(优选)转座子和逆转座子
分子生物学2-7章作业及答案
第二章一、名词解释1、DNA的一级结构：四种脱氧核苷酸按照一定的排列顺序以3’，5’磷酸二酯键相连形成的直线或环状多聚体，即四种脱氧核苷酸的连接及排列顺序。
2、DNA的二级结构：DNA两条多核苷酸链反向平行盘绕而成的双螺旋结构.3、DNA的三级结构：DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。
4、DNA超螺旋:DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构，是DNA结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类。
按DNA双螺旋的相反方向缠绕而成的超螺旋成为负超螺旋，反之，则称为正超螺旋。
所有天然的超螺旋DNA均为负超螺旋。
5、DNA拓扑异构体：核苷酸数目相同，但连接数不同的核酸，称拓扑异构体6、DNA的变性与复性:变性（双链→单链）在某些理化因素作用下，氢键断裂，DNA双链解开成两条单链的过程。
复性(单链→双链）变性DNA在适当条件下，分开的两条单链分子按照碱基互补配对原则重新恢复天然的双螺旋构想的现象。
7、DNA的熔链温度（Tm值）：DNA加热变性时，紫外吸收达到最大值的一半时的温度，即DNA分子内50%的双链结构被解开成单链。
Tm值计算公式：Tm＝69.3+0.41（G+C）%；＜18bp的寡核苷酸的Tm计算：Tm＝4（G+C）+2（A+T）。
8、DNA退火：热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，称为退火9、基因：编码一种功能蛋白或RNA分子所必需的全部DNA序列。
10、基因组：生物的单倍体细胞中的所有DNA，包括核DNA和线粒体、叶绿体等细胞器DNA11、C值：生物单倍体基因组中的全部DNA量称为C值12、C值矛盾：C值的大小与生物的复杂度和进化的地位并不一致，称为C值矛盾或C值悖论13、基因家族：一组功能相似、且核苷酸序列具有同源性的基因。
可能由某一共同祖先基因经重复和突变产生。
14、假基因：假基因是原始的、有活性的基因经突变而形成的、稳定的无活性的拷贝。
表示方法：Ψα1表示与α1相似的假基因15、转座：遗传可移动因子介导的物质的重排现象。
转座子
报告人：赵红玉 小组成员：戎玲玲 夏丹萍 俞锞
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一转座子的概述 二转座子的结构和类型 三转座子标签法分离植物基因的原理 四转座子标签法克隆基因的方法 五转座子标签法分离植物基因的优点 六转座子在其他方面上的应用 七转座子研究的前景展望
一转座子的概述
五转座子标签法分离植物基因的优点
• 与T-DNA标签法相比,转座子标签法分离植物基因 存在几大优势: • (1)转座子插入引起的突变由于转座子的切离而回 复; • (2)转座子转座多发生在其邻近的位点,这样就可以 用来标签感兴趣的基因; • (3)转座子导入异源植物不受转化条件的限制; • (4)通过构建不同含Ac和Ds转座子的株系,通过不 同株系之间的自交和杂交,产生较大的含有不同插 入位点的转座子群体,有利于克隆多个植物基因。
（四）生态环境污染的生物修复
• 由于基因的可变性及转座子的遗传调 控,许多微生物能够利用人工合成的化 学物质,与微生物分解代谢相关的基因 往往与插入元件相连。当环境污染时, 转座子转移频率提高,增加了微生物种 群的生物降解潜力。
七前景展望
• 反转录转座子具有存在广泛、拷贝数高、 插入位点专一、产生的突变稳定、不受植 物种类差异的影响、异源转座率高、组织 培养诱导激活等优势,尤其是经实践证明,转 座子标签法是目前分离植物基因的有效手 段之一。 • 但是,植物转座子主要来源于玉米、水稻等 草本植物,相应地,应用转座子分离基因的成 功实例也基本局限于草本植物。
• 随着目前转座子应用中存在的缺陷被逐步 克服,转座子将会在研究植物基因组的组成、 表达调控、进化、系统发育、生物多样性 评价以及林木基因工程等领域内发挥越来 越重要的作用。
三转座子标签法分离植物基因的原理
逆转座子
10级生物科学 王文飞
从转座子谈起
转座子( transposon) 又称转座因子或者跳跃因子, 这类因子实际上也是DNA 片段, 它可以在生物的染色体组中移动, 从染色体的一个位点������ 跳������ 到另一个位点, 还 可以从一条染色体转移到另外一条染色体上, 从而引起基因功能的改变。转座子根 据其增殖方式可以分为两类: 传统上所说的转座因子如玉米( maize) 的Ac/ Ds 、 Spm、Mu 转座因子以及矮牵牛( Pctunia hybrida) 的Tam 转座因子是以DNA 到DNA 的方式增殖的, 它们从基因组的一个位点切下后插入基因组的另一个位点从而引起 不稳定突变; 而另一类转座因子在增殖和转座时必须以RNA 为中间产物, 即通过 mRNA 介导RNA 逆转录在基因组中复制自己[ 5] , 以DNA ������ RNA ������ DNA 的方 式进行, 由于这类转座因子的增殖和转座涉及逆转录过程, 而被称为逆转座子 ( retrotransposon) , 逆转座子引起的突变为稳定突变。
