分子生物学第3章_可移动的遗传因子张敏2
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分子生物学第三章
转座子的分类(续)
• 复制型转座子
在复制过程中,整个转座子被复制,所移动的是 原转座子的拷贝,转座酶(transposase)和解离 酶(resolvase)分别作用于原始转座子和复制 转座子,如TnA类转座子。
• 非复制型转座子
在复制过程中，原始转座子作为一个可移动 的实体直接被移位，如IS序列、Mu、Tn5等。
三、从mRNA到蛋白质
翻译的基本过程
将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个 核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。
翻译的起始
核糖体与mRNA 结合并与氨基酸tRNA 生 成 起 始 复合物
肽链的延伸
核 糖 体 沿 5’ 端 向 3’ 端 移 动 ， 多肽从N端向C 端合成
开放复合物：在RNA转录的模板识别阶段， 随着DNA结构变化，聚合酶与启动子形成 的封闭复合物转变成开放复合物，此时 DNA序列中有一小段双链被解开。 三元复合物：在RNA转录的模板识别阶段，开 放复合物与最初的2个NTP相结合并在它们之间 形成磷酸二酯键后即转变成包括RNA聚合酶、 DNA和新生RNA的复合物。
真核生物启动子的特点
Hogness区（ Hogness box）
在真核生物中，位于转录起始点上游-30—-25bp 处存在共同序列TATAAA，也称TATA区。
将TATA区上游的保守 序列称为上游启动子元 件（UPE）或上游激活 序列（UAS）
CAAT区（ CAAT box）
在真核生物中，位于转录起 始点上游-78—-70bp处存在 一段共同序列CCAAT，它 与原核生物中-35区相对应。 GC区、增强子区
tRNA、5SrRNA、snRNA
α-鹅膏覃碱
分子生物学精选全文
可编辑修改精选全文完整版第一章绪论1、分子生物学简史：分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子形态、结构特征及其重要性、规律性而相互联系的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动的适应自然界到主动的改造和重组自然界的基础科学。
2、分子生物学发展阶段第一阶段：分子生物学发展的萌芽阶段第二阶段：分子生物学的建立和发展阶段第三阶段：分子生物学的深入发展和应用阶段3、分子生物学的主要研究内容DNA重组技术；基因表达调控研究；生物大分子的结构与功能的研究；基因组、功能基因组与生物信息学的研究第二章染色体与DNA1、名词解释：不重复序列：在单倍体基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列。
真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。
中度重复序列：每个基因组中10～104个拷贝。
平均长度为300 bp，一般是不编码序列，广泛散布在非重复序列之间。
可能在基因调控中起重要作用。
常有数千个类似序列，各重复数百次，构成一个序列家族。
高度重复序列：只存在于真核生物中，占基因组的10%~60%，由6~10个碱基组成。
卫星DNA（satellite DNA）:又称随体DNA。
卫星DNA是一类高度重复序列DNA。
这类DNA是高度浓缩的，是异染色质的组成部分。
微卫星DNA（microsatellite DNA）：又称短串联重复序列，是真核生物基因组重复序列中的主要组成部分，主要由串联重复单元组成。
重叠基因（overlapping gene,nested gene）:具有部分共同核苷酸序列的基因，及同一段DNA携带了两种或两种以上不同蛋白质的编码信息。
重叠的序列可以是调控基因也可以是结构基因部分。
多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA 。
单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。
DNA的转座：又称移位（transposition)，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。
可移动的遗传因子(转座子)
特点：
重组DNA之间不需要任何序列同源性！
