转座因子的遗传分析
转座因子的遗传分析
11转座因子的遗传分析 20世纪40至50年代B畅McClintock通过对玉米花斑糊粉层和植株色素形成的遗传研究，发现色素的变化与一系列染色体断裂重组有关，并首次报道了在基因组的不同区域内存在可移动的遗传因子（mobile genetic element）。
可是由于当时人们受基因固定排列于染色体的传统观念的束缚，加之分析手段的限制，因此这一划时代的发现在当时几乎不能被科学界所接受。
直到20世纪70年代，在大肠杆菌半乳糖操纵子的突变型研究中第一次在细菌中发现了可转移座位的插入序列（insertion sequence，IS），之后才被重视，此后近30年来在许多生物中也发现各种类型的可移动的遗传因子，并在分子水平上得到证实。
转座因子不像某类噬菌体或质粒那样，既可插入基因组，又可采取独立形式而存在。
转座因子是从基因组中一个位置直接移动到另一个位置，而且它不依赖于供体位点与受体位点之间的任何关系。
转座是基因组突变与进化的主要来源之一，也是表观遗传的信号与调节因子。
因此，可转座遗传因子的发现是遗传学发展史上重要的里程碑之一，McClintock因而获得1983年诺贝尔奖。
本章仅就这30余年研究成果与进展讨论转座因子（transposable element）———一类可改变位置的遗传因子的总称，其分类与结构特征，原核生物的转座因子与真核生物的转座因子，转座作用的机制和遗传学效应。
251 11畅1 转座因子的发现与分类11畅1畅1 转座因子的发现 早在20世纪初，Em erson 于1914年在研究玉米果皮色素遗传的过程中，发现一种花斑果皮的突变类型。
这种突变可发生多次回复突变，从而产生宽窄不同、红白相间的花斑。
在金鱼草植株叶片以至花瓣上都可见花斑表型。
他意识到这种花斑产生在于突变基因的不稳定性，但如何不稳定不得其解。
到1938年Rhoades 在研究玉米籽粒糊粉层色素遗传时，发现有色籽粒纯种自花授粉的后代中，表现出一种意外的修饰的孟德尔分离比：有色··斑点··白色＝12··3··1，显然这两个基因是不连锁的。
原核生物转座子的转座机制
原核生物转座子的转座机制1.引言1.1 概述原核生物转座子是一类具有转座能力的DNA序列，可以在基因组中移动位置并插入到新的位置。
转座是一种重要的基因组重组机制，能够在生物进化过程中产生遗传多样性。
在原核生物中，转座事件常常发生，对于细菌和古菌的基因组结构和功能起着重要的影响。
原核生物转座子具有多样的分类，包括细菌转座子和古菌转座子等。
细菌转座子一般以IS元件和转座酶为特征，可以分为复制转座子和保守转座子。
复制转座子通过复制转座机制进行移动，而保守转座子则是通过切割转座机制进行位置的重排。
古菌转座子的分类方式较为复杂，包括Tn元素、羧甲基转移酶和嵌合子等。
原核生物转座子的转座机制基本原理是通过转座酶的介导，将转座子从原有位置切割并插入到新的位置。
转座酶是一种特殊的酶类，能够识别和切割转座子两端的特定序列，并在目标位置引起切割和粘合的重组反应。
转座子的转座机制具有高度的特异性和选择性，可以确保转座子的准确插入和稳定遗传。
原核生物转座子的重要性不容小觑。
它们在细菌和古菌的基因组重组和进化中发挥着重要的作用，能够帮助适应环境变化，增加基因组多样性。
此外，原核生物转座子还参与了一些重要的生物学过程，如抗生素抗性的传播和基因调控的调整等。
未来的研究方向包括对转座子的结构和功能的深入研究，以及对其在细菌和古菌进化中的作用机制的进一步探究。
此外，对于转座子的调控机制、应用价值等方面也需要开展更多的研究。
通过对原核生物转座子的深入了解，有望揭示更多有关基因组的演化和多样性形成的奥秘。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以从以下几个方面展开：1.2 文章结构本文旨在探讨原核生物转座子的转座机制。
为了达到这个目的，文章将分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。
引言部分将用来引出本文的研究背景和意义。
首先，我们将概述原核生物转座子的概念和分类，帮助读者了解转座子的基本知识。
然后，我们会详细介绍转座机制的基本原理，包括转座子的结构和作用方式等。
某理工大学《遗传学》考试试卷(634)
某理工大学《遗传学》课程试卷（含答案）__________学年第___学期考试类型：（闭卷）考试考试时间：90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、判断题（55分，每题5分）1. 在F＋×F－杂交中，供体细菌只能把它们的染色体的特定片段转移给受体。
（）答案：错误解析：2. 所有的基因都是顺反子。
（）[中山大学2019研]答案：正确解析：顺反子，也做作用子，是基因的一个旧名称。
3. 染色体缺失杂合体减数分裂时形成的缺失圈是由缺失染色体形成的。
（）[湖南农业大学2018研]答案：错误解析：染色体缺失杂合体与同源染色体配对时，标准染色体缺少对应的同源部分，结果形成凸露的缺失圈。