逆转座子的应用
逆转座子是散布于基因组中的中度重复序列。逆转座子导致的基因组的多样性可能归于 3 个原因: ������
转座作用, 由于逆转座子在基因组中的复制与转座而造成基因组的多样性; 逆转座子或其LTR 之间的同源重组; ������ 逆转座子DNA 序列中胞嘧啶高频率的甲基化形成胸腺嘧啶。 由于以上特性, 逆转座子可以作为高效率的RFLP 标记或用于连锁分析。 L1 在人的基因组中都是以多态性存在的, 这些多态性的元件可以用来追踪人口的迁移, 或者如果它们在一个种属中存在而在另一种属中不存在, 它们可以用来确定那些种属的 进化历史[ 18] 。另外, 因为L1 的等位基因在它们逆转座的位点上可以变化[ 19] , 个体变化对逆转座子的影响也是巨大的。 由于逆转座子在适当的条件下可以被激活, 并且其在植物基因组中能够稳定存在和遗 传,所以逆转座子与其所在的基因组呈共同进化的趋势, 所以研究逆转座子在某种植物中 的分布情况, 可以推断该寄主的系统演化。早在1998 年, Ellis 等就用来源于豌豆( Pea) 的一个逆转座子PDR1 的保守序列对15 个品种与56 个品系进行了S- SAP 分析, 将豌豆 属植物分为了3组[ 20] 。Pearce 等用4 个S- SAP 分子标记对55 个豌豆品种进行了研究, 从所研究的逆转座子分子标记数据, 可以清楚地揭示出豌豆属各种间与种内的亲缘关系 [ 21] 。
转座因子和转座
逆转录酶 RNA
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gp41 gp120
包膜
基质蛋白
衣壳蛋白
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6.1.1 Genome Structure of Retrovirus
长末端 重复序列
正常的病毒基因
LTR gag
pol
env LTR
调节和 启动转录
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Enzymes involved
RNA polymerase
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Two fates of RNA:
▪ Translation:作为mRNA 翻译成病毒的蛋白质
▪ Packaging：作为病毒 RNA基因组被装配成新的 病毒颗粒
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座
逆转录病毒和反座子的循环 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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6.1逆转录病毒（Retroviruses）
• 具有包膜，圆球状，直径为 80~120nm
• 基因组是单正链RNA，3.5~9.0kb • 病毒颗粒中有逆转录酶 • 能整合于宿主细胞的染色体
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Reverse transcription
• From RNA to DNA
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David Baltimore
• 1970 • Reverse
transcription and Reverse transcriptase
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正链病毒 (Plus strand virus)
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. • 。
2020年中科院考研真题 生物化学与分子生物学
中国科学院大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学统一考试试题科目名称：生物化学与分子生物学考生须知：1．本试卷满分为150分，全部考试时间总计180分钟。
2．所有答案必须写在答题纸上，写在试题纸上或草稿纸上一律无效。
一、名词解释（每题4分，共20分）1.酶的别构调控（allosteric regulation)2.第二信使（second messenger）3.染色质免疫共沉淀（ChIP）技术4.基因家族（gene family）和基因簇（gene cluster）5.基因治疗二、单项选择题（每题1分，共20分）1.下列哪种氨基酸不含极性侧链：（）。
A.亮氨酸B.苏氨酸C.丝氨酸D.酪氨酸2.不使蛋白质变性的因素是：（）。
A.重金属B.强酸、强碱C.加热、振荡D.盐析3.DNA与RNA共有的成分是：（）。
A.D-核糖B.D-2-脱氧核糖C.鸟嘌呤D.尿嘧啶4.属于营养必需脂肪酸的是：（）。
A.亚麻酸B.软脂酸C.硬脂酸D.月桂酸5.呼吸链的组成不包括：（）。