转座以很低的频率发生，而且转座子的插入是随机的，没有 转座的特异位点！
一、转座子的分类和结构特征
转座子分类－转座机制 DNA-DNA方式转座的转座子：
通过DNA复制或直接剪切两种方式获得可移动片段，整 合入基因组DNA中。又分为复制型，非复制型，保守型。
聚合酶 (polymerase) :
依赖DNA的DNA聚合酶（DDDP），简写为 DNA-pol ；
如何获得单链DNA模板？？
多种蛋白质参与（以大肠杆菌为例）
解链酶（helicase）；
单链结合蛋白（single－strand DNA binding prote
SSB）；
DNA拓扑异构酶（ DNA topoisomerase ）
发生在同源序列之间，涉及大片段同源序列的
交换。 最基本的DNA重组方式，通过链的断裂和再连接，
在两个DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交 换。 同源重组需要一些重组蛋白和酶，如Rec A、B、
C、D及DNA连接酶等-无碱基序列特异性。
同源重组机制 （P90）
Holliday模型 （单链断裂重组模型）
变序列）
DNA聚合酶（DNA dependent DNA polymerase，DDDP）
5 至 3 的聚合活性
(dNMP) n
+ dNTP (dNMP) n+1 + ppi
5'
3'
A T G C A A T T G C
| | | | T G dTTP 3'
5
T A C
ppiBiblioteka 合反应的特点：非LTR逆转录转座子，能编码逆转录酶等蛋白，可自主转座。 非病毒超家族(nonviral superfamily)： 自身没有转座酶或整合酶的编码能力，而在细胞内已有的酶系
可移动的遗传因子
IR inverted repeated 反向（倒转 重复顺序）
2021/4/14
China Pharmaceutical University
10
（二）复合转座子 1. 中间为标记基因 2. 两侧臂是两个同向 重复或反向重复的IS 序列
复合转座子的臂称为IS或类IS组件
IS的末端反向重复
2021/4/14
转座子的共同特点有：
转座酶识别的底物
两端有末端反向重复序列
转座后靶位点重复是正向重复
编码与转座有关的蛋白
可以在基因组中移动
2021/4/14
China Pharmaceutical University
7
反向倒转重复序列 GGAAGGT、、、ACCTTC CCTTCCA、、、TGGAAGG
反向重复序列 GGAAGGT、、、TGGAAGG CCTTCCA、、、ACCTTCC
12
（四）转座噬菌体——Mu噬菌体,phage Mu
包括Mu和D108两种噬菌体，是一类温和噬菌体， 线状DNA游离态和整合态有相同的基因次序，末 端不含反向重复序列
侵入的Mu可在溶源化过程插入寄主DNA任意部 位，造成靶点倍生，原噬菌体两侧各有一个5bp的 靶点重复序列
2021/4/14
原噬菌体: prophage,整合 入宿主DNA中的噬菌体
DNA序列可以通过同源重组在DNA同源 序列之间进行链的交换，也可以利用同源 序列在特定位点进行位点特异性重组，还 可以发生不需要任何同源性序列的转座作 用。
基因组内突变的来源
2021/4/14
China Pharmaceutical University
1
第一节 转座子p68
原核和真核生物基因组中的可以从一个部位 转移到另一个部位的DNA序列，这些序列称为 转座子(Transposon)
2021/4/14
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10
（二）复合转座子 1. 中间为标记基因 2. 两侧臂是两个同向 重复或反向重复的IS 序列
复合转座子的臂称为IS或类IS组件
IS的末端反向重复
2021/4/14
转座子的共同特点有：
转座酶识别的底物
两端有末端反向重复序列
转座后靶位点重复是正向重复
编码与转座有关的蛋白
可以在基因组中移动
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7
反向倒转重复序列 GGAAGGT、、、ACCTTC CCTTCCA、、、TGGAAGG
反向重复序列 GGAAGGT、、、TGGAAGG CCTTCCA、、、ACCTTCC
12
（四）转座噬菌体——Mu噬菌体,phage Mu
包括Mu和D108两种噬菌体，是一类温和噬菌体， 线状DNA游离态和整合态有相同的基因次序，末 端不含反向重复序列
