反转录病毒和反转录转座子 RETROVIRUSES AND RETROPOSONS
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
反转录病毒及反转录转座子
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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。
4
(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。
2
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?)。
逆转座子名词解释
逆转座子名词解释
逆转座子是转座过程中需要由RNA为中介,通过DNA先转录为RNA,又反转录成DNA而进行转座的一类转座元件。
逆转座子的特征如下:
(1)逆转座子的整体结构与整合的反转录病毒极为相似,其主要特征之一是在两端具有长的同向末端重复序列(LTR),而两个末端的每一个末端又各具备一个倒转重复序列。
LTR主要携带有转录起始和终止信号以满足转录及转录后的RNA 作为中介通过反转录完成转座的需要。
(2)逆转座子含有内部编码区,编码与反转录病毒的种群专一性抗原和多蛋白相类似的蛋白质。
与反转录病毒的主要区别在于它不具备编码外壳蛋白的env 基因,因而不具备感染能力。
根据内部编码区中内切酶编码区和反转录酶编码区的位置不同,通常把植物逆转座子划分为两组:一组的编码区组成顺序与反转录病毒非常相似,其内切酶编码区在反转录酶区的下游端;另一组内切酶编码区在反转录酶编码区的上游端。
反转录转座子
反转录病毒 整合入宿主 DNA中的分 子机制，其 本质是转座
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
5’ 3’ 3’ 3’
3 ’5 ’
3’ 5’3’ 5’
整合酶将 LTR 缺口的 3’端和靶 DNA 交错切口的 5’端连接起
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。
雄性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
P 品系 (P♂×P♀) 雌性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
P 细胞型 66KD 阻遏物
66K
阻遏物 抑制所 有P因 子 转 座 P 因 子 合成转 座 酶
雄性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
转录 剪接 转录
包装到病毒中 RNA 重组
图 23-66 复制-缺陷病毒产生的途径。
Ty因子与反转录病毒有4点相似
（1） 看作是一个由U3-R-U5组成的LTR （2）转座是由Ty因子内的基因控制的。 (3) 虽然Ty因子不产生感染颗粒，但在经 诱导发生转座的细胞中存在着 Ty病毒样 颗粒（VLPs,Virus-like particles） (4) 仅有某些Ty因子在任何酵母基因组中 都有活性；大部分没有转座能力，此和 惰性的内源性前病毒相似。
Phoades将基因 型a1/a1;Dt/-的 玉米发芽，检 测它们是否带 有在各组织中 产生色素斑的 基因
叶片的花 斑表型
CACTACCAAGAAAA 1 ORF1 转录
TTTTCTTGTAGTG 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ORF2
Spm-w-8011 dSpm-7995 dSpm-799 dSpm-8004
逆转录转座子名词解释
逆转录转座子名词解释逆转录转座子是一类存在于真核生物基因组中的DNA序列，具有能够在基因组内移动、复制和插入至新位置的能力。
这种移动过程是通过逆转录酶进行的，即先将逆转录酶使用RNA短片（也称为逆向转录）转录DNA，然后将该DNA插入到某个新的基因组位置。
逆转录转座子在基因组中的存在广泛而普遍。
它们构成了基因组的一大部分，并且在物种间和个体内都显示出高度多样性。
逆转录转座子通过在基因组内移动和插入等机制，对基因组的结构和功能产生重要影响。
逆转录转座子的命名通常基于它们的结构、序列和机制特点。
以下是一些常用的逆转录转座子名词解释：1. 逆转录酶（Reverse transcriptase）：逆转录酶是逆转录转座子中的一个关键酶。
它能够将RNA序列转录成DNA序列，并通过与Host DNA发生杂交，使其插入到基因组的新位置。
逆转录酶被广泛研究，也是研究逆转录转座子机制的重要工具。
2. 逆转录转座（Retrotransposition）：逆转录转座是逆转录转座子的核心过程，即将逆向转录得到的DNA插入到基因组中的新位置。
逆转录转座可以在同一个个体内的不同位置之间移动，也可以在不同个体、不同物种之间传递。
3. 长转座子（Long interspersed element，LINE）：长转座子是一类具有逆转录转座能力、较长的DNA序列。
它们通常具有反转录酶和核酸酶活性，能够自主复制和插入到基因组的新位置。
LINEs 在基因组中占据很大比例，它们通过多种机制对基因组进行重塑和转录调控。
4. 短转座子（Short interspersed element，SINE）：短转座子是一类较短的逆转录转座子，通常长度为100-500个碱基对。
它们依赖于其他转座子或逆转录酶的插入和转录活动。
短转座子在物种间高度变异，可能对基因组中的基因表达和调控起重要作用。
5. 宿主基因组（Host genome）：宿主基因组指逆转录转座子所插入的基因组，也就是它们的承载环境。
植物反转录转座子及其分子标记
植物反转录转座子及其分子标记王子成1，2李忠爱2邓秀新1（1华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室，湖北武汉，4300702 河南大学生命科学学院，河南开封，475001）摘要：反转录转座子（retrotransposon）是真核生物中一类可移动因子，可分为LTR反转录转座子和非LTR反转录转座子。
反转录转座子以高拷贝在植物界广泛分布，可以通过纵向和横向分别在世代之间和不同种之间进行传递，同一家族的反转录转座子具有高度的异质性. 在一些生物的和非生物的逆境条件下，反转录转座子的转录可以被激活。
由于反转录转座子的特点，使其作为一种分子标记得以应用。
S-SAP，IRAP，REMAP和RBIP等分子标记相继发展起来，在基因作图、生物遗传多样性与系统进化、品种鉴定等方面具有广泛的应用前景。
