11第11章转座子和逆转座子
分子生物学 转座子 相关

第十五章转座子基因组是通过获得新序列以及原有序列重排发展而来的。
新序列的意外引入改变基因组间承载信息的能力。
染色体外元件(Extrachromosomal element)通过调节基因的长度(通常是很短的)来转移信息。
在细菌中,质粒是通过接合作用(见12章),而噬菌体则是通过感染来转移信息(见第11章)。
噬菌体和质粒都会在其复制子(Replicon)中偶尔携带一些宿主基因。
有些细菌中有通过转化作用直接转移DNA的现象。
真核生物中,一些病毒(尤其是逆转录病毒)能够在感染周期内转移遗传物质。
重排(Rearrangement)是由基因组内部程序发起的,例如非互惠(Nonreciprocal)重组是由同源重组时错配导致的。
非互惠重组导致座位的复制或重排(见第4章)。
基因组的序列复制是产生新序列的主要来源。
复制可能继承原来的功能或可能产生新功能,而且,在分子水平上发现独立基因组间差异明显,是由于重组导致了这些多态性(Polymorphism)。
在第4章已经讨论过,微卫星间重组可调整其长度以便使每个基因组都是独特的。
多态性的另一个主要原因是由转移元件转座(Transposon)产生的:它们是基因组中可移动的不连续序列,可在基因组内从一个座位转到另一个座位。
转座子特征是它们并不利用独立元件(如噬菌体或质粒DNA),而只是从基因组的一个位点直接移动到另一个位点,与大多数基因组重构的其它程序不同,转座子不依赖序列供体和接体位点间的任何联系。
转座子非常严格地自我转座到同一基因组的新位点,有时增加一些序列,因此它们可作为基因组间序列转移的内部载体,是基因组内突变的主要来源。
转座子可分两种类型。
本章讨论的转座子与编码蛋白质的DNA序列共存并操纵这些DNA以便使其在基因组内复制自我。
下章讨论的转座子与逆转录病毒相似。
它们通过将RNA转录成DNA拷贝的能力而迁移;DNA拷贝同时被整合进基因组的新位点。
通过DNA移动的转座子在真核和原核生物中都已发现。
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。
9
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) 。
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
《现代分子生物学》第三版 (朱玉贤 李毅 主编)课后习题答案 高等教育出版社

现代分子生物学课后习题及答案(共10章)第一章绪论1. 你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的?2. 分子生物学研究内容有哪些方面?3. 分子生物学发展前景如何?4. 人类基因组计划完成的社会意义和科学意义是什么?答案:1. 分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科,它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象,是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。
狭义:偏重于核酸的分子生物学,主要研究基因或 DNA 的复制、转录、达和调节控制等过程,其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会,也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。
所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明,从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。
这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。
这些生物大分子均具有较大的分子量,由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息,并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统,由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。
阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学的主要任务。
2. 分子生物学主要包含以下三部分研究内容:A.核酸的分子生物学,核酸的分子生物学研究核酸的结构及其功能。
由于核酸的主要作用是携带和传递遗传信息,因此分子遗传学(moleculargenetics)是其主要组成部分。
由于 50 年代以来的迅速发展,该领域已形成了比较完整的理论体系和研究技术,是目前分子生物学内容最丰富的一个领域。
研究内容包括核酸/基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译,核酸存储的信息修复与突变,基因达调控和基因工程技术的发展和应用等。
第11章转座子和逆转座子ppt课件

插入序列的中间序列常具有编码转座酶的功能。
Ø IS elements code for the transposase.
插入序列转座后常导致靶位点的重复。
Ø When an IS element transposes, a sequence of host DNA at the site of insertion is duplicated.
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玉米中转座因子效应
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细菌耐药性
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2. 复合转座子
Composite Transposons Composite transposons contain a variety of genes that reside between two nearly identical IS elements . Composite transposon is designated by Tn, followed by a number.
转座子类型

复合转座子
由两个重复序列夹着一个或多个结构
基因如某些抗药性基因和其它基因组成,
其两端的组件由IS和类IS组成。
转座因子 Tn903 Tn9 Tn10
长度(bp) 3100 2500 9300
遗传标记 KanR CamR TetR
末端组件 IS903 IS 1 IS 10R
方向 反向 正向
复合转座子的转座特点
• 可以作为一个整体进行转座; • 含有的一个或两个IS元件也可进行单独转座。
类插入序列
指IS10R,IR50R和IS903,它们的结 构和IS相似,但不独立存在。而是作为复 合转座子(compositetransposons)两臂的 组件。
TnA家族
长约5kb左右,两端具有IR,而不是 IS,中部的编码区不仅编码抗性标记, 还编码转座酶和解离酶的DNA序列。
4、转座子的转座机制
所有转座子的共同机制: 在靶DNA上造成交错切口,转座子与突出的末端
相连,填补缺口。 据转座子的移动机制,可分为: ◆复制型转座(replicative transposition) ◆非复制型转座(nonreplicative transposition) ◆保守型转座(conservative transposition)
BACK
3、转座子的类型
3.1 简单转座子(插入序列)Simple transposon ( insertion sequence)
结构特征和转座特点
3.2 复合转座子 (Composite transposon)
结构特征和转座特点
3.3 类插入序列 (IS-like elements) 3.4 TnA家族
BACK
转座因子和转座