侵入的Mu可在溶源化过程插入寄主DNA任意部 位，造成靶点倍生，原噬菌体两侧各有一个5bp的 靶点重复序列
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原噬菌体: prophage,整合 入宿主DNA中的噬菌体
DNA序列可以通过同源重组在DNA同源 序列之间进行链的交换，也可以利用同源 序列在特定位点进行位点特异性重组，还 可以发生不需要任何同源性序列的转座作 用。
基因组内突变的来源
2021/4/14
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1
第一节 转座子p68
原核和真核生物基因组中的可以从一个部位 转移到另一个部位的DNA序列，这些序列称为 转座子(Transposon)
《分子生物学教学》第三章可移动的遗传因子
可移动遗传因子的应用前景
探讨可移动遗传因子在基因工程、基因治疗、生物 育种等领域的应用前景，以及相关的伦理和安全问 题。
02
可移动遗传因子的类型和特性
转座子的类型和特性
80%
插入序列（IS）
是细菌中最简单的转座子，能够 编码自身转座所需的酶，并能在 基因组中随机插入。
100%
转座噬菌体（Tn）
是一种复杂的转座子，带有与噬 菌体相关的基因，能够在细菌之 间水平转移。
分子生物学教学第三章可移动 的遗传因子
目
CONTENCT
录
• 引言 • 可移动遗传因子的类型和特性 • 可移动遗传因子的机制 • 可移动遗传因子的生物学意义 • 研究方法和实验技术 • 实际应用和未来展望
01
引言
目的和背景
阐述可移动遗传因子的概念
本章旨在介绍可移动遗传因子的概念，包括其定义、分类、功能 以及在生物学领域的重要性。
转录调控
可移动遗传因子如转座子和逆转 录病毒可通过插入或删除基因序 列，影响转录因子的结合和基因 表达的调控。
表观遗传学调控
某些可移动遗传因子能够影响染 色质结构和组蛋白修饰，从而参 与表观遗传学调控，改变基因的 表达模式。
在基因组进化和多样性中的作用
基因重组
可移动遗传因子通过介导基因重组事 件，促进基因组的重排和多样性产生 。
对核酸和蛋白质序列进行比对，找出同源序列和保守区域，并进行功能
注释。
02
基因表达与调控分析
利用高通量测序技术分析基因表达谱，研究基因表达的时空特异性和调
控机制。
03
生物信息学数据库与工具
利用生物信息学数据库（如GenBank、UniProt等）和在线分析工具
探讨可移动遗传因子在基因工程、基因治疗、生物 育种等领域的应用前景，以及相关的伦理和安全问 题。
02
可移动遗传因子的类型和特性
转座子的类型和特性
80%
插入序列（IS）
是细菌中最简单的转座子，能够 编码自身转座所需的酶，并能在 基因组中随机插入。
100%
转座噬菌体（Tn）
是一种复杂的转座子，带有与噬 菌体相关的基因，能够在细菌之 间水平转移。
分子生物学教学第三章可移动 的遗传因子
目
CONTENCT
录
• 引言 • 可移动遗传因子的类型和特性 • 可移动遗传因子的机制 • 可移动遗传因子的生物学意义 • 研究方法和实验技术 • 实际应用和未来展望
01
引言
目的和背景
阐述可移动遗传因子的概念
本章旨在介绍可移动遗传因子的概念，包括其定义、分类、功能 以及在生物学领域的重要性。
转录调控
可移动遗传因子如转座子和逆转 录病毒可通过插入或删除基因序 列，影响转录因子的结合和基因 表达的调控。
表观遗传学调控
某些可移动遗传因子能够影响染 色质结构和组蛋白修饰，从而参 与表观遗传学调控，改变基因的 表达模式。
在基因组进化和多样性中的作用
基因重组
可移动遗传因子通过介导基因重组事 件，促进基因组的重排和多样性产生 。
对核酸和蛋白质序列进行比对，找出同源序列和保守区域，并进行功能
注释。
02
基因表达与调控分析
利用高通量测序技术分析基因表达谱，研究基因表达的时空特异性和调
控机制。
03
生物信息学数据库与工具
利用生物信息学数据库（如GenBank、UniProt等）和在线分析工具
2021年分子生物学大纲【精华版】
分子生物学目录第一章绪论2第二章核酸的结构及性质 4 第三章 DNA复制4第四章 DNA损伤与修复 2第五章可转移的遗传因子 2 第六章 RNA的转录与加工 5 第七章蛋白质的生物合成 5 第八章分子生物学技术8 第九章原核基因表达调控 4 第十章真核基因表达调控 4第一章绪论DNA Double Helix model:1953 Watson & Crick基因的基本属性:1.基因的自我复制2.基因控制性状的表达3.基因的突变以DNA, protein为核心以生物化学为基础Crick：….我本人的思想是基于两个基本原理，我称之为序列假说和中心法则序列假说：核酸片段的特异性完全由其碱基序列所决定，而且这种序列是某一蛋白质的氨基酸序列的密码。
