分子遗传学-反转录转座子
转座子质粒遗传重组
A＋ B
共和体
（二）转座子的复制过程
经几个世代
（三）转座作用模型Ⅰ——对称模型
（四）转座作用模型Ⅱ——非对称模型
三、转座效应
1、转座的遗传效应：
转座最典型的作用是引起不稳定的突变等位基因。 转座子导致突变，插入致基因失活是转座最 直接的效应。 转座也可干扰宿主基因与调控元件之间的关系， 或改变DNA结构而影响基因表达。
的繁殖密切相关。
需要蛋白质合成和 DNA polⅢ 的存在。 每个细胞只有 1～5个拷贝。
2、松弛型质粒的复制：
在整个细胞周期中随时都可进行复制。 需用DNA polⅠ的存在。 在细胞内有10～200个以上, 甚至多达数千个。
质粒复制方式： 均为半保留复制，并在复制周期内保持环状结构。
质粒复制形式多样，包括： 单向复制、双向复制、单向与双向并存。
（二）质粒的不相容性
质粒的不相容性是指细菌质粒不能在相同 细胞中同时存在的现象。
当某种质粒在宿主细胞内存在时，会阻止 其它质粒进入细胞寄宿，这种质粒称为 不相容质粒。
（三）质粒的转移性
通过细菌的结合作用，F 质粒在不丢失本 身的情况下，可从一个细胞转移到无F 质 粒的另一个细胞中。
的能力； 染色体上有20多个整合位点，F质粒对其亲和力
不同，形成Hfr 细胞株的频率也是不同的； F 质粒的整合方向可以是顺时针，也可逆时针； F 质粒可从一个细胞转移到另一无F 质粒的细胞。
（二）R 质粒——耐药性质粒
R 质粒由抗性转移因子（RTF）和决定抗性 因子（r-决定子）两部分DNA片段组成。
4361 bp 2686 bp 2743 bp 3162 bp
Tetr Ampr Ampr LacZ Ampr LacZ Ampr LacZ
分子生物学名词解释
Central dogma （中心法则）：DNA 的遗传信息经RNA 一旦进入蛋白质就不能再输出了。
Reductionism （还原论）：把问题分解为各个部分，然后再按逻辑顺序进行安排的研究方法。
Genome （基因组）：单倍体细胞的全部基因。
transcriptome（转录组）：一个细胞、组织或有机体在特定条件下的一组完整基因。
roteome （蛋白质组）：在大规模水平上研究蛋白质特征，获得蛋白质水平上的关于疾病的发生、细胞代谢等过程的整体而全面的认识。
Metabolome （代谢组）：对生物体内所有代谢物进行定量分析并寻找代谢物与生病理变化的相关关系的研究方法。
Gene （基因）：具有遗传效应的DNA 片段。
Epigenetics （表观遗传学现象）：DNA 结构上完全相同的基因，由于处于不同染色体状态下具有不同的表达方式，进而表现出不同的表型。
Cistron （顺反子）：即结构基因，决定一条多肽链合成的功能单位。
Muton（突变子）：顺反子中又若干个突变单位，最小的突变单位被称为突变子。
recon（交换子）：意同突变子。
Z DNA(Z型DNA) ：DNA 的一种二级结构，由两条核苷酸链反相平行左手螺旋形成。
Denaturation （变性）：物质的自然或非自然改变。
Renaturation （复性）：变形的生物大分子恢复成具有生物活性的天然构想的现象。
egative superhelix （负超螺旋）：B-DNA 分子被施加左旋外力，使双螺旋体局部趋向松弛，ＤＮＡ分子会出现向右旋转的力的超螺旋结构。
C value paradox （Ｃ值矛盾）：生物overlapping gene（重叠基因）：不同的基因公用一段相同的ＤＮＡ序列。
体的大Ｃ值与小ｃ值不相等且相差非常大。
interrupted gene （断裂基因）：由若干编码区和非编码区连续镶嵌而成的基因。
splitting gene（间隔基因）：意思与断裂基因相同。
遗传学名词解释
遗传学名词解释第二章姐妹染色单体：染色体复制后形成的两条完全一致的染色单体，由着丝粒连接在一起。
着丝粒：染色体内部的特殊结构，是连接两条姐妹染色单体，连接染色体和纺锤体的部位。
动粒：位于着丝粒处的蛋白质复合物，内侧与着丝粒结合，外侧与纺锤体丝结合，发挥桥梁作用。
端粒：染色体末端的结构。
杂合体：基因座上含有两个不同的等位基因的个体。
纯合体：基因座上含有两个相同的等位基因的个体。
回交：杂交的子一代与亲代的交配形式。
测交：杂合个体与纯合隐性个体的交配形式。
性状：生物在形态、结构和生理功能等方面的特征。
显性：杂合子个体表现出来的性状。
隐性：杂合子个体被掩盖的性状。
等位基因：同源染色体相对位置上决定同一性状的两个基因。