关键词反转录转座子，分子标记Plant retrotransposons and their molecular markersWang Zicheng1，2Li Zhongai2Deng Xuixin11 National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, Huazhong Agriculture university HubeiWuhan, 4300702 College of life science ,Henan University, Henan Kaifeng, 475001Abstract: Retrotransposons are a class of eukaryotic transposable elements, consisting of the long terminal repeat (LTR) and non-LTRretrotransposons. Retrotransposons are ubiquitous in the plant kingdom by high copy number and can be transmitted between generations by vertical transmission and between species by horizontal transmission. The same family retrotransposons presented highly heterogeneous populations in all higher plant genomes. Many of the plant retrotransposons are transcriptionally activated by various biotic and abiotic stress factors. Retrotransposons are used as molecular markers for their traits. S-SAP, IRAP, REMAP and RBIP are developed and will be applied widely in gene mapping, genetic biodiversity and phylogeny studies, and cultivar certification.Key words: retrotransposons molecular markers反转录转座子是广泛分布于真核生物中的一类可移动因子，因其转座需经过由RNA介导的反转录过程而得名。
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）
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P-elementmediated gene transfer in
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※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。
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Movie
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遗传学转座
正常的病毒基因
LTR gag
pol
env LTR
调节和 启动转录
核心蛋白质
编码病毒外壳 蛋白质(Envelope)
(Nucleoprotein core)
编码逆转录
酶和整合酶(integrase)
遗传学转座
6.1.2 Lifecycle of retrovirus
▪ Reverse transcription ▪ Integration ▪ Transcription ▪ Packaging
遗传学转座
6.2.3 LINES
• LINES(long interspersed elements) • Transcripted by RNA Pol II • Copy #: 20~50k per mammalian cell • Structure: ~6500bp, not terminate at LTR • open reading frames: 1 or 2 • Sequences: RTase like sequence, endo-
nuclease activity。
遗传学转座
遗传学转座
6.2.4 Non-viral transposition: SINES
• SINES (short interspersed elements) • Transcripted by RNA pol III • e.g.Alu family
6.2.1 酵母Ty (Yeast Ty elements )
• 2 classes: Ty1 & Ty917 • Structure: ~ 6.3kb; 330bp direct repeats at
each end • mRNA of Ty: >5% of total mRNA in yeast • Open reading frames: 2 • Sequences: TyA: DNA binding protein; TyB:
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• 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.
反转录病毒和反转录 转座子的繁殖周期包 括从RNA到DNA的反 转录和从DNA到RNA 的转录这个交替过程. 只有反转录病毒能产 生感染性颗粒, 而反 转录转座子只在细胞 内进行活动.
17.2 The retrovirus life cycle involves transposition-like events. 反转录病毒生命 周期包括转座事件.
• 典型的反转录病毒有3条基因: gag, pol, env. • Gag和Pol蛋白是由基因组的全长转录物翻译而来的. • Pol蛋白的翻译需要核糖体来进行移码. • Env是由剪接过程产生的一种独立的mRNA翻译而来 的. • 三种蛋白质产物的每一种都可由蛋白酶加工产生出 多种蛋白质.
反转录病毒的表达产物为多聚蛋白质, 经过加工后才成为单一蛋白质.
• 反转录病毒有单链RNA基因组的两份拷贝. • 整合的原病毒是双链DNA序列. • 反转录病毒通过将其基因组反转录而产生原病毒.
反转录病毒生活周期 中, 病毒的RNA基因组 经反转录成为双链体 DNA, 然后双链体 DNA插入宿主的基因 组中, 接着, 已整合的 DNA再转录出病毒 RNA.
17.3 Retroviral genes codes for polyproteins. 反转录病毒基因编码多聚蛋白质.
在反转录过程中, 经过转换模板来 产生负链DNA.
正链DNA的合成 需要第二次跳跃.
在反转录酶释放其 模板并以新的模板 继续合成DNA时, 拷贝选择重组就会 发生.
17.5 Viral DNA integrates into the chromosome. 病毒DNA整合到染色体中.
• 原病毒DNA在染色体上的组织与转座子相同, 在靶 位点, 原病毒的两侧都有短同向重复序列.
• 细胞RNA序列代替反转录病毒RNA的部分序列, 这种 重组事件会产生转化反转录病毒.
复制缺陷型转化 病毒的一段序列 被一段宿主序列 替换, 这种病毒 可以在一个功能 正常的辅助病毒 帮助下完成复制.
通过病毒基因组的整合 和缺失, 产生一个融合 的病毒-细胞转录物, 它 能被包装到正常的病毒 RNA基因组, 从而产生 了复制缺陷型病毒. 非 同源重组是产生缺陷型 的转化基因组所必需的.