中心法则：信息一旦进入蛋白质，它就不可能再输出分子生物学的三大原则1.构成生物大分子的单体是相同的(共同的核酸语言、共同的蛋白质语言)2.生物遗传信息的表达的中心法则相同3..生物遗传信息的表达的中心法则相同→个性↓↑高级结构→生物大分子之间的互作农业是现代生物学研究与应用最为广阔，重要的领域第二章核酸与染色体的结构和性质2.1 DNA是遗传物质2.1.1 转化实验2.1.1.1 Griffith的发现2.1.1.2 Avery等人的实验2.1.2 化学实验2.2 DNA的结构2.2.1 DNA的一级结构定义：DNA的一级结构指的是DNA分子内碱基的排列顺序。
2.2.2 DNA一级结构的方向性DNA链的方向总是理解为从5'－P端到3'-OH端。
DNA分子总是由脱氧核糖核苷酸组成，核糖的2'位总是H。
RNA分子的核糖的2'位总是－OH基。
DNA一级结构的多样性⑴编码蛋白质的遗传信息的多样性⑵用于调控的序列具有多样性⑶两种不同遗传信息的比较①相同点：都不是简单地以其一级结构发挥作用，而依赖于与Pro的相互作用。
②不同点：编码蛋白质氨基酸组成的信息强烈依赖酶系或蛋白质结构来进行基因表达，而调控序列不仅依靠蛋白质作用而且利用自身的双螺旋空间结构的改变来负责基因活性的选择性表达。
分子遗传学-第3章-复制
基配对规则，催
化正确的核苷酸 的 5 位与正在合 成的链的 3 端产 生磷酸二酯键。
DNA 聚合酶催化 DNA 的 合成必须提供 3 位的自 由 OH 基，亦即需要一个 引物。
DNA 聚合酶催化 DNA的 合成（亦即新链的延伸） 只能朝 5 3 的方向。
DNA 聚合酶除了聚合功能外，还具有 3 5 外 切酶活性。
在双向复制中，当两个复制叉因故不等速时，ter 位 点会迫使较快的复制叉停顿下来，等待较慢的复制叉， 从而保证复制在终止区内结束。
每条单链的 ter 位点都结合上 ter 结合蛋白， 从而阻止复制 叉的通过。
大肠杆菌 DNA 复制的整个过程
真核生物的复制都是双向的，且没有固定的复制终点。
复制机器如何鉴别已复制过的和未复制过的复 制原点，从而保证每个复制原点只启动一次？ 这方面的遗传信息是存在于 DNA 序列中，还 是存在于与复制有关的蛋白质中？
以自由 3 端为引物，以负链为模板合成新链，并将正 链置换出来。
复制叉回到复制原点后，A 蛋白切断正链，结合到新 的5 端上，开始新一轮复制，释放出的正链可作为模板 合成负链。
许多噬菌体都采用滚环式复制。 某些真核生物的卵母细胞中采用滚环式复制
来扩增 rDNA（即 rRNA 基因），以满足大量
复制叉 复制方向有 3 种方式： 双向复制（多数情况） 单向复制 不对称双向复制 环状 DNA 双向复 制形成的 结构 复制起点 复制眼
大肠杆菌 DNA 复制的电镜照片
电镜照片的模式图
对于环状 DNA，不论是双向复制，还是单向 复制，都会形成 结构。 可以用放射性标记
DNA 复制过程图解
第四节
线形DNA末端的 复制问题
分子生物学第3章_可移动的遗传因子张敏2
② 造成插入位点靶DNA的少量碱基对重复 IS1、Tn10： 造成9bp的重复。 IS3： 造成3或4bp的重复。 IS4： 造成11bp的重复。
③ 插入位点出现新基因 复合转座子带有抗性基因（如抗药性基因
ampc)，可产生两方面效应：一个基因的插入突 变；出现抗药基因。
④ 引起染色体畸变 在一个染色体上（甚至不同染色体上）若有同一转座
第一节 转座子 Section I transposon
概述
在原核生物和真核生物基因组中存在 着可以从一个部位转移到另一个部位的一 些序列，这些序列称为转座子。存在病毒、 细菌和真核细胞的质粒或基因组中。
转座子transposon也称跳跃基因jumping gene
一、转座子的分类和结构特征
转座子的共同特点：
质粒复制的方式
质粒的复制主要是通过θ型复 制和滚环复制两种方式之一进 行的，其中以θ型复制为主。 在θ型复制中，有单向复制和 双向复制两种类型。
革兰氏阴性细菌中多数质粒是 以θ型方式复制，R1、R100等 是单向复制，F、R6k等是双 向复制类型。
质粒滚环复制示意图
在革兰氏阳性 细菌中大多数 质粒是以滚环 方式复制。
对靶的选择有三种形式：随机选择，热点选择 和特异位点的选择。
TS IR Transposase gene IR TS
插入序列（insertion sequence，IS）