4. 有些基因本身不能独立地表现任何可见的表型效应，但可以完全抑制其他非等位基因的表型效应，这种基因为下位基因。
（）[中山大学2019研]答案：错误解析：不能独立地表现任何可见的表型效应的基因但可以完全抑制其他非等位基因的表型效应，这种基因为上位基因。
5. 表型与性别有关的性状，其基因不一定都位于性染色体上。
（）答案：正确解析：表型与性别有关的性状，其基因也可能位于常染色体上。
6. 副突变是指一个等位基因可以使其同源基因的转录发生沉默。
（）[中山大学2019研]答案：正确解析：副突变是指一个等位基因可以使其同源基因的转录发生沉默。
也就是具有同一位点的两个等位基因之间的相互作用，它导致其中一个等位基因发生一个可遗传的变化。
7. 致死基因的作用发生在胚胎期或成体阶段的称为合子致死。
（）答案：正确解析：合子致死是指致死基因在胚胎期或成体阶段发挥作用导致胚胎死亡的现象。
8. 由核基因决定的雄性不育系，没有相应的保持系。
（）答案：正确解析：核雄性不育是受细胞核不育基因控制的，与细胞质没关系。
所以核不育的恢复系很多但没有保持系，不能三系配套。
9. 孟德尔选取豌豆作为他的实验材料，因为它是一种性状的一年生植物。
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
遗传学：转座因子的遗传分析
P因子基因在体细胞和生殖细胞mRNA加工剪切存在差异，产生 不同的蛋白（转座阻遏蛋白和转座酶）
M雌× P雄杂交F1出现杂交劣育的机制：
M品系雌性细胞质内缺失转座阻遏蛋白，P品系雄性细胞核存
在P因子，F1代生殖细胞P因子自由转座，F1劣育
是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分，不含宿主基 因，但都含有编码转座酶的基因。
一个细菌常有多个IS,都可以自主转座，因为自身带有转 座酶
已 知 IS 有 10 余
种 ， 长 7685700 之 间 ， 两 端有反向重复 序列
图11-7
2.2 转座子（transposon Tn) 较大，一般2000-25000bp 除含转座有关基因外，还带抗药基因和其它基因 复合转座子：两端带有IS 简单转座子：两端没有IS而有简单重复序列IR
被切离而缺失，DR只留下一个 如重组发生在IR之间，结果IR之间的DNA发生倒
位
图11-31
5.2 诱发基因突变与启动外显子混编
转座子插入某个基因往往导致基因失活：
转座子插入所在基因转录方向相同，转录终止在转座子的 多聚A信号位点，形成半截mRNA 有时也能正常表达—渗漏突变 转座子插入与所在基因的方向相反，前体RNA中的转座子 序列在转录后加工切除，编码正常
有的后代完全是有颜色
麦克林托克的伟大发现
1940-1950，McClintock研究玉米胚乳紫色、白色 以及白色背景上带紫色的遗传
1951， McClintock提出了生物基因组中存在转座 因子学说（就是Ac-Ds系统 ）（下图）
这些转座因子可沿染色体移动，也可以不同染色 体跳跃
这是遗传学发展史中划时代的重大发现
11第十一章 转座因子的遗传分析iverson
(一)插入序列IS;
一、原核生物转座子
(二)转座子;
(三)转座噬菌体
(一)酵母菌转座子;
二、真核生物转座子
(二)果蝇中的P因子; (三)玉米转座子
三、转座机制及遗传学效应 (一)转座机制;
(二)转座遗传学效应
一、原核生物中的转座子
• 类型 按分子结构及遗传性质分类：
•
插入序列(inserted sequence, IS)：序列较小，含有转座酶等相关
如下图：
转座机制
(二)转座的遗传学效应
1、引起插入突变(引起基因失活)或切离引起回复突变等。从而对基因表达进行调节。 2、给靶位点带来新的基因，如转座子上的抗药性基因等 3、引起序列重复：如转座子复制重复，靶位点同向重复序列。 4、引起染色体结构变异：如处在不同位点(甚至不同染色体上)的同源转座子间可相
的反向重复序列类似)。
每个单倍体酵母基因组有30-35个 TY，及至少100个单一的δ因子 酵母Ty1转座子的结构（ a） 与Solo δ的形成（ b）
(solo δ elements)。
Ty1因子转座
Ty1因子转座是通过一种RNA
中间产物进行的。
首先以其DNA 为模板合成一 个拷贝的RNA；
然后再通过反转录合成一条
被Ac因子激活。尤其是两端重复序列与Ac同源。
• Ac也是一个转座子，由4563 bp组 成(其中间区编码转座酶)，两端有 11 bp的反向重复序列，可转座到 基因组的任何位臵，其靶位点有两 个8 bp的同向重复序列。其中间编 码区不同程度缺失，形成不同的 Ds。 • 当Ac开始转座活动时，Ds被激活 也进行转座，移动到新位点，使靶 位点附近基因失活或改变表达活性。
在体细胞中，内含子1、2被剪 接掉，所形成的mRNA翻译成一个转 座阻遏蛋白，抑制P因子转座。 在生殖细胞中，内含子1、2、3 都被剪接掉，所形成的mRNA翻译成 转座酶，导致P因子转座，插入W位点 引起配子劣育。