表型：生物个体性状的表现型。
基因型：生物个体的基因组成。
孟德尔分离定律：杂合体的一对等位基因在形成配子时互相不影响地分到雌雄配子中去的规律。
孟德尔自由组合定律：非同源色体上的非等位基因在形成配子时，各自独立地分开和组合，在杂交时各种基因型的配子随机结合，形成可以预测比例的表型和基因型的群体。
单基因遗传：由一个基因表达差异引起的性状趋势的遗传方式。
特征：有显隐性关系；后代有可预测的基因型和表型理论比例。
家系：根据遗传亲缘关系绘制出来的家族成员系谱图。
亨廷顿舞蹈病：常染色体显性遗传病。
患者神经系统逐渐退化，神经冲动弥散，动作失调，出现不可控制的颤搐，并能发展成痴呆，甚至死亡。
HD高发于美洲和欧洲，中年发病居多。
囊性纤维化：常染色体隐性遗传病。
外分泌腺的功能紊乱，粘液腺增生，分泌液粘稠，不同器官病变程度不一。
主要见于肺胰及肠道可发生慢性阻塞性肺病胰功能不全及肝硬化。
目前CF患者的平均寿命为37岁。
白种人突变基因的携带频率为3% -10%。
抗维生素D佝偻病：性染色体（X）显性遗传病。
又称原发性低磷酸盐血症性佝偻病、低磷酸盐血症性佝偻病。
患者由于磷酸盐再吸收障碍，肾小管磷重吸收率明显降低，尿磷大量丢失，血磷降低。
逆转座子
RT。通过序列分析发现,LINE 可能是最古老的一类逆转座子, 最先的LTR 可能是LINE
获取了LTR 而产生的。SINE 不编码任何具有转座功能的基因, 并且所有已知的SINE
都来源于tRNA, 具有高效复制能力, 可以被LTR 和LINE 所编码的蛋白质整合入基因组。
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。
2
分类
逆转座子是真核基因组的一个重要组成部分[ 2] , 如玉米, 在几百万年之内, 逆转
座子几乎
占了整个基因组的一半, 引起基因组数量的巨大变化[ 3] 。根据逆转座子的结构,
L1 通过插入也可以产生大的DNA 的重排。对离体培养细胞的L1 的大量插入的分析表
明其中有10% 与基因组的大的DNA 的缺失有关, 在鼠中已发现了一个自然发生的与L1
相关的大的缺失[ 14] 。L1 和Alu 为DNA 错配和不平衡联会( 同源性重组) 提供材料, 导
致重复片段间的缺失或复制。
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蚕( bombyxmori ) 的R1 和R2 整合到特异的核糖体RNA 基因位点, 在此heT- A 和
TART 元件帮助维持果蝇的端粒染色体,TRAS1 和SART1 整合到家蚕的端粒重复
区。相反, 哺乳动物的L1 因其末端核酸酶易于在一个短的一致序列( 5 TTTT/A- 3 ) 切割DNA 而整合到基因组的大量位点上。
可将其分为两种类型:
长末端重复逆转座子(LTR)
非长末端重复逆转座子( non- LTR) ( Figure1) 。
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?)。
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。
分子生物学考试名词解释
分子生物学考试名词解释同学们没事就背背，六十多个。
还有二十多天。
Central dogma（中心法则）：DNA的遗传信息经RNA一旦进入蛋白质就不能再输出了。
Reductionism（还原论）：把问题分解为各个部分，然后再按逻辑顺序进行安排的研究方法。
Genome（基因组）：单倍体细胞的全部基因。
transcriptome（转录组）：一个细胞、组织或有机体在特定条件下的一组完整基因。
proteome （蛋白质组）：在大规模水平上研究蛋白质特征，获得蛋白质水平上的关于疾病的发生、细胞代谢等过程的整体而全面的认识。
Metabolome（代谢组）：对生物体内所有代谢物进行定量分析并寻找代谢物与生病理变化的相关关系的研究方法。
Gene（基因）：具有遗传效应的DNA片段。
Epigenetics（表观遗传学现象）：DNA结构上完全相同的基因，由于处于不同染色体状态下具有不同的表达方式，进而表现出不同的表型。
Cistron（顺反子）：即结构基因，决定一条多肽链合成的功能单位。
Muton（突变子）：顺反子中又若干个突变单位，最小的突变单位被称为突变子。
recon（交换子）：意同突变子。
Z DNA(Z型DNA)：DNA的一种二级结构，由两条核苷酸链反相平行左手螺旋形成。