转座酶基因 在染色体和质粒（包括F因子）中，都含有 这类较小的转座子，长度为750～1500bp，只带 有与其转座作用相关的基因。
2.复合转座子（composite tranaposon）
➢复合转座子含有一个中心区域和位于两侧的臂arm ➢除了和自身转座有关的基因外，中心序列含有抗 药性基因等遗传信息。 ➢复合转座子两端的臂由IS序列组成。有的二侧组 件相同（如Tn903），有的不同（如Tn10）。有的方 向相同（如Tn9），有的方向相反（如Tn903，10， 5）。有的皆有功能（如Tn903，10），有的仅右侧 组件有功能。
第3章可移动的遗传因子和染色体外遗传因子
第3章 可移动的遗传因子和染色体外遗传因子
一般来说，精确外切的情况比
较少，大多是不精确外切。
第3章 可移动的遗传因子和染色体外遗传因子
四、 原核和真核细胞中转座子
原核细胞中的转座因子 (1) 插入序列 （IS） (2) 类插入序列： (3) 复合转座子 (4) TnA家族 真核细胞中的转座因子
(1)玉米中的转座子系统
来的位置被切割下来，而是在转座的过程中原来 的转座子DNA得到复制，并转移到染色体的另外 的地方。原来的拷贝“原件”没有发生位移。
逆转录转座子：将转座的片段转录成RNA，再通
过逆转录酶将RNA反转录成cDNA，插入寄主染 色体中。
第3章 可移动的遗传因子和染色体外遗传因子
非复制型转座
cut-and-paste
the McClintock building at Cold Spring Harbor Lab
第3章 可移动的遗传因子和染色体外遗传因子
第3章 可移动的遗传因子和染色体外遗传因子
1 转座子的概念
转座子是细胞内的可移动遗传因子（mobile genetic element）,指可以在同一细胞中基 因组内或一个细胞的基因组从一个位点移动 到另一位点的DNA片断。 在原核生物和真核生物中均有发现，由于结 构、移动机制、分布、移动自由度、自主水 平等的不同可分为多种类型。
复合转座子Tn3是典型的复制型转 座子 另外解释模型被称为非对称模型， 但缺少实验证据支持。
第3章 可移动的遗传因子和染色体外遗传因子
在非复制转座中，仅有转座酶参与。 复合转座子Tn5和Tn10是典型的非 复制转座子。
第3章 可移动的遗传因子和染色体外遗传因子
简单转座IS*
复制转座的机理* 复制转座和非复制转座*
分子生物学第3章
顺反子是基因的同义词。一个顺反子就是一个基 因。 顺反子中包含一系列的突变单位和重组单位。最 小交换单位（交换子）和最小突变单位（突变 子），都应该是DNA分子中的一个核苷酸对。
• 基因与多肽链的关系： “一个基因一种酶 ” → “一个基因一种多肽”
Garrod:
一个突变基因 --- 一种代谢缺陷
真核基因的基本结构
• 断裂基因（split gene） 在真核类 结构基因组中，编 码顺序被许多称为 内含子的非编码区 分割成几段，称之 断裂基因（不连续 基因）。
外显子与内含及其相互关系
内含子和外显子 真核生物的结构基因是不连续 的，编码序列被非编码序列打断，在编码序列之
间的序列称为内含子（intron），编码序列称为
NH2
CH2CHCOOH
One Mutant Gene --- One Metabolic Block
Phenylalanine
Hydrolysis of dietary proteins
HO
NH2 CH2CHCOOH
Tyrosine
HO
研究人 类的先天 性代谢疾 病，其中 有一种是 尿黑酸症
非 正 常 代 谢 途 径
CH2COOH
Homogentisic acid
尿黑酸
Homogentisic acid oxidase 尿黑酸氧 O 化酶
OH
Alkaptonuria
CH3CCH2COOH + HOOCHC=CHCOOH
CO2 + H20
镰刀形细胞贫血症。正常HbA四条多肽链（2条链，两条链） Vernon M. Ingram证明链第六位氨基酸HbA是谷氨酸，HbS是 缬氨酸。
3. 顺反子阶段： 1957年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬菌体 为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的精细结
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①转座子本身的复制（非复制型转 座子没有此步）；
②靶序列的断裂及倍生。
基因靶序列的断裂及倍生.
