遗传重组
遗传重组的名词解释
遗传重组的名词解释遗传重组是一种生物技术，旨在将不同生物体的基因片段进行重新组合，以创造出具有特定特征或性状的新生物体。
这一技术通过改变生物体的基因组，可以为农业、医学和工业领域带来许多潜在的好处。
然而，遗传重组也引发了一系列伦理和风险问题，需要慎重对待。
首先，遗传重组的概念来源于对自然界的观察。
科学家们发现，不同物种之间存在着类似的基因序列，这使得基因的互相转移成为可能。
通过使用一种称为重组DNA技术的方法，科学家可以从一个物种中提取出目标基因，并将其插入另一个物种的基因组中。
这样，就可以引入一种新的遗传信息，使得生物体具备特定的性状或特征。
在农业领域，遗传重组被广泛应用于作物品种改良。
例如，通过将转基因技术应用于植物，科学家们可以使作物具备抗虫、抗病或耐旱的特性。
这样一来，农作物的产量可以大幅提高，同时减少了对农药和化肥的需要。
此外，遗传重组还可以改良食品的营养价值，例如使稻谷富含维生素A的黄金水稻项目，就成为解决全球维生素A缺乏问题的重要途径。
在医学领域，遗传重组被用于生产重要的药物和疫苗。
通过利用重组DNA技术，科学家能够大量生产人类蛋白质，在治疗疾病方面发挥重要作用。
例如，重组人胰岛素成功地提供了糖尿病患者所需的胰岛素替代品。
此外，重组疫苗的研发和生产，也为控制传染病提供了更加高效和可靠的手段。
然而，尽管遗传重组在许多方面带来了巨大的潜力，但它也伴随着一些风险和伦理问题。
其中之一是对生态系统的潜在影响。
转基因作物的广泛种植可能会导致与野生植物杂交，从而对生境造成变化，甚至影响生物多样性。
此外，导入的基因片段可能意外影响到其他性状，导致意想不到的结果。
另一个伦理问题是食品安全和消费者偏好的考虑。
转基因食品引起了广泛的争议，许多人担心其潜在的健康风险。
此外，一些消费者不愿接受将基因片段从一个物种引入另一个物种的实践，因为他们认为这种做法涉及人为干预自然进程。
因此，透明度、明确而充分的标记和全面的风险评估成为应对这一问题的关键。
遗传重组
2、几个概念：
重组核心：两个DNA分子的连接 连接分子/接合分子： 重组接点/重组结合点： 杂种DNA/异源双链DNA： 分支迁移：重组接点沿双链移动 交互重组：一条亲本双螺旋分子和另外 一条亲本 双螺旋分子共价连接，中间有一端异源双链区，这种 重组称为交互重组。
二、同源重组的Holliday模型
三、转座噬菌体：Mu噬菌体
与其他温和性噬菌体的差别：其基因组不论在进入裂 解周期或处于溶源状态都可随机整合到宿主染色体的 任何位置，且游离的和已整合的基因次序是相同的.