Denaturation（变性）：物质的自然或非自然改变。
Renaturation（复性）：变形的生物大分子恢复成具有生物活性的天然构想的现象。
negative superhelix（负超螺旋）：B-DNA分子被施加左旋外力，使双螺旋体局部趋向松弛，ＤＮＡ分子会出现向右旋转的力的超螺旋结构。
C value paradox （Ｃ值矛盾）：生物overlapping gene（重叠基因）：不同的基因公用一段相同的ＤＮＡ序列。
体的大Ｃ值与小ｃ值不相等且相差非常大。
interrupted gene（断裂基因）：由若干编码区和非编码区连续镶嵌而成的基因。
splitting gene（间隔基因）：意思与断裂基因相同。
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。
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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.
RNA→DNA →RNA
reverse transcriptase
integrase
The retrovirus life cycle involves transposition-like events
6.3 反转录病毒基因的编码产物
典型的反转录病毒含有3条基因 条基因： ◆ 典型的反转录病毒含有 条基因：gag, pol, env ; 反转录病毒的编码产物是多聚蛋白质； ◆ 反转录病毒的编码产物是多聚蛋白质； 蛋白由基因组的全长转录物翻译而来； ◆ Gag和Pol蛋白由基因组的全长转录物翻译而来； 和 蛋白由基因组的全长转录物翻译而来 蛋白的翻译需要核糖体移码； ◆ Pol蛋白的翻译需要核糖体移码； 蛋白的翻译需要核糖体移码 由剪接过程产生的一种独立的mRNA翻译而来； 翻译而来； ◆ Env由剪接过程产生的一种独立的 由剪接过程产生的一种独立的 翻译而来 ◆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; 种蛋白
5%
The genes of the retrovirus are expressed as polyproteins that are processed into individual products.
env env pol gag pol gag gag
pol
反转录病毒颗粒示意图 (P295)
总结： 总结：
研究表明在生物进化的过程中当一定的外源刺激激活 后，反转录转座子会经过反转座作用产生新的拷贝插入到新 的位点，造成生物的遗传变异， 的位点，造成生物的遗传变异，在自然选择和物种优化中起 着一定的作用。已经发现反转录转座子是引起插入突变、 着一定的作用。已经发现反转录转座子是引起插入突变、生 物多样性和重复序列产生的原因， 物多样性和重复序列产生的原因，也是基因组保持可塑性的 原因。 原因。
Minus strand DNA is generated by switching templates during reverse transcription.
Synthesis of plus strand DNA requires a second jump.
Minus strand DNA is generated by switching templates during reverse transcription. Synthesis of plus strand DNA requires a second jump.
6.6 反转录转座子分类
类病毒超家族 普通类型
Ty（酵母） （酵母） Copia（果蝇） （果蝇） LINESL1（哺乳动物） （哺乳动物）
非病毒类超家族
SINESB1/Alu（哺乳动物） （哺乳动物） 聚合酶Ⅲ 聚合酶Ⅲ转录成的假基因
末端特性 靶位重复 可读框 组织
长末端重复 4-6 bp 反转录酶/ 反转录酶/整合酶 可能含内含子
6.7 反转录转座子在基因组进化中的作用
பைடு நூலகம்
真核生物 基因组
10-20%： 10-20%：编码基因序列 80-90%： 80-90%：各种重复序列 串联重复序列 散在重复序列 短散在元件 长散在元件 加工的逆转录重复
Four types of transposable elements constitute almost half of the human genome.