逆转录酶 RNA
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
gp41 gp120
包膜
基质蛋白
衣壳蛋白
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
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
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
Enzymes involved
RNA polymerase
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
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
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
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
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
David Baltimore
• 1970 • Reverse
transcription and Reverse transcriptase
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
正链病毒 (Plus strand virus)
转座因子遗传分析.pptx

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第11页/共59页
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
第12页/共59页
• 1.插入序列(insertion sequences,IS)
第8页/共59页
• 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。
第9页/共59页
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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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
22
共整合体
23
第二节 真核生物的转座因子
Transposable Elements in Eukaryotes
DNA 转座子 (cut and paste transposons)
43
病毒与真核生物基因组中逆转座子结构比较
鼠白血病毒
44
酵母TY系列(Yeast Ty elements)
About 35 Ty1 copies in the yeast genome.
δ sequences : 330 bp, about 100 copies. solo δ element.
An IS element ends in short inverted terminal repeats ; usually the two copies of the repeat are closely related rather than identical. IS elements code for the transposase. When an IS element transposes, a sequence of host DNA at the site of insertion is duplicated.
30
31
反向重 复序列
体细胞
终止密码子 阻遏蛋白
生殖细胞
转座酶 32
66KD的转 座阻遏蛋白是 造成现象差异 的主要原因。 (The 66KD repressor protein is provided as a maternal factor in the egg)
33
P-elementmediated gene transfer in
2
转座因子的发现
Discovery of Transposable Elements
McClintock’s experiments in maize: the Ds element
1940-1950
3
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
35
36
37 ※ ※The life cycle of a retrovirus
病毒侧翼序列
The typical genome of a retrovirus contains gag, pol, and env genes
菱形衣 壳蛋白
外壳蛋白 逆转录酶
逆转录病毒 38 基因表达
逆转录病毒可随机整合到宿主细胞。
转座子 ( transposon,Tn)
基因组中可以从一个 基因座转移到另一个 基因座,具有移动能 力的一段DNA片段。
A DNA sequence capable of moving ( transposing) from one location to another in a genome.
39
启动子 增强子
40
逆转座子(Retroposon)
逆转录转座子指通过RNA为中介,反转录成 DNA后进行转座的转座因子。逆转座作用出现在 真核生物。 (Transposable elements that utilize reverse transcriptase to transpose through an RNA intermediate are termed retrotransposons. ) 退化的逆病毒
第11章 转座子和逆转座子
Transposons and retrotansposons
The sun1642 tomato variety produces an elongated fruit,which is produced by a duplication that arose as a result of the presence of the transposable element Rider.
A schematic map of a plasmid carrying simple and composite transposon-resistance genes.
20
• 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.
Drosophila
34
3. 反转录病毒与反转座子 Retroviruses and Retroposons
反转录病毒:单链的RNA病毒,依靠
独立的双链DNA中间体结构进行感染。 Retroviruses are single-stranded RNA animal viruses that employ a double-stranded DNA intermediate for replication.
Ac and Ds elements in maize
P elements in Drosophila
反转座子 (Retrotransposons)
24
1.玉米的Ac-Ds 转座系统 (The Ac-Ds system in maize)
Barbara McClintock (1902-1992) 1940s ~ 1950s 1983 Nobel Prize
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ15
Formation of a conjugative R plasmid by recombination between IS elements
(Resistance transfer factore,RTF)
细菌耐药性
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2. 复合转座子
Composite Transposons Composite transposons contain a variety of genes that reside between two nearly identical IS elements . Composite transposon is designated by Tn, followed by a number.
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 sequences not directly related to transposition.
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玉米中转座因子效应
?
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其它植物中的转座因子
Transposable element in other plants
直链
SBE
支链 peas snapdragons
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2. 果蝇的P因子
P element transposons in Drosophilia 杂交劣育(Hybrid dysgenesis): a condition causing sterility, elevated mutation rate, and a chromosome rearrangement in the offspring of crosses between certain strains of fruit flies.
• 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
8
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。
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插入序列的结构 The structure of IS element
10
正向重复序列
反向重复序列
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12
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。
四环素
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氯霉素
卡拉霉素 四环素 18
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).
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插入序列的中间序列常具有编码转座酶的功能。
插入序列转座后常导致靶位点的重复。
Duplication of a short sequence of DNA at the insertion site
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The IS elements are normal constituents of bacterial chromosomes and plasmids.