第六节 异常重组——真核生物中的转座子
• 一、酵母菌的转座子：
Ty系列，长度约6300bp，两端含有两个δ 正向重复 序列，其插入酵母菌染色体后，受体出现5bp的正向重 复序列。
第一节 遗传重组的类型
一、同源重组/普遍性重组
1.同源重组：依赖大范围的DNA同源序列的联会， 重组过程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。 例：同源染色体非姐妹单体交换；细菌的转化、转导、 结合；噬菌体的重组…
需要重组的蛋白质参与；（例如.大肠杆菌： RecA蛋白、RecBC蛋白） 蛋白质因子对DNA碱基序列的特异性要求不高； （存在重组热点和序列长度的影响） 真核生物染色质的状态影响重组的频率。
2.条件：2个DNA分子序列同源，且同源 区域越长越有利。 3.功能： A：维持种群的遗传多样性； B：有助于DNA的损伤修复； C：使真核生物产生第一次减数分裂中 染色体正确分离到子细胞至关重要的瞬间 物理连接。
二、位点专一性重组/保守性重组
原核生物中最为典型 特点：
供体与受体的特定位点的短同源序列之间。
第七章
遗传重组
遗传重组
遗传重组：造成基因型变化的基因交流过程。 发生：减数分裂性细胞内，体细胞 地点： 核基因间，叶绿体基因间，线粒体基因间， 重组子间； 前提条件：不同基因型的遗传物质彼此能够转移。 作用： 保证了遗传多样性,为选择奠定了物质基础,是 生物得以进化发展，与突变一起是变异的来源
遗传重组知识点总结归纳
遗传重组知识点总结归纳遗传重组是指在生物体中由于基因结构的改变而引起基因组的重新组合，产生新的遗传特征。
这种基因组的改变可以是自然发生的，也可以是通过人工干预的手段来实现。
遗传重组在生物学领域中具有重要的意义，不仅对于生物进化、种群遗传结构和生物技术的应用具有重要意义，同时也为人类疾病的治疗提供了基因治疗的途径。
遗传重组的方式有很多种，不同的生物体中，遗传重组的方式也有所不同。
接下来，我们将从遗传重组的基本概念、遗传重组的类型、遗传重组的机制、遗传重组在生物技术中的应用等方面进行综合介绍。
一、遗传重组的基本概念1.1. 遗传重组的定义遗传重组是指两个不同来源的基因或DNA片段之间发生了重新组合，从而导致新的基因组合的现象。
这种现象在自然界中普遍存在，人类通过人工干预也可以实现遗传重组。
1.2. 遗传重组的基本原理遗传重组是由于DNA分子发生突变、交换和重组等现象导致的。
通过这些过程，不同的DNA片段可以重新组合形成新的基因组合，从而产生新的遗传特征。
1.3. 遗传重组在生物体中的意义遗传重组通过产生新的基因组合，可以为生物体提供更多的遗传多样性，从而增加了生物体对环境的适应能力。
另外，遗传重组也是生物进化的重要机制之一。
二、遗传重组的类型2.1. 重组组合类型根据发生重组的方式，遗传重组可以分为三种类型：- 同源重组：发生在同源染色体上的重组，是由于同源染色体上的同源亲本产生了杂交。
- 异源重组：发生在不同源染色体上的重组，是由于两个不同来源的基因或DNA片段之间发生了重组。
- 多体细胞重组：发生在多个细胞之间的重组。
2.2. 重组效应类型根据重组的效应，遗传重组可以分为两种类型：- cDNA重组：以DNA为信息分子的重组- RNA重组：以RNA为信息分子的重组2.3. 重组的遗传特点遗传重组不仅可以产生新的遗传特征，还可以导致遗传多样性的产生。
这种遗传多样性有利于生物体对环境的适应，并且对生物进化起到了重大的影响。
第16章遗传重组ppt课件
recC 3种基因作用，它们编码RecA和 RecBC蛋白质
二、细菌转化的重组机制
形成异源双链区： 如果供体DNA 切除，则无重组 发生；如果受体 DNA切除，产 生重组体
转化频率的高 低与校正切除 DNA是受体还 是供体关系密 切
第四节 位点专一性重组
DNA上attP(P、O、 P’)240bp
E coli上attB或att (B、
O、B’)25bp，处于gal 和bio之间
attL(B、O、P’)
BOB’(细菌)+POP’() Int IHF(integrase host factor) BOP’-POB’(原噬菌体)
attR(B’、 O、P)
第十六章 遗传重组
重点和难点 遗传重组的类型 同源重组的分子机制 细菌的同源重组 转座遗传因子及其遗传效应