2020/7/24
靶序列
ATGCA TACGT
内切酶在靶序列 两边切出切口
转座子
ATGCA TACGT
转座子
ATGCA TACGT
25
二、转座机制
1.复制型转座 转座子复制转，转座子保留在原位点，另外一个拷贝 插入到新位点。与转座酶和解离酶相关。 共联体生成和解离，靶序列的切割与复制。
①两端有ITR； ②转座后靶位点重复是正向重复； ③编码与转座有关的蛋白质； ④可在基因组中移动。
1.插入序列（IS）:
IS家族的结构： ①两端都有短的正向重复序列（direct repeats,
DR）， ②略长的反向重复序列（inverted repeats，IR）
以及1kb左右的编码区， ③它仅编码和转座有关的转座酶。
对靶的选择有三种形式：随机选择，热点选择 和特异位点的选择。
TS IR Transposase gene IR TS
插入序列（insertion sequence，IS）
转座酶基因 在染色体和质粒（包括F因子）中，都含有 这类较小的转座子，长度为750～1500bp，只带 有与其转座作用相关的基因。
❖ 花斑条纹不稳定，可以发生多次回复突变，但 不知道原因。
❖ 20世纪40年代初，McClintock
开始研究玉米植株和糊粉层色 素产生的遗传基础，她发现， 色素的变化与一系列染色体重 组有关。
❖ 她观察到，染色体的断裂或解 离(dissociation)有一个特定的位 点，命名为Ds。
❖ 但Ds不能自行断裂，受一个激 活因子Ac(activator)所控制。Ac 可以象普通基因一样遗传。但 有时可以离开原来的座位，移 动到同一染色体的另一个位置 上，也可以移动到不同染色体 上。
第一节 转座子 Section I transposon
概述
在原核生物和真核生物基因组中存在 着可以从一个部位转移到另一个部位的一 些序列，这些序列称为转座子。存在病毒、 细菌和真核细胞的质粒或基因组中。
转座子transposon也称跳跃基因jumping gene
一、转座子的分类和结构特征
转座子的共同特点：
2.非复制型转座
将供体DNA转座因子两侧各切断一条单链并与靶序列的两个 游离末端连接，
随后并没有复制过程，而是由转座酶将供体DNA转座因子的 另一端也切断，因此在供体DNA留下一个致死性缺口。
约38bp左右，任一个缺失都会阻止转座。 ➢ 靶位点具有5bp的正向重复序列。 ➢ TnA家族都带有抗性标记
2020/7/24
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4. 转座噬菌体
• 它是一种溶菌和溶源周期性 交替方式生成的噬菌体，可 诱发大肠杆菌突变。如Mu噬 菌体。
• 侵入的Mu可在溶源化过程插 入寄主DNA任意部位，造成 靶点倍生，原噬菌体两侧各 有一个5bp的靶点重复序列
若玉米带有野生型C基因，则胚乳呈紫色； C基因的突变阻断了紫色素的合成，那么胚乳呈白色。 在胚乳发育的过程中，突变发生回复导致斑点的产生。回 复突变发生在早期发育阶段，紫斑就比较大。 McClintock推测原来的C突变（无色素）是由一个“可移 动的控制因子”引起的，称解离因子（dissociator，Ds）， 它可以插入到C基因中（即转座）。 另一个可移动的控制因子是激活因子（activator，Ac）， 它的存在可激活Ds转座，进入C基因或其他基因，也能使 Ds从基因中转出，使突变基因产生“回复突变”，这就 是Ac-Ds系统
第三章
可移动的遗传因子(902-1992
DNA transposable element
一、转座因子的发现和鉴定
❖ Emerson (1914) 在研究玉米果皮色素遗传时， 发现一种特殊的突变类型：花斑果皮，产生宽 窄不同，红白相间的花斑
2.复合转座子（composite tranaposon）
➢复合转座子含有一个中心区域和位于两侧的臂arm ➢除了和自身转座有关的基因外，中心序列含有抗 药性基因等遗传信息。 ➢复合转座子两端的臂由IS序列组成。有的二侧组 件相同（如Tn903），有的不同（如Tn10）。有的方 向相同（如Tn9），有的方向相反（如Tn903，10， 5）。有的皆有功能（如Tn903，10），有的仅右侧 组件有功能。
Bar = 50 nanometers