问题
1、反转录转座子在基因组中有什么作用？ 、反转录转座子在基因组中有什么作用？
分散在真核生物基因组中的大量反转录转座子构成了基 因组的不稳定因素，可引起基因组序列的删除、扩增、 因组的不稳定因素，可引起基因组序列的删除、扩增、 倒位、移位、断裂、同源序列重组等现象。 倒位、移位、断裂、同源序列重组等现象。
6.2 反转录病毒生命周期
• 反转录毒（retrovirus）含有单链 反转录毒（ ）含有单链RNA基因组的两份拷 基因组的两份拷 贝； • 整合的原病毒是双链DNA序列； 整合的原病毒是双链 序列； 序列 • 反转录病毒通过将其基因组反转录而产生原病毒； 反转录病毒通过将其基因组反转录而产生原病毒； • 负责将 负责将RNA转变为 转变为DNA的酶是反转录酶 (reverse 转变为 的酶是反转录酶 transcriptase), 整合酶 (integrase) 负责将 负责将DNA整合 整合 到宿主基因组中，这两种酶均由病毒基因组编码; 到宿主基因组中，这两种酶均由病毒基因组编码 • 反转录病毒生命周期包括转座样事件。 反转录病毒生命周期包括转座样事件。
艾滋病病毒 (HIV)
反转录病毒颗粒示意图 (P295)
Retrovirus replication (The retrovirus life cycle p312)
逆转录病毒的繁殖周期
吸附于细胞表面的受体； ① 吸附于细胞表面的受体； 核侵入宿主细胞； ② 核侵入宿主细胞； 病毒RNA→转录为 转录为DNA； ③ 病毒 转录为 ； 为模板复制DNA； ④ 以DNA为模板复制 为模板复制 ； ⑤ 部分整合于宿主细胞 部分整合于宿主细胞DNA形成前病毒； 形成前病毒； 形成前病毒 前病毒利用宿主RNA聚合酶合成病毒 聚合酶合成病毒RNA； ⑥ 前病毒利用宿主 聚合酶合成病毒 ； 再翻译成蛋白质； ⑦ RNA再翻译成蛋白质； 再翻译成蛋白质 病毒粒的装配； ⑧ 病毒粒的装配； 病毒的出芽及包膜的形成。 ⑨ 病毒的出芽及包膜的形成。
6.1 引言
参与的转座(Transposition)是真核 ◆必需中间体RNA参与的转座 必需中间体 参与的转座 是真核 生物所独有。 生物所独有。 ◆反转录转座子（Retrosposon, retrotransposon): 反转录转座子（ 形式移动的转座子， 元件转录成RNA， 以RNA形式移动的转座子，DNA元件转录成 形式移动的转座子 元件转录成 ， 再反转录为DNA, 然后插入基因组中某一新位点。 然后插入基因组中某一新位点。 再反转录为 ◆ RNA依赖型转座子范围非常广泛 依赖型转座子范围非常广泛 如：能自由地感染宿主细胞的反转录病毒自身； 能自由地感染宿主细胞的反转录病毒自身； 为中间体进行转座的DNA序列； 序列； 以RNA为中间体进行转座的 为中间体进行转座的 序列 以及本身不具有转座能力的元件。 以及本身不具有转座能力的元件。
Priming results from nicking
Retro-transposition of non-LTR elements occurs by nicking the target to provide a primer for cDNA synthesis on an RNA template. The arrowheads indicate 3 ends. For example, LINES do not have LTRs and require the retroposon to code for an endonuclease that generates a nick to prime reverse transcription
6.4 反转录病毒中DNA的产生 反转录病毒中DNA的产生
病毒RNA的每一个末端都有短重复序列 的每一个末端都有短重复序列(R), 因而 和 因而5`和 ◆ 病毒 的每一个末端都有短重复序列 3`端分别称为 端分别称为R-U5和U3-R； 端分别称为 和 ； 引物结合到5`端的 位点后， ◆ tRNA引物结合到 端的 引物结合到 端的100~200 bp位点后，反转录 位点后 酶开始合成负链DNA； 酶开始合成负链 ； ◆ 当酶到达末端，RNA的5`端就降解，接着露出 当酶到达末端， 端就降解， 的 端就降解 接着露出DNA 产物的3`端 产物的 端； 暴露出的3`端与另一个 端与另一个RNA基因组的 端配对； 基因组的3`端配对 ◆ 暴露出的 端与另一个 基因组的 端配对； 合成继续进行，其产物两端都产生重复序列， ◆ 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； 结构为 ； ◆ 当反转录酶利用DNA产物为模板合成互补链时，发 当反转录酶利用 产物为模板合成互补链时， 产物为模板合成互补链时 生相似的链转换, 最终形成双链DNA。 生相似的链转换 最终形成双链 。