第一节 遗传重组的类型
普遍性或同源重组(homologous recombination) 指DNA配对和重组的蛋白质因子无碱基序列的 特异性 重组就可以在此序列的任何一点发生
原核生物中的转座因子
中间是由两个颠倒的重复序列(IR，inverted repeat)形成，也是一对插入序列(IS，inserted sequence)
整个质粒
转座子 (transposon，Tn)
IR 基因，如抗性基因等
转移功能基因 (resistance-transfer functional(RTF) genes)
转座机理
一个合理的转座机制的模型需要说明下列 现象：
转座以后原来位置上的转座子保持不变； 新位置上的转座子的两侧出现正向的重 复序列；
转座过程中出现共联体
第七章遗传重组
图 23－8 Holiday 重组模型。
b
12
B 3’ 5’ 5’ 3’
3’ 5’ 5’ 3’
3’ 5’ 5’ 3’ 移动联会 3’ 5’
5’ 3’ 交叉连接
3’ 5’ 5’ 3 链交叉
B 3’ 5’ 5 3’
点移动
(8)
A
B
两臂旋转
b a
(9)
A
B
b a
(10)
A
B
A B
b a
(11) A
B
a
b
24
4、RecA蛋白的作用方式
RecA蛋白首先与单链DNA结合（约每分子可结合５个核苷 酸），形成一条DNA－蛋白质细丝（需消耗ATP），RecA 蛋白即被活化； 活化的RecA将双螺旋解旋和分离，同时试图将其结合的单 链与被解旋区域退火，如此继续，直到找到互补顺序。 一旦有一小部份被真正“退火”，ATP供应的能量就会继 续驱使配对反应趋于完成，其方向是５’→３’（单链部 分）。 新的杂交双链形成时，RecA蛋白即从原来的单链掉下来。
A
B
a
b
b a
A
b
a
B
A
b
a
B
图 23－8 Holiday 重组模型。
7）Holliday中间体拆分 （二次切断），可以有 两种情况： Holliday中间体二次切 割发生在原断裂的两条 单链上，称为非交换型 重组，双链中存在异源 区域(图10, 11, 12)； Holliday中间体二次切 割发生在另外两条单链 上，称为交换型重组 (图10’, 11’, 12’)。
25
26
RecA蛋白促进的各类DNA分子间的联会
参与联会的DNA分子可以 是多种不同的形态分子 的组合； 但无论那种组合，其中 一个分子是单链分子， 或者有足够长度的单链 区。
遗传重组名词解释
遗传重组名词解释遗传重组是一种利用辅助性DNAs（ADN）来改变有机体或者植物的基因组结构而引发改变的生物学过程。
被称为“多基因重组”，这一技术借助体外实验，使不同基因可以结合起来，并可以用来创造新的物种或品种。
遗传重组技术主要利用多种技术来改变有机体的基因结构，通过多种技术的配合实现不同的目的。
主要技术有克隆技术、浸染技术、改变DNA序列技术、生物技术和吗啡特性技术等。
克隆技术是遗传重组技术最为基本的技术，可以用来制造指定基因的细胞，使研究者可以更加深入地研究生物体的基因组结构。
浸染技术类似于昆虫的自然繁殖，是利用由同一来源的一种细菌对另一种细菌的DNAs进行改变，这样就可以使细菌拥有不同的基因。
改变DNA序列技术是指通过改变DNA的基因组结构，来改变有机体的遗传特征，以满足某些技术要求。
生物技术是利用外加的基因，来改变有机体的物种特征和性状，也称为转基因技术，能够在实验室利用基因拷贝和编辑技术创造新物种。
吗啡特性技术是利用一种叫做CRISPR（CRISPR / Cas9）技术，通过识别成对的DNA序列，实施基因换装，修改基因组，从而促使有机体发生改变。
遗传重组技术有着重要的科学价值和社会价值。
通过对有机体的基因组结构进行调节和改变，可以改变物种的遗传特性和突变，从而创造新的物种。
它的应用可以解决社会的种种问题，比如提高粮食的收获量，减少农作物的病虫害，开发抗药性和耐药性药物等。
虽然遗传重组技术可以给社会带来重大效益，但它也存在一定的风险。
例如，可能会引发未知的病毒或突变，从而对人类和环境造成危害；有可能造成基因强度不一的后代，从而影响生物的正常繁殖；还可能引发未知的免疫反应，以及地理和社会不平等等问题。