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真核生物转座子（了解）
• 真核细胞内只要存在转座酶，任何序列片段具 有该酶识别的反向重复末端均可发生转移
• 最早发现的是玉米转座子，称为控制因子 • 通常以非复制方式转座
2020/7/24
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二、转座子的转座机制
所有的转座子的转座机制很相似，可 以归纳为 两步反应：
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G片段
• Mu噬菌体的右末端由3kb组成的G片段（可倒转片段） • 在不同的噬菌体的DNA取向不同。 • G（+）时，基因S和U表达，产物使之能够吸附大肠杆菌
k12 • G(-)时，基因S’和U’表达，产物使之能够吸附大肠杆菌
C
2020/7/24
原噬菌体: prophage,整合 入宿主DNA中的噬菌体
紫色胚乳
无色胚乳 激活Ds转座
Ds可转座到C基因
正常的C基因表达 产生紫色色素
被插入失活的C基因
紫色斑点胚乳
在胚发育时激活Ds，使其从C基因中转座出来
突变的c基因回复 成为正常的C基因
）
突变的c基因
正常的C基因
DNA transposable element
本章内容
一、转座子 1.分类 2.转座机制 3.转座的遗传效应 二、质粒 1.质粒遗传学类型 2. 质粒DNA特性 3. 特殊细菌质粒 三、遗传重组 1.同源重组 2.位点特异性重组 3.等位基因间重组
由耐药基因和两个相同的IS序列组成复合 转座子构型(倒转重复或正向重复)。
倒转重复
IS1
抗生素抗性基因
IS1
正向重复
IS1
IS1
3.Tn A家族
➢ TnA是复制型转座的转座子。 ➢ 长约5kb左右，中部的编码区不仅编码抗性基
因，还编码转座酶和解离酶。 ➢ 两端具有末端反向重复序列，而不是IS，长
②靶序列的断裂及倍生。
基因靶序列的断裂及倍生.
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靶序列
ATGCA TACGT
内切酶在靶序列 两边切出切口
转座子
ATGCA TACGT
转座子
ATGCA TACGT
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二、转座机制
1.复制型转座 转座子复制转，转座子保留在原位点，另外一个拷贝 插入到新位点。与转座酶和解离酶相关。 共联体生成和解离，靶序列的切割与复制。
①两端有ITR； ②转座后靶位点重复是正向重复； ③编码与转座有关的蛋白质； ④可在基因组中移动。
1.插入序列（IS）:
IS家族的结构： ①两端都有短的正向重复序列（direct repeats,
DR）， ②略长的反向重复序列（inverted repeats，IR）
以及1kb左右的编码区， ③它仅编码和转座有关的转座酶。
对靶的选择有三种形式：随机选择，热点选择 和特异位点的选择。
TS IR Transposase gene IR TS
插入序列（insertion sequence，IS）
转座酶基因 在染色体和质粒（包括F因子）中，都含有 这类较小的转座子，长度为750～1500bp，只带 有与其转座作用相关的基因。
❖ 花斑条纹不稳定，可以发生多次回复突变，但 不知道原因。
❖ 20世纪40年代初，McClintock
开始研究玉米植株和糊粉层色 素产生的遗传基础，她发现， 色素的变化与一系列染色体重 组有关。
❖ 她观察到，染色体的断裂或解 离(dissociation)有一个特定的位 点，命名为Ds。
❖ 但Ds不能自行断裂，受一个激 活因子Ac(activator)所控制。Ac 可以象普通基因一样遗传。但 有时可以离开原来的座位，移 动到同一染色体的另一个位置 上，也可以移动到不同染色体 上。
第一节 转座子 Section I transposon
概述
在原核生物和真核生物基因组中存在 着可以从一个部位转移到另一个部位的一 些序列，这些序列称为转座子。存在病毒、 细菌和真核细胞的质粒或基因组中。
转座子transposon也称跳跃基因jumping gene
一、转座子的分类和结构特征