微生物的遗传变异与育种答案解析
第七章习题答案一.名词解释1.转座因子：具有转座作用的一段DNA序列.2.普遍转导：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌的现象称为普遍转导。
3.准性生殖：是一种类似于有性生殖,但比它更为原始的两性生殖方式,这是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的融合,它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子.4.艾姆氏试验：是一种利用细菌营养缺陷型的回复突变来检测环境或食品中是否存在化学致癌剂的简便有效方法5.局限转导：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体的少数特定基因携带到受体菌中,并与后者的基因整合,重合,形成转导子的现象.6.移码突变：诱变剂使DNA序列中的一个或几个核苷酸发生增添或缺失,从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变.7.感受态：受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态.8. 高频重组菌株：该细胞的F质粒已从游离态转变为整合态,当与F- 菌株相接合时,发生基因重组的频率非常高.9.基因工程：通过人工方法将目的基因与载体DNA分子连接起来，然后导入受体细胞，从而使受体细胞获得新的遗传性状的一种育种措施称基因工程。
10.限制性内切酶：是一类能够识别双链DNA分子的特定序列，并能在识别位点内部或附近进行切割的内切酶。
11.基因治疗：是指向靶细胞中引入具有正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗的目的。
12.克隆：作为名词，也称为克隆子，它是指带有相同DNA序列的一个群体可以是质粒，也可以是基因组相同的细菌细胞群体。
作为动词，克隆是指利用DNA体外重组技术，将一个特定的基因或DNA序列插入一个载体DNA分子上，进行扩增。
二. 填空1.微生物修复因UV而受损DNA的作用有光复活作用和切除修复.2.基因组是指一种生物的全套基因。
3.基因工程中取得目的基因的途径有 _____3_____条。
4.基因突变可分为点突变和染色体突变两种类型。
转座因子遗传分析.pptx
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第二节、原核生物中的转座因子
(一) 插入序列(IS) (二) 类插入序列（IS-like elements） (三) 复合转座子。 (四) TnA家族
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• 1．插入序列（insertion sequences，IS）
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• Ac-Ds系统中二者的关系 Ac的作用是自主的，而Ds行为却依赖于Ac，
Ds和Ac在很大程度上表现出核苷酸序列的同源， 特别是两端的序列是相同的。
Ac 具有转座因子的全序列，即具有自主转 座的功能，Ds存在不同程度的缺失中间序列，丧失 了自主转座的功能。
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原核细胞中转座因子的发现
• 一类较大的可移动成分。除有关转座的基因外， 至少带有一个与转座作用无关并决定宿主菌遗传 性状的基因。
• 转座子中的转位酶常称为转座酶，其功能是介导 转座子插入到DNA的其它部位。
• 复合型Tn：由一个基因序列及两侧臂组成。两侧臂为IS 序列。
• TnA族T n:两端是正向或反向重复序列，中间有与Tn功 能相关的基因（编码转座酶）及抗生素抗性基因。总是作
原核生物中的转座因子的发现和检出：
1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因
子
（transposable element）。他在半乳糖操 纵子(gal K,T,E ）中发现了一种极性突变。 它有以下的特点：
(1) 能回复突变；
(2) 用诱变剂对其处理并不能提高回复突变 率;
他 们 想 到 galE- 的 突 变 可 能 也 是 部 分
IS是一种最简单的转座因子，共同的结构特征： 两端的核苷酸顺序是完全相同或相近反向重复序 列，中间是转座酶基因。
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第一次发现了细菌中的可转移的插入序列
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
DNA转座现象的一般遗传特点：