因此，在进行遗传重组研究时，一定要格外小心，认真研究和对比各种可能造成危害的不同变种，以及专家们对各种变种的评估，以确保遗传重组研究不会带来任何风险。
总之，从实践操作、某些具体技术等方面来说，遗传重组是一种能够改变有机体基因组结构和影响生命特征的新颖技术。
第十章_遗传重组机制
（3）重组酶。 两条DNA双螺旋分子间断裂、修复、连接和重组体的释放是
重组的中心环节，这些过程均是在酶的催化下进行的。
（4）异源双链区的形成。 重组过程的关键是单链间的相互交换。在两个配对的DNA双
螺旋同源链的相互位点产生单链断裂，切口产生的游离末端可 以移动，每条链都脱离其配对的链并交叉与另一股双螺旋中的 互补链配对。这种被连接在一起的双链称为接合分子(joint molecular)，由一个双链跨到另一双链的位点称为重组接点 (recombination joint)。同源重组时，两个DNA分子间互补碱基配 对的区域称为异源双链区(heteroduplex DNA)。一个亲代DNA分 子与另一个亲代DNA分子通过一段异源DNA双螺旋共价相互连 接，即异源双链DNA是由两个亲代DNA分子链所形成的。
存在以下问题： ❖ 违背了半保留复制； ❖ DNA复制应在S期，重组应在偶线期，不应同时发生。 ❖ 不能解释3线和4线双交换。
(4)、遗传重组的分子基础——Holliday模型 Robin Holliday于1964年提出了重组的杂合DNA模型
A
B
A
B
A
B
a
b
a
AB
A
b
a
b
B
A
B
a
b
a
b
b a
Holliday 模型(hybrid DNA model)
A
B
b a
A
B
横切
b
a
A
B
b
a
A
B
A
B
b
a
a
b
A
b
a
B
1.4 基因转变（gene conversion）
第六章遗传重组
第六章 遗传重组1．简述同源重组的Meselson-Radding模型根据Meselson-Radding模型，基因的重组以及转换与异源DNA链的形成有密切关系，具体过程分步论述如下：（1）Holliday中间体的形成：①切断:同源联会的两个DNA分子中任意的一个出现单链切口，切口可能由某些内切酶产生，也可能由使同源DNA接近并发生联会的蛋白质因子作用导致切口的产生。
②链置换:切口处形成的5'端局部解链，酶系统利用切口处的3'-OH合成新链，填补解链后形成的单链空缺。
原有的链被逐步排挤置换出来。
③单链侵入:由链置换产生的单链区段侵入到参与联会的另一条DNA分子因局部解链而产生的单链泡中。
局部解链可能是由于某种DNA结合蛋白的作用产生，也可能由DNA的呼吸作用产生。
④环状DNA单链切除:侵入的单链DNA与参与联会的另一条DNA分子中的互补链形成碱基配对，同时把与侵入单链的同源链置换出来，由此产生D形环状结构。
D形环状结构的单链区随后被5'→3'外切酶切除降解掉。
⑤链同化:D形环状结构切除中产生的3'-OH断头与侵入单链的5'-P在DNA连接酶的作用下共价连接，形成非对称性异源双链区。
异源双链区内往往含有错配碱基，这些错配碱基对面临着细胞内修复系统的修复作用，而修复的结果就有可能造成基因的转换。
⑥异构化:链同化进行过程中，DNA经过一定的扭曲旋转，形成Holliday中间体。
⑦分支迁移:两条DNA分子之间形成的交叉点可以沿 DNA移动，这一过程叫分支迁移。
迁移实际上是两条DNA分子之间交叉的同源单链互相置换的结果，迁移的方向可以朝向DNA 分子的任意一端。
分支迁移使两条DNA分子中都出现异源双链区，此时称之为对称性异源双链区。
异源双链区的修复时间和方式与基因转换的发生与否有密切关系。
Holliday中间体的形成（2）Holliday中间体的拆分及异源双链区的修复①Holliday中间体的拆分Holliday中间体的形成只完成了重组的一半，由它联系在一起的两条DNA分子必须经过拆分回复到彼此分开的双螺旋分子状态。
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整合的过程: 整合的过程:
A. 具有对特异性DNA强烈亲和力的Int与 attP和attB位点结合; B. Int的拓扑异构酶活性,使两条双链各 自断开一条单链,瞬间旋转然后交换 连接,形成Holliday中间提, C. 在另两条单链之间发生同样的断裂重接, 从而完成双链间的重组.