转座子的共同特点：
2.非复制型转座
将供体DNA转座因子两侧各切断一条单链并与靶序列的两个 游离末端连接，
随后并没有复制过程，而是由转座酶将供体DNA转座因子的 另一端也切断，因此在供体DNA留下一个致死性缺口。
约38bp左右，任一个缺失都会阻止转座。 ➢ 靶位点具有5bp的正向重复序列。 ➢ TnA家族都带有抗性标记
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4. 转座噬菌体
• 它是一种溶菌和溶源周期性 交替方式生成的噬菌体，可 诱发大肠杆菌突变。如Mu噬 菌体。
• 侵入的Mu可在溶源化过程插 入寄主DNA任意部位，造成 靶点倍生，原噬菌体两侧各 有一个5bp的靶点重复序列
若玉米带有野生型C基因，则胚乳呈紫色； C基因的突变阻断了紫色素的合成，那么胚乳呈白色。 在胚乳发育的过程中，突变发生回复导致斑点的产生。回 复突变发生在早期发育阶段，紫斑就比较大。 McClintock推测原来的C突变（无色素）是由一个“可移 动的控制因子”引起的，称解离因子（dissociator，Ds）， 它可以插入到C基因中（即转座）。 另一个可移动的控制因子是激活因子（activator，Ac）， 它的存在可激活Ds转座，进入C基因或其他基因，也能使 Ds从基因中转出，使突变基因产生“回复突变”，这就 是Ac-Ds系统
第三章
可移动的遗传因子(902-1992
DNA transposable element
一、转座因子的发现和鉴定
❖ Emerson (1914) 在研究玉米果皮色素遗传时， 发现一种特殊的突变类型：花斑果皮，产生宽 窄不同，红白相间的花斑
2.复合转座子（composite tranaposon）
➢复合转座子含有一个中心区域和位于两侧的臂arm ➢除了和自身转座有关的基因外，中心序列含有抗 药性基因等遗传信息。 ➢复合转座子两端的臂由IS序列组成。有的二侧组 件相同（如Tn903），有的不同（如Tn10）。有的方 向相同（如Tn9），有的方向相反（如Tn903，10， 5）。有的皆有功能（如Tn903，10），有的仅右侧 组件有功能。
Bar = 50 nanometers
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真核生物转座子（了解）
• 真核细胞内只要存在转座酶，任何序列片段具 有该酶识别的反向重复末端均可发生转移
• 最早发现的是玉米转座子，称为控制因子 • 通常以非复制方式转座
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二、转座子的转座机制
所有的转座子的转座机制很相似，可 以归纳为 两步反应：
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G片段
• Mu噬菌体的右末端由3kb组成的G片段（可倒转片段） • 在不同的噬菌体的DNA取向不同。 • G（+）时，基因S和U表达，产物使之能够吸附大肠杆菌
k12 • G(-)时，基因S’和U’表达，产物使之能够吸附大肠杆菌
C
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原噬菌体: prophage,整合 入宿主DNA中的噬菌体
紫色胚乳
无色胚乳 激活Ds转座
Ds可转座到C基因
正常的C基因表达 产生紫色色素
被插入失活的C基因
紫色斑点胚乳
在胚发育时激活Ds，使其从C基因中转座出来
突变的c基因回复 成为正常的C基因
）
突变的c基因
正常的C基因
DNA transposable element
本章内容
一、转座子 1.分类 2.转座机制 3.转座的遗传效应 二、质粒 1.质粒遗传学类型 2. 质粒DNA特性 3. 特殊细菌质粒 三、遗传重组 1.同源重组 2.位点特异性重组 3.等位基因间重组
由耐药基因和两个相同的IS序列组成复合 转座子构型(倒转重复或正向重复)。
倒转重复
IS1
抗生素抗性基因
IS1
正向重复
IS1
IS1
3.Tn A家族
➢ TnA是复制型转座的转座子。 ➢ 长约5kb左右，中部的编码区不仅编码抗性基
因，还编码转座酶和解离酶。 ➢ 两端具有末端反向重复序列，而不是IS，长