a) 不依赖 供体位点(Donor site)与 靶位点(Target site)间序 列的同源性(非同源重组过程 ，不依赖 recA 酶) ； b) 转座插入的靶位点并非完全随机； Hotspots (热点) Regional preference ( 在3kb区域内的随机插入)
小段大肠杆菌的片断；
含有IS序列，可随机插入到宿主染色体的任何位置上； 无粘性末端； 转座频率高； IS IS E.Coli DNA
E.Coli DNA
2. Mu插入寄主细胞方式的特点；
是一种温和型的噬菌体，但对寄主的插入位点是非专一性的
3. Mu phage 的基因表达: sv’ u’
●
P
sv u
第一种模式
第二种模式
两种类型的转座机制对比
复制型转座
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
非复制型转座
染色体缺失
染色体倒位
四、转座的遗传学效应 1、转座引起插入突变; 2、转座产生新的基因; 3、转座产生的染色体畸变; 4、调节基因活动的开关； 5、增加同源重组的机率；
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
(3) 保守型转座（conservative tranposition）
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
(一)、复制型转座机制
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
供体
Tn
靶位点
受体
交错切割
共联体
同源重组
共联体
共联体拆分 供体 受体
Tn
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
DR Tn DR
(二)、非复制型转座机制
DNA序列比较结果：
HML α
w
X
Y α747
Z1
Z2
沉默盒子基因不表达
MAT α
w
X α2 mRNA
Y α747 α1 mRNA
Z1
Z2
活性盒子基因表达
MAT a
w
X
Ya642
Z1
Z2
活性盒子基因表达
a1 mRNA
HMR a
X
Ya642
Z1
沉默盒子基因不表达
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
Mating type interconversion分子机制：
α α因子
α
a
HO
a 因子 α
a
a 因子
a
α因子
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
4. 接合型的转变与MAT基因座两侧的HMLα和HMR a 座位有关； 根据上述线索由大岛研究组和Herskovitz提出了
盒子模型（cassette model）
活跃盒
HMLα MAT a /α HMR a
沉默盒
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
(一)、 插入序列(inserted sequence, IS)
IS 结构模式图
转座酶基因
IR (inverted repeat sequence) 18-41 bp
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
含有IS的质粒经变性后形成颈环结构
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
哈工大-遗传学
Tn9
Tn10
2500
9300
CamR
Tet R
IS 1
IS 10R IS 10L
正向
推测相同
预计有功能
有功能
反向
有 2.5%的差异
无功能 有功能
Tn5
5700
KanR
IS 50R IS 50L 反向 1 bp 的改变
无功能
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(三)、转座噬菌体(mutator phage，Mu) 1. 特点： 一种DNA噬菌体，长约37kb的线状DNA，末端含有一
倒位酶
sv u
●
P
哈工大-遗传学
sv’ u’
第八章 遗传重组
三、真核生物转座因子的类型
(一)、酵母的转座子 例如：Ty 系列 (transposon yeast, Ty) δ序列
5900 bp 340 bp
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
340 bp
啤酒酵母接合型的转变也是一种转座
α接合型
单倍体酵母 a 接合型
哈工大-遗传学
U.V / 诱变剂可提高频率 不能产生回复突变 Rec.A, B, D χ(chi) site, DNA链的断裂与错接的过程
第八章 遗传重组
二、原核生物转座因子的类型
1). 插入序列(inserted sequence，IS)
2). 转座子（transposon，Tn）
3). 转座噬菌体(mutator phage，Mu)
第八章 遗传重组
