⽂名是长末端重复反转座⼦。
LTR-RTs 名字中既有重复、⼜有转座⼦，那么它和重复序列、转座⼦是什么关系呢？图1 为您解答。
图1 重复序列主要分类重复序列：根据重复区域是否连续可分为串联重复序列和散在重复序列（⼜名转座⼦、转座元件）两⼤类，前者相连，后者不相连。
转座元件(transposable elements, TEs) ⼜称转座⼦：指在基因组中能够移动或复制，并可以整合到基因组新位点的⼀段 DNA 序列。
根据转座过程是否形成 RNA 中间体，转座⼦可分为 DNA 转座⼦和反转录转座⼦。
反转录转座⼦是以 RNA 为媒介，伴有反转录过程，以复制-粘贴的⽅式在基因组的新位置产⽣⼀个新的拷贝。
DNA 转座⼦的转座机制则是剪切-粘贴的形式。
LTR-RTs :是反转座⼦中的⼀种，因其两侧存在长的末端重复⽽得名。
不含长末端重复的反转座⼦统称 non-LTR-RTs，主要包含短散在重复(SINE)和长散在重复(LINE)。
2. LTR的分类动植物基因组中存在⼤量转座⼦，尤其是植物基因组中。
LTR 因其数量多且 LTR 长度巨⼤，在植物转座⼦中具有较⾼的基因组含量。
在⽟⽶基因组中 LTR 占基因组含量⾼达 75% ，⼭苍⼦基因组中 LTR 占⽐⾼达 47%，所以基因组 LTR 的鉴定尤为重要。
反转录转座⼦根据转座元件结构的完整性和转座特点可分为⾃主元件（编码转座酶）和⾮⾃主元件（⾃⾝不编码转座酶）。
转座因子介绍
a） 通过反义RNA的翻译水平控制
◘ IS10R外侧边缘两个启动子 ◘ PIN控制IS10R的转录 弱启动子 ◘ POUT—强启动子 右向转录宿主DNA ◘ INRNA和OUTRNA
有36bp的重叠
稳定性： OUTRNA››INRNA
◘ 大量OUTRNA作为
INRNA的反义RNA >5拷贝
b） 甲基化作用控制转座酶合成及其与DNA的结合
150bp 1.5kb
att L C
A
B
S
U
att R
以E.coli为寄主的温和型噬菌体（溶源、裂解）
150bp 1.5kb
P att L C
A
B
S
U
att R gin
G 倒位区 38kb
C repressor for A, B B 33 kd 与转座有关 A 70 kd 转座酶 U, S 毒性蛋白 attL, attR 与寄主同源，反向重复，转座必需 Gin G区倒位酶
转座过程： n 转座酶（transposase）催化IS的转座，它由IS编码。 n 首先转座酶交错切开宿主靶位点，然后IS插入，与 宿主的单链末端相连接，余下的缺口由DNA聚合酶 和连接酶加以填补，最终插入的IS两端形成了DR或 靶重复。
若IS插入到某基因内，通常这个基因就会失活， 发生基因突变。 不同IS的插入方向不同，基因突变的结果不同:
homework
• 一、名词解释 • 1.插入序列(IS) 2.转座子 3. 转座噬菌体
二、简答题 • 1.描述两种转座子引起基因组重排的方式。 • 2.IS元件整合到靶位点时会发生什么? • 3.一个复合转座子和一个IS元件之间的关系 是什么?。 • 4.列出一个转座子插入到一个新位点所要求 的步骤. • 。
东北师范大学2020—2021学年第1学期生物科学《现代分子生物学》考试试卷(附答案)
东北师范大学2020—2021学年第1学期
《现代分子生物学》考试试卷（A卷）
院/系年级专业姓名学号
考生答题须知
1．所有题目答题答案必须做在考点发给的答题纸上，做在本试题册上无效。
请考生务必在答题纸上写清题号。
2．评卷时不评阅本试题册，答题如有做在本试题册上而影响成绩的，后果由考生自己负责。
3．答题时一律使用蓝、黑色墨水笔或圆珠笔作答（画图可用铅笔），用其它笔答题不给分。
4．答题时不准使用涂改液等具有明显标记的涂改用品。
东北师范大学2020—2021学年第1学期《现代分子生物学》考试试卷（A卷）
标准答案。
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4.逆转录转座
从DNA到RNA再到DNA的转移过程称为反转座。
RNA介导的转座仅发生在真核生物中，由反转录病 毒（retroviruses）以其RNA基因组的DNA拷贝插入到 宿主细胞的染色体中而产生的。
逆转录子 retroposon, 逆转录转座子 retrotransposon
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4.1 反转录病毒RNA转变为病毒线性DNA的过程 4.2 反转录病毒DNA整合到宿主细胞基因组 4.3 转化病毒形成
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整合酶在 LTR 的 3’端 产生 2b 的缺口
整合酶在靶 DNA 上进行交错切割
反转录病毒整合入宿 主DNA中的分子机制，本 质是转座； 整合的病毒DNA两端的 LTR 丢失了 2bp ， 即右 边 U3 的 5′末 端丢失 了 2bp ， 左端的 LTR 丢失 了 2bp ，而在整合的反转录病 整合酶将 LTR 缺口的 3’端和靶 DNA 交错切口的 5’端连接起
是至关重要。 (2)5’端有m7Gppp帽,3’端有Poly（A）尾。