A.NADH-Q还原酶B.琥珀酸-Q氧化酶C.细胞色素氧化酶D.细胞色素还原酶6.关于可逆抑制作用，下列描述正确的是：（）。
A.抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活力降低或丧失B.竞争性抑制可以通过增加酶量而解除C.非竞争性抑制K m变小，V max不变D.反竞争性抑制K m不变，V max变小7.底物与酶的结合通过多种次级键较弱的力，其中不包括：（）。
A.氢键、盐键B.范德华力C.疏水相互作用D.亲水作用8.下列维生素和缺乏症之间的关联错误的是：（）。
A.维生素A与夜盲症B.维生素D与软骨病C.维生素B1与多发性神经炎D.维生素K与巨红细胞性贫血9.ATP是高能磷酸化合物的典型代表，下列说法正确的是：（）。
A.ATP是体内唯一能够提供能量的核苷酸B.底物水平磷酸化是ATP产生的主要途径C.ATP分子所含有的高能键可以转化为其他能量形式，如机械能、生物电能、热能等D.以上三项都不对10.1分子丙酮酸进行三羧酸循环时可以发生：（）。
转座子
Replicative transposition
Nonreplicative transposition
Conservative transposition
6 转座引起的遗传学效应
（1）引起插入突变 （2）产生新的基因 （3）引起生物进化 （4）引起染色体畸变
注：转座引起DNA重排（Rearrangement)
8 果蝇中的 P 因子
◆ 黑腹果蝇的两个杂种败育（hybrid dysgenesis)系统: I / R ( inducer / reactive) 型和 P / M ( paternal contributing / maternal contributing )型 ；
◆ P 因子（P element）是黑腹果蝇P品系而不是M品 系所携带的转座子；
第十三章 转座子
Chapter 13 Transposon
主要内容
1. 转座子的定义 2. 转座子的转座特点 3. 转座子的分类 4. 转座机制 5. 转座类型 6. 转座引起的遗传学效应 7. 玉米中的控制元件 8. 果蝇中的 P 元件 9. 反转录病毒和反转录转座子
1 转座子的定义
能将自身插入基因组新 位置的DNA序列。
the arms that are direct repeats
the arms are inverted repeats
A composite transposon has a central region carrying markers flanked by IS modules.
复合转座子的转座特点
2 转座子的转座特点
（1） 基因组内移动； （2） 不依赖于供体与受体间的序列关系； （3） 一般仅移动转座子序列本身。
分子生物学名词解释
分子生物学名词解释：重叠基因：是指具有部分共用核苷酸序列的基因，即同一段DNA携带了两种或两种以上不同蛋白质的编码信息。
段裂基因：将基因内部插入不编码序列，使一个完整的基因分隔成不连续的若干区段的基因称为不连续基因或断裂基因。
内含子：在真核生物基因中有一些区两段有编码功能，而另一些区段无编码功能，将在一个不连续基因中无编码功能的区段称为内含子。
外显子：在真核生物基因中有一些区段有编码功能，而另一些区段无编码功能，将在一个不连续基因中有编码功能的区段称为外显子。
假基因：具有与正常功能基因基本相似的基因序列，但在转录、转录后加工或翻译水平上的有缺陷，不能合成出功能蛋白质的失活基因，常用符号ψ表示。
开放阅读框ORF：是指从起始密码子起到终止密码子止的一段连续的密码子区域。
开放阅读框包含一段可以编码蛋白的碱基序列，不能被终止子打断。
（当没有已知的蛋白质产物时，该区域被称为可读框，而当确知该可读框编码某一确定蛋白质时，则称为编码区。
所以一个可读框是潜在的编码区。
）半保留复制：DNA复制时，子代双链DNA中的一条链来自亲代，另一条链是新合成的互补链，这种方式称为半保留复制。
复制子：基因组内能独立进行复制的单位称为复制子或复制单位。
半不连续复制：指DNA复制时，前导链上DNA的合成是连续的，后随链上是不连续的，故称为半不连续复制。
ARS：自主复制序列（酵母菌中具有复制能力的DNA片段含有的复制起点）Oric：大肠杆菌DNA复制起始点ORC：起点识别复合物RF：限制性片段长度多态性；免疫球蛋白超家族；干扰素SSB：单链DNA结合蛋白，是一类能够选择性结合在DNA单链上，使DNA以单链形式稳定存在的蛋白质，能稳定复制时已解开的DNA单链，并保护单链部分不被核酸酶降解。
Klenow片段：克列诺片段，DNA聚合酶I被蛋白酶切开得到的大片段PCNA：分裂细胞核抗原（一种分子量为36KD的蛋白质，在细胞核内合成，并存在于细胞核内，为DNA聚合酶δ的辅助蛋白，作为DNA聚合酶的夹子，是DNA聚合酶的辅助因子。
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➢ In other cases, the modules are closely related, but not identical. So we can distinguish the L and R modules in Tn10 or in Tn5.