IS的结构和特性
DR(bp) 靶重复序列 IS1 IS2 IS4 IS5 IS10R IS50R IS903 9 5 11～13 4 9 9 9 23 41 18 16 22 9 18 IR(bp) 中心区域 靶的选择 (bp) 768 1327 1428 1195 1329 1531 1057 随机 热点 AAN20TTT 热点 NGCTNAGCN 热点 随机 5～8 5( 在 F 因子上为 1) 1或2 ？ 拷贝数
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
(二)、转座子(transposon, Tn)
特点：
较大的转座因子(2-2.5kb)；
除了含有与转座有关的转座酶基因外，还带有抗药基
因或其它的功能基因
两端有 IR 序列，某些 IR 本身便是IS，带有IS的Tn也
称复合转座子(composite transposon)，不带有IS的Tn
①回复突变率高：表明不可能属于缺失或移码突变； ②用诱变剂对其处理并不能提高回复突变率：可能不是点突变。
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
表明λdgal– 片段有所增长
Jordon、Starlinger和Shapiro的密度梯度离心实验
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
突变型与野生型DNA分子杂交出现茎环结构
称简单转座子(simple transposon)；
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
IS 组件相同，方向相反 >>>>> ISL IS 组件 中的 IR camR >>>>> ISR IS 组件 中的 IR
图 23-31 复合转座子结构的(Tn9)
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
复合转座子的结构和功能 转座 因子 Tn90 长度 (bp) 3100 遗传 标记 Kan R IS903 反向 相同 二者皆有功能 末端组件 方向 二组件的关系 组件的功能
程涉及到DNA 的复制，是一种类型的DNA 重组；
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
α
a
α
MAT α
MAT α HMR a
HMR a
MAT a HMR a
(二) 果蝇的转座因子
果 蝇 的 杂 种 劣 育
♂P ╳ ♀M
形成原因：
P因子转座
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
(三)、玉米的转座子
McClintock 1932年开始研究玉米籽粒色斑不稳定遗传，
1. 控制接合型基因表达DNA由一个活跃盒和两个沉默盒组成； 2. 沉默盒与活跃盒的启动子区域相同，但在沉默盒上游存在沉默子 （silensers），阻遏蛋白SIR与沉默子结合抑制沉默盒基因表达； 3. 接合型互换时，HO基因表达的HO内切核酸酶在活跃盒MAT的Y
区右侧切割DNA产生双链缺口；
4. DNA双链断裂启动MAT 序列的基因转换过程，这种基因转换过
1951年提出可转移的染色体因子(抑制因子)
玉米糊粉层颜色控制因子：Ds-Ac 系统 Cis inhibitor
A C I(Ds) R Pr
Ac
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
四、转座的机制
(1) 复制型转座（replicative transposition） (2) 非复制型转座（nonreplicative transposition）
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
1. 不同接合型可以相互接合，相同接合性不接合；
α
α
α
a
a
a
a 因子
α因子
2. 单倍体酵母接合型决定：由第三染色体上的MAT基因座决定 α接合型：由 MATα决定 a 接合型：由 MAT a 决定
哈工大-遗传学 第八章 遗传重组
3. 酵母的接合型可以发生互换：
互换依赖于另一条染色体上的基因HO
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
DNA的双螺旋结构中双链严格 互补的关系阐明了基因的遗传 稳定性 -1953
玉米糊粉层色斑不稳 定遗传是由可转座因子 Ac-Ds引起(1947-1950)
哈工大-遗传学
第八章 遗传重组
基因转座现象的再次发现与证实:
1967年，Starlinger在大肠杆菌半乳糖操纵子突变型研究中， 发现一种半乳糖的突变体，称为gal-；
上一课重点内容回顾
染色体数目变异：
• 整倍 • 非整倍
突变的分类：
自发突变：
• DNA复制错误
• 自发的化学损伤
诱发突变：
• 物理诱变 • 化学诱变
第十二章 转座因子的遗传分析