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(3)
编码区从5’→3’
非编码区（调控区)5’，3’都有 ①R区 逆转录合成cDNA必须区域
①gag(groupantigen)编码衣壳蛋
②Pol(Polyrmerase)
③env(envelop) *④ONC(oncogene) 如RSV是SRC *有的retro-V有ONC。
immunodeficiency virus, HIV)或AIDS病毒。
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3
2.逆转录病毒基因结构特征
(1)是RNA的复合体 ①2条(+)RNA单体正向平行,携带所有的遗传信息,而且完全相同,为 什么要求2条相同正链,意义不太清楚(怕基因丢失或损伤?)。
②2条tRNA较小，是宿主tRNA(RSV是tRNAtrp），+RNA对于复制位臵
③翻译gag、env、pol
gag —— 全长RNA能直接作为gag基因mRNA，进行翻译。但有90%的mRNA只译出
gag多蛋白质，经肽链加工裂解为衣壳蛋白。
pol ——
RNA序列有干扰gag终止码的序列，使约10%mRNA在翻译过程中，直至
pol的终止码，经翻译后加工裂解，形成衣壳蛋白，逆转录酶和整合酶
合酶活性) ★ 在新合成的DNA链上合成另一条互补DNA链,形成双链DNA分子(DNA指导的
DNA聚合酶活性)
★ RNaseH活性，专门水解RNA-DNA杂合分子中的RNA
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表达全过程：
SSRNA→→RNA/DNA→→dsDNA→→整合
→→mRN与PBS结合，反转录 合成部分DNA负链
3’ 3’ 5’ 3’ 3’5’ 3’ 5’3’ 5’
毒基因组的每端产生了
靶DNA的短重复序列。
每个LTR的U3带有一个
启动子。左侧LTR中的启
动子负责起始原病毒的
转录。
图 23-64 整合酶催化反转录病毒的 DNA 整合到宿主的基因组中。
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逆转录子的生物学意义
• 对基因表达的影响，与整合部位有关。 • 介导基因的重排。可提供同源序列促进同源重组；或经 转录作用插入新位点；其编码的反式因子或顺式序列引 起基因重排。 • 在生物进化中的作用。形成新的基因或新的调节因子
R’ R R
b) RNase降解病毒RNA5’末端
c) 第一次跳跃 d) 负链DNA继续合成 e) RNA被降解，U3左边留下片段 作引物合成部分正链DNA f) 第二次跳跃－－正链DNA与负链 的另一端结合 g) 完成正链合成
?
R’
LTR末端
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②转录——病毒基因组的形成
U3区启动子启动前病毒基因组转录出从5’区至3’R区的RNA。
逆转录酶
包膜蛋白 癌基因
②PBS区 引物结合区
③U区 U3含启动子，U5与转录终止加尾有关 ④ψ(包装信号),DLS(氢链结合位点) C为调控区
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3.逆转录病毒生活周期 （1）吸附 （2）入胞 可能所有的动物病毒受体都是表面糖蛋白。 逆转录，转录，翻译。
①逆转录——前病毒基因组（cDNA)的形成
RNA+逆转录酶→宿主胞浆→逆转录→（RNA为模板，+RNA为引 物）→cDNA→进入核→随机整合宿主染色体→形成前病毒。(phage
仅注入核酸）
cDNA形成新的重复(U3-R-U5)称LTR(long terminal repeat 长 末端重复顺序）。
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逆转录酶活性:
★ 利用RNA模板合成互补的DNA链,形成RNA-DNA杂合分子(RNA指导的DNA聚
一.逆转录病毒
1.逆转录病毒一般分类
逆转录病毒可以说就是RNA肿瘤病毒。 第一个被发现的RNA肿瘤病毒是劳氏肉瘤病毒（Rous Sarcoma vivus, RSV, 1911)。至今为止所发现的retro-v都能使动物致癌，如下。 （1）肉瘤病毒
（2）白血病病毒(leuremia virus)
（3）乳腺瘤病毒(mammazy tumor virus)和淋巴瘤病毒，如鸟类髓细 胞瘤病毒（avian myelocytoma, AMV) （4）人类嗜T细胞逆转录病毒（human T-lymphotropic retro-v, HTLV)HTLV-III现称人类免疫缺陷综合症病毒（human
(integrase)。
env —— 一部分全长mRNA经过转录后的剪接，使env编码区与病毒RNA5’端帽 子连接在一起→env mRNA →包膜糖蛋白。
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（3）病毒颗粒成熟←包装← ψ（基因治疗）
RNA5’端PB-区与宿主tRNA以氢键相连形成复合体 →包装→病毒颗粒。 （4）释放子病毒→感染其它细胞。