➢ Simple transposable elements which carry only the information required for movement.
复合转座因子：除了含有与转座相关的基因外还有其它
基因（如抗生素抗性基因）。 ➢ Complex transposable elements which contain DNA
A schematic map of a plasmid carrying simple and composite transposon-resistance genes.
19
• IS序列既可以自我转座又可以和复合转座 子共同转座。
➢ A functional IS module can transpose either itself or the entire transposon.
3
4
Transposable element in E. coli , 1960
5
转座子的分类
非复制性的转座
（占已经发现的多数）
复制性 逆转座
病毒样的转座子
逆转座
6
第一节 细菌的转座因子 Transposable elements in Bacteria
两大类:
简单转座因子：只包含和转座有关的基因序列。
（优选）转座子和逆转座子
转座因子的发现
Discovery of Transposable Elements McClintock’s experiments in maize:
the Ds element 1940-1950
2
印第安彩虹玉米，具有从最大到最小易于区分的 10对染色体。
解离因子 ( Dissociation,Ds ): located at the site of the break 激活因子 ( Activator,Ac ) : unlinked genetic factor
(Resistance transfer factore,RTF)
细菌耐药性
15
2. 复合转座子
Composite Transposons
Composite transposons contain a variety of genes that reside between two nearly identical IS elements .
Ac and Ds elements in maize P elements in Drosophila
12
Duplication of a short sequence of DNA at the insertion site
13
The IS elements are normal constituents of bacterial chromosomes and plasmids.
14
Formation of a conjugative R plasmid by recombination between IS elements
3. 非复合型转座子 Noncomposite transposons
反向重 复序列
转座酶
抑制酶
氨苄青霉 素抗性
21
共整合体
22
第二节 真核生物的转座因子
Transposable Elements in Eukaryotes
DNA 转座子 (cut and paste transposons)
sequences not directly related to transposition.
7
1.插入序列 (Insertion sequences，IS)
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。
8Hale Waihona Puke 插入序列的结构 The structure of IS element
9
正向重复序列 反向重复序列
Composite transposon is designated by Tn, followed by a number.
四环素
16
氯霉素
卡拉霉素 四环素
17
复合转座子特点：
一些复合转座子两端的IS序列完全相同的， 如Tn9和Tn903。
➢ In some cases, IS modules are identical, such as Tn9 (direct repeats of IS1) or Tn903 (inverted repeats of IS903).
插入序列的中间序列常具有编码转座酶的功能。
➢ IS elements code for the transposase.
插入序列转座后常导致靶位点的重复。
➢ When an IS element transposes, a sequence of host DNA at the site of insertion is duplicated.
10
11
插入序列特点：
插入序列末端两重复序列高度相似但不完全相同。
➢ An IS element ends in short inverted terminal repeats ; usually the two copies of the repeat
are closely related rather than identical.
• 当IS序列完全相同时，两者均可独立进行 转座。
➢ When the two IS modules are identical, either module can sponsor the transposition.
• 当IS序列不完全相同时，两者之一引发转 座，L。
➢ When the modules are different, transposition can depend on one of the modules