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位点专一性重组的核苷酸序列 二,位点专一性重组的核苷酸序列
第一节 遗传重组的类型
根据对DNA和序列和所需蛋白质因子的要求, 根据对DNA和序列和所需蛋白质因子的要求,可有三种类型的 DNA和序列和所需蛋白质因子的要求 重组.其共同点是双股DNA间的物质交换, DNA间的物质交换 重组.其共同点是双股DNA间的物质交换,但其发生的情况 有所不同. 有所不同.
第四节 位点专一性重组
一,噬菌体的整合和切除
1. λ-DNA对E.coli的整合: POP' + BOB' →BOP'—POB' 需要整合酶(Int—拓扑异构酶活性)和整合宿 主因子(IHF)参与,非可逆反应. 2. λ-DNA从E.coli的切离: BOP'—POB' → POP' + BOB' 需要整合酶(Int),整合宿主因子(IHF)和切除 酶(Xis)参与,非可逆反应.
三 真核生物转座因子:
1. 酵母,果蝇,玉米中的转座子(略)
四, 转座机制和遗传学效应 转座机制
1. 转座的机制:
以细菌中转座子Tn3为例,说明转座的一般过程 (1979年Sharpiro提出) : A. 切开: 转座酶识别受体的靶序列,在两条单链上均 切开,形成粘性末端;识别自身的反向重复序列, 在3'端切开. B. 连接:供体和受体结合形成不完整共联体,留下缺口. C. 复制:DNA聚合酶补齐缺口,再连接形成完整的共联 体,具有重复序列. D. 重组:在特定位点进行重组,共联体分离:留下原来 的转座子;并在靶序列上插入转座子,两端有同向 重复序列.
第二节 同源重组的分子机制
一,断裂与重接模型
Darlingtong D. C.于1936年提出:减数分裂同 年提出: 于 年提出 源染色体联会时,非姊妹染色单体由于缠绕而产生张 源染色体联会时, 两个染色单体在同一位置断裂,重节, 力,两个染色单体在同一位置断裂,重节,以消除张 从而产生重组. 力,从而产生重组. 证据: 证据: (1)姊妹染色单体的交换 ) DNA的断裂重接 的断裂重接. (2) λ-DNA的断裂重接. ) 标记基因重组; 标记基因重组; 未发生重组
二,Holliday模型 Holliday模型
Holliday R.于1964年提出,过程如下:
二,环状DNA分子的重组 分子的重组 环状 分子的重
两个环状DNA分子配对,断裂,重接形 成"8"字型结构中间物,根据切割的位置 不同,可分别形成两个亲本环,大的单体 环或者是滚环结构.也可以形成"χ" 结构
2. 转座子(Tn, transposon): 携带有转座酶基因及抗性基因或其它基因, 两端有相同的序列(IS). eg.酵母(Yeast)中的Tn1, Tn2 ……Tn9等 Tn3:携带有tnpA,ampR,tnