转座因子
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第九章 转座因子的遗传分析
识别的靶序列5--9bp，转座后，在寄主DNA上产生同向重复。
IS因子插入细菌染色体上可以产生各种效应，这取决于其 插入的方向，IS因子虽然不含有其它编码蛋白质的结构基因，
但是它们可以含有转录终止子（transcriptional terminator) 或
McClintock认为原来的C突变（无色素）是由一个“可 移动的遗传因子”，即解离因子（dissociator）Ds的插入所 引起，它插入到C基因中。另一个可移动的因子是激活因子 Ac（activator），它的存在激活Ds转座进入C基因或其他基 因中，也能使Ds从基因中转出，使突变基因回复，这就是 著名的Ac－Ds系统。
②类反转录病毒元件 在酵母、植物和动物中存在，虽在碱基长度和核苷酸序列上不 同，但具有一个相同的基本结构：编码区位于中间，两侧都有相 同方向的长末端重复序列（long terminal repeats, LTR），所以， 类反转录病毒转座子又称LTR反转录转座子。
其中间编码区只包含少数几个基因，通常只有两个，它们与 反转录病毒中的gag和pol基因是同源的，gag编码病毒衣壳的结 构蛋白，pol基因编码一个反转录酶/整合酶蛋白，这两蛋白在转 录过程中起重要作用。
某些转座子只采用一种转座机制，而另一些转座子可能具 备两种途径。如IS1和IS903就采用复制和非复制两种途径。 Mu噬菌体能从共同的中间体转变为两种途径中的一种。还有 些转座子存在着不同的转座机制交替使用，据此特征难以划 分它们的类型。
DNA区段无论以什么机制进行转座，其转座过程是有别
于同源重组过程。这些DNA序列的转座往往发生在非同源序 列之间，也不需要像细菌同源重组中Rec A等蛋白质的参与
反转录病毒: RNA →DNA →整合宿主靶DNA 病毒超 家族 非病毒超 家族
转座因子介绍
• 它的两端没有粘性末端，插入某基因中就 引起该基因突变。
• Mu噬菌体为一37kb的线状DNA，两端各 带一小段大肠杆菌的DNA，这与该噬菌体 插人大肠杆菌染色体上有关。 • 距末端不远处也有类似于IS的序列，但位 置不对称。靠近一端处存在与转座有关的A、 B基因，它们分别编码70000和33000两 种蛋白，在A、B与末端之间有一C区，对A、 B有负调控作用。
宿主 DNA
过量的 OUT－RNA 与其配对，抑制 IN－RNA 的转录
甲基化阻止转录酶和 DNA 结合
甲基化阻止转录酶合成 图 23- 46 几种抑制 Tn10 专座的机制，主要是通过控专座酶的合成来调节
主要类型转座子
类型
细菌插入序 列（IS）
结构特征
TIRs;转座酶和或拆 分酶编码基因 IS组份；抗药基因 TIRs;蛋白质编码 基因（有内含子）
+
另一条链也被切
受体也被交错切割
图 23-42 交换结构经剪切释放 后导致非复制型转座子插入到靶 DNA 中，DR 包在两侧，供体留 下了一个双链缺口。
供体被释放
Tn 连接到靶上
图 23-43 Tn 的两条链先后被切割，然后转座子与切开 的靶位点连接。
3 转座作用的遗传效应
• • • • 引起插入突变 产生新的基因 产生染色体畸变 引起生物进化
2 转座因子的发现和检出
1951年McClintock提出转座（Transposition）和
跳跃基因(jumping gene)的新概念；
1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子（transposable element）。
Barbara McClintock
(1902-1992)
• Mu噬菌体为一37kb的线状DNA，两端各 带一小段大肠杆菌的DNA，这与该噬菌体 插人大肠杆菌染色体上有关。 • 距末端不远处也有类似于IS的序列，但位 置不对称。靠近一端处存在与转座有关的A、 B基因，它们分别编码70000和33000两 种蛋白，在A、B与末端之间有一C区，对A、 B有负调控作用。
宿主 DNA
过量的 OUT－RNA 与其配对，抑制 IN－RNA 的转录
甲基化阻止转录酶和 DNA 结合
甲基化阻止转录酶合成 图 23- 46 几种抑制 Tn10 专座的机制，主要是通过控专座酶的合成来调节
主要类型转座子
类型
细菌插入序 列（IS）
结构特征
TIRs;转座酶和或拆 分酶编码基因 IS组份；抗药基因 TIRs;蛋白质编码 基因（有内含子）
+
另一条链也被切
受体也被交错切割
图 23-42 交换结构经剪切释放 后导致非复制型转座子插入到靶 DNA 中，DR 包在两侧，供体留 下了一个双链缺口。
供体被释放
Tn 连接到靶上
图 23-43 Tn 的两条链先后被切割，然后转座子与切开 的靶位点连接。
3 转座作用的遗传效应
• • • • 引起插入突变 产生新的基因 产生染色体畸变 引起生物进化
2 转座因子的发现和检出
1951年McClintock提出转座（Transposition）和
跳跃基因(jumping gene)的新概念；
1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子（transposable element）。
Barbara McClintock
(1902-1992)
转座因子1
2.1.4未分类的转座子
未分类的转座子包括粪链菌（ Streptococcus faecalis ） 的Tn916和金黄色葡萄球菌（Straphylococcus aureus） 的Tn554等，其转座方式与众不同。例如Tn916可以插 入到宿主的许多位点；但既非转化，又非转导；转移 过程抗DNaseI；无细胞提取液转移无效，足见转座要 有细胞的接触；然而Tn916可以原处切下，转移到同 一染色体的另一处，则又表明转座细胞无须接触。 Tn554无末端反向重复序列，却能高频插入宿主的特 异位点，插入处宿主DNA无重复。Tn916和Tn554的转 座机制，都还没有经过仔细研究。
2.2.2插入位置上出现的基因
如果转座因子上带有抗药基因，那么 它一方面造成一个基因的插入突变， 另一方面在这一位置上出现一个新的 抗药基因。对于Mμ来讲，这一位置上 出现了一个原噬菌体。
2.2.3造成插入位置受体DNA的 少数核苷酸对的重复
假 定 转 座 因 子 的 核 苷 酸 顺 序 是 XYZ ， 受 体 DNA的一部分核苷酸顺序是ABCD，插入位置 是在B和C之间，那么插入以后的受体DNA的 核苷酸顺序将是ABXYZBCD，其中B代表少数 核苷酸对（到现在为止发现的各种转座因子 中B 的数目是3-11bp）的重复。
2.2.6切离
转座因子可以从原来的位置上消失，这一 过程称为切离。准确的切离使插入失活的 基因发生回复突变，不准确的切离并不带 来回复突变，而是带来染色体畸变。通过 切离而消失的转座因子的命运还不清楚。
2.2.7质粒与染色体的整合
通过同源重组和转座作用使质粒与染 色体发生整合。
2.3转座机制（见5-1.5-2）
Байду номын сангаас
微生物的转座因子
总结：以符号
• 用“::”表示各类转座子的插入，如： gal T::IS1 , gal E::IS4 , gal OP::IS1
第二节 细菌转座子的插入机制和转座模型
一、插入机制 • 靶序列DNA双链被交错切割 • 转座因子插入到切口处，两条链的各一端共价相连 • 靶序列的单链部分通过复制修补上，原来的靶序列转 座后变为转座子两侧的正向重复序列，其长度与Tn种 类有关，有的4bp有的9bp。
二、转座因子的遗传学效应
• 转座因子能引起许多遗传效应，主要包括：插入突变、 极性效应、DNA重排(缺失、扩增和倒位)等。 1. 插入突变 • 插入结构基因，引起钝化或失活，插入位点出现新基因。 如： lac + lac::Tn kmr 表型为 kmr Lac—，增加了卡那霉素抗性基因。 插入的基因被破坏后，有可能出现各种各样的突变体。
• 3. DNA重排(缺失、扩增和倒位) • (1)当一个转座因子插入后由于不准确的切离带来染色 体的畸变。如： hisG::Tn10 Tcr 表型His- Tcr 准确切离 不准确切离
his+ Tcs
his - Tcs
• (2) 插入区域有两个或以上转座子时，有时还会出现少 数核苷酸对的缺失、重复、倒位等。转座因子插入引 起缺失的原因推测可能是： – 首先一个转座子以相同方向转座到含有另一相同转 座子的邻近位置上，这两个正向重复的转座因子之 间发生同源重组，就导致宿主染色体上两个转座子 之间DNA片段的缺失。 – 同理，如果转座因子以相反方向转座到含有另一相 同转座子的邻近位置上，然后发生重组，引起宿主 染色体上两个转座子之间DNA片段的倒位。 – 当染色体外一个含有转座因子的DNA片段呈环型状 态时，与包含相同转座因子的染色体发生同源重组， 可以使染色体外的DNA片段整合到染色体上，引起 染色体DNA的扩增。
《中国大百科全书生物学》卷遗传学条目―转座因子
细
胞中能改变自身位置的一段脱氧核塘核酸 （Ｎ ）序 ＤＡ 列。转座因子改变位置（ 例如从染色体上的一个位置 转移到另一个位置， 或者从质粒转移到染色体上） 的行
为称为转座。 第一个转座因子是四十年代美 国遗 传学家 Ｂ ．麦
图 １ 转座子 Ｔ ３的分子结 构示意图 ｎ Ｉ ：末端反向重复顺序 ； Ｔ ｐ Ｒ ｎＡ：转座酶 基因 ：
转座 子：以 Ｔ ｎ表示， ＊ １Ｔ ２等。分子大 如 Ｔ ，ｎ ｎ 小一般在 ２００ ５００ ，０－２，０ 碱基对之间，两端有相同的
序 列， 如果它们的方向相反 ， 则称为反向重复顺序 Ｉ） Ｒｏ 某 些转座 子的 Ｉ 便是 已知的 Ｉ Ｒ Ｓ因子， 这些 Ｉ 既可 Ｒ 以作 为 Ｔ 的一个部分而转座， 可以 单独 转座。转 ｎ 也 座 子除 含有与转座有关的基因与核营酸序列外 ，还含 有一些其 他的基 因。 已发现近 ４ 种不同的转座子分别 ０ 带有不 同的抗菌 素抗性基 因， 乳糖基 因、 热稳定肠毒素
基 因编码 的转座酶在这一过程中是不可缺少的。Ｔ ｐ ｎＲ 基 因编码 的多肤除 了对 Ｔ ｐ 基因与 Ｔ ｐ ｎＡ ｎＲ基因本身 的表 达有 阻遏作用外 ，对于使共合体解开成为各带一 个 Ｔ３ ｎ 的两个质粒的过程也是不可缺少的。
４８
（ 下转第３页） ０
处有与转座有关的Ａ 基因与Ｂ 基因， ， 在Ａ Ｂ 基因与末 端之间还有一段不长的核营酸序列，这一序列编码的 产物对 Ａ Ｂ基因的表达有负控制作用。 ， 真核生物中的转座因子 玉米籽粒色斑的产
生、 果蝇复眼 颜色 的变异 、 啤酒酵母接合型的转换等现 象， 都与转 座因子 在染色体上 的转座有关。 果蝇的转座因子有 ｃ ｉ ４２ ２７ ｏ ａ １ 与 ９ 等，它们的 ｐ ， 两端都有同向的重复序列 ，这些重复序列的两端又有 较短的反向重复序列。 ｃｐ ｏｉ ａ分散在 染色体的不同位
hzau微生物遗传七章细菌转座因子
第七章
细菌转座因子
转座因子（transposable element）是一类广泛存在于细菌、病 毒和真核生物DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片 段，它可以在同一细胞内DNA复制子间转移，也可以在一个 复制子内部转移。 转座因子的共同特征是：插入寄主DNA后，导致基因失活； 插入时在靶DNA位点产生一个短的正向重复顺序。
3. 复制型转座涉及到两种类型的酶：一种是转座酶，它作用 于原位点的转座因子的两端序列；另一种是解离酶 （resolvase），它作用于复制拷贝的拆分。
四、Mu噬菌体的转座
转座噬菌体是具有转座功能的一类可引起突变的溶源性噬菌 体。这类噬菌体不论是进入裂解循环还是处于溶源状态，均 可整合到寄主染色体上。其中研究得较多的是Mu噬菌体。 Mu噬菌体(mutator phage)，即突变者的意思，不同于一般的 温和噬菌体： 1) Mu DNA几乎可插入到宿主染色体的任何一个位点上，而 一般的温和噬菌体在宿主染色体上有特定插入位点。 2) Mu噬菌体DNA的两端没有黏性末端，它的整合方式不同 于λ噬菌体，而类似于转座因子的作用
1. Mu噬菌体的遗传图
宿主DNA
晚期mRNA 合成激活因子 lys
头部和尾部基因
可变化末 端的宿主 DNA
整合复制
c attL
AB
C
D E H F G I T J KL M Y N P
R S U U’ S’ attR
2. Mu噬菌体的转座及其生活史
MuCts突变，受高温 诱导进入裂解循环
C蛋白表达
2. 复杂转座子(TnA转座子)
复杂转座子的长度约5000bp，它的两端是长度为30-40bp的 末端反向重复序列(IR)或正向重复序列(DR)，中央是转座酶 基因和抗药性基因。
细菌转座因子
转座因子（transposable element）是一类广泛存在于细菌、病 毒和真核生物DNA分子中一段可自主改变自身座位的DNA片 段，它可以在同一细胞内DNA复制子间转移，也可以在一个 复制子内部转移。 转座因子的共同特征是：插入寄主DNA后，导致基因失活； 插入时在靶DNA位点产生一个短的正向重复顺序。
3. 复制型转座涉及到两种类型的酶：一种是转座酶，它作用 于原位点的转座因子的两端序列；另一种是解离酶 （resolvase），它作用于复制拷贝的拆分。
四、Mu噬菌体的转座
转座噬菌体是具有转座功能的一类可引起突变的溶源性噬菌 体。这类噬菌体不论是进入裂解循环还是处于溶源状态，均 可整合到寄主染色体上。其中研究得较多的是Mu噬菌体。 Mu噬菌体(mutator phage)，即突变者的意思，不同于一般的 温和噬菌体： 1) Mu DNA几乎可插入到宿主染色体的任何一个位点上，而 一般的温和噬菌体在宿主染色体上有特定插入位点。 2) Mu噬菌体DNA的两端没有黏性末端，它的整合方式不同 于λ噬菌体，而类似于转座因子的作用
1. Mu噬菌体的遗传图
宿主DNA
晚期mRNA 合成激活因子 lys
头部和尾部基因
可变化末 端的宿主 DNA
整合复制
c attL
AB
C
D E H F G I T J KL M Y N P
R S U U’ S’ attR
2. Mu噬菌体的转座及其生活史
MuCts突变，受高温 诱导进入裂解循环
C蛋白表达
2. 复杂转座子(TnA转座子)
复杂转座子的长度约5000bp，它的两端是长度为30-40bp的 末端反向重复序列(IR)或正向重复序列(DR)，中央是转座酶 基因和抗药性基因。
遗传学第11章 转座因子的遗传分析PPT课件
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2
一 转座因子的发现
Emerson于1914年发现玉米果皮花斑产生在于突变基因的不稳定性。 1938年Rhoades研究玉米糊粉层时也发现了基因的不稳定性：
最
转
初
座
认
因
为
子
是
引
双
起
突
花
变
斑
导
致
3
40年代初，McClintock 研究玉米花斑糊粉层和植株 色素产生的遗传基础发现色素变化与染色体重组有关。 染色体的断裂或解离（dissociation）有一个特定位点(Ds)。 Ds不能自行断裂，受一个激活因子（activator） Ac所控制。
❖ 反转录病毒首先被观察到的是以传染性病 毒颗粒的形式存在，并能在细胞间传播； 而反转座子是被当作基因组中的一部分而 被发现的，它们可以在基因组内进行转座， 但不能在细胞间迁移。
17
18
第二节 原核生物中的转座因子
根据分子结构与遗传特性可以分为三类。
一．插入因子（insertion sequence，IS）
转座子可以分为以下两种系统： ①. 复合转座子：IS因子抗菌素抗性片段 IS因子 。 ② 简单转座子：不含IS因子的Tn转座子。
22
复合转座子与简单转座子结构
23
三 Mu噬菌体（Mu）：
是E. coli 的温和噬菌体，溶源化后能起转座子作用。 Mu噬菌体也含有与转座ห้องสมุดไป่ตู้关的基因和反向重复序列。 Mu能够整合进寄主染色体，催化一系列染色体的重新 排列。
Ac因子由4563个核苷酸组成 一个由11个核苷酸组成 的未端反向重复区两个与转座有关的酶基因（一个大基因 和一个小基因）。
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一 转座因子的发现
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最
转
初
座
认
因
为
子
是
引
双
起
突
花
变
斑
导
致
3
40年代初，McClintock 研究玉米花斑糊粉层和植株 色素产生的遗传基础发现色素变化与染色体重组有关。 染色体的断裂或解离（dissociation）有一个特定位点(Ds)。 Ds不能自行断裂，受一个激活因子（activator） Ac所控制。
❖ 反转录病毒首先被观察到的是以传染性病 毒颗粒的形式存在，并能在细胞间传播； 而反转座子是被当作基因组中的一部分而 被发现的，它们可以在基因组内进行转座， 但不能在细胞间迁移。
17
18
第二节 原核生物中的转座因子
根据分子结构与遗传特性可以分为三类。
一．插入因子（insertion sequence，IS）
转座子可以分为以下两种系统： ①. 复合转座子：IS因子抗菌素抗性片段 IS因子 。 ② 简单转座子：不含IS因子的Tn转座子。
22
复合转座子与简单转座子结构
23
三 Mu噬菌体（Mu）：
是E. coli 的温和噬菌体，溶源化后能起转座子作用。 Mu噬菌体也含有与转座ห้องสมุดไป่ตู้关的基因和反向重复序列。 Mu能够整合进寄主染色体，催化一系列染色体的重新 排列。
Ac因子由4563个核苷酸组成 一个由11个核苷酸组成 的未端反向重复区两个与转座有关的酶基因（一个大基因 和一个小基因）。
转座因子新版
在交叉构造中，其交错末端都具有单链区，此单链区是为 DNA合成提供模板旳假复制叉(pseudoreplication forks)，假如复 制从二个假复制叉继续进行，那么将经过转座子并在其末端终 止，从而形成二个拷贝旳转座子。
供体和受体形成旳这种构造称为共整合体(cointegrate)。
所谓共整合体，就是两个或两个以上旳复制子经过共价键连 接在一起。共整合体在原来两个分子之间结合处具有两个转 座子旳拷贝，方向为正向反复。
IS21 2132 10/11 4
2
R68-45(铜绿假单孢菌
IS50 1534 8/9
9
3
Tn5(肠杆菌)
IS51 1311 26/26
3
2 萨氏假单胞菌
(Pseudomonase savastanoi)
IS91 1800 8/9
0
1 pSU233(肠杆菌)
IS150 1443 19/24 3
(4) 交错末端旳产生和填充解释了在插入部位产生靶DNA正 向反复旳原因。
转座因子旳插入引起靶序列反复 靶序列反复旳产生过程
图10-5 转座因子旳插入机制
2. 细菌转座因子旳转座模型
(1) 剪-贴型转座(cut-and-paste transposition)
此类转座又叫简朴插入，是一种非复制型转座过程。
5 Shigella flexneri
Tn501 8200 Hgr 38
5 Pseudomonase aeruginosa
Tn1000 (Υδ) 5800 无 37
5 E. coli
起源于G＋ 细菌
Tn551 5300 Ery(erythromycin) 35 5 Staphylococcus aureus
供体和受体形成旳这种构造称为共整合体(cointegrate)。
所谓共整合体，就是两个或两个以上旳复制子经过共价键连 接在一起。共整合体在原来两个分子之间结合处具有两个转 座子旳拷贝，方向为正向反复。
IS21 2132 10/11 4
2
R68-45(铜绿假单孢菌
IS50 1534 8/9
9
3
Tn5(肠杆菌)
IS51 1311 26/26
3
2 萨氏假单胞菌
(Pseudomonase savastanoi)
IS91 1800 8/9
0
1 pSU233(肠杆菌)
IS150 1443 19/24 3
(4) 交错末端旳产生和填充解释了在插入部位产生靶DNA正 向反复旳原因。
转座因子旳插入引起靶序列反复 靶序列反复旳产生过程
图10-5 转座因子旳插入机制
2. 细菌转座因子旳转座模型
(1) 剪-贴型转座(cut-and-paste transposition)
此类转座又叫简朴插入，是一种非复制型转座过程。
5 Shigella flexneri
Tn501 8200 Hgr 38
5 Pseudomonase aeruginosa
Tn1000 (Υδ) 5800 无 37
5 E. coli
起源于G＋ 细菌
Tn551 5300 Ery(erythromycin) 35 5 Staphylococcus aureus
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转座因子
概述
转座因子（transposable element ），又叫可 移动因子，它是指一段特定的DNA序列， 可从原来的位置上单独复制或自动脱落下 来，经环化后再插入到染色体其他位置， 并对插入位置的附近基因产生各种遗传学 效应。
转座因子的发现和检出
首先由美国遗传学家Barbara MeClintock在玉 米中发现，并荣获1983年度诺贝尔奖。 1951年McClintock提出转（Transposition)和 跳跃基因（jumping gene)的新概念 1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子 （transposable element ）
转座因子广泛存在于原核和真 核细胞中。原核生物中的转座 因子有三种类型：插入序列 （insertion sequence IS) ,转座 子（transposon,Tn) ,某些特殊 病毒（如Mu,D108)
转座子的分类举例
插入序列（IS） 最简单的转座子称为插入序列(IS) IS家族有很多成员，它们的结构相似 特征： 两端都有短5-9bp的正向重复序列（DR） 略长15-25bp的反向重复序列（IR） 1kb左右的编码区，它仅编码和转座有关的 转座酶
2 转座的机制
2.1复制性转座： 特征： （1）转座后原来位置上的转座因子保持不变 （2）在新的位置上的转座因子的两侧出现顺 向重复序列 （3）转座过程中有一共合体
转座作用的遗传效应
引起插入突变 产生新的基因 产生染色体畸变 引起生物进化
总结
制作者：吴涛，周哲，吴鑫 ，柯海强
插入序列（IS）的结构和功能
转座过程
转座酶（transposase)催化插入序列（IS）的 转座，它由插入序列（IS）编码 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。
转座发生的机制
概述
转座因子（transposable element ），又叫可 移动因子，它是指一段特定的DNA序列， 可从原来的位置上单独复制或自动脱落下 来，经环化后再插入到染色体其他位置， 并对插入位置的附近基因产生各种遗传学 效应。
转座因子的发现和检出
首先由美国遗传学家Barbara MeClintock在玉 米中发现，并荣获1983年度诺贝尔奖。 1951年McClintock提出转（Transposition)和 跳跃基因（jumping gene)的新概念 1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子 （transposable element ）
转座因子广泛存在于原核和真 核细胞中。原核生物中的转座 因子有三种类型：插入序列 （insertion sequence IS) ,转座 子（transposon,Tn) ,某些特殊 病毒（如Mu,D108)
转座子的分类举例
插入序列（IS） 最简单的转座子称为插入序列(IS) IS家族有很多成员，它们的结构相似 特征： 两端都有短5-9bp的正向重复序列（DR） 略长15-25bp的反向重复序列（IR） 1kb左右的编码区，它仅编码和转座有关的 转座酶
2 转座的机制
2.1复制性转座： 特征： （1）转座后原来位置上的转座因子保持不变 （2）在新的位置上的转座因子的两侧出现顺 向重复序列 （3）转座过程中有一共合体
转座作用的遗传效应
引起插入突变 产生新的基因 产生染色体畸变 引起生物进化
总结
制作者：吴涛，周哲，吴鑫 ，柯海强
插入序列（IS）的结构和功能
转座过程
转座酶（transposase)催化插入序列（IS）的 转座，它由插入序列（IS）编码 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。
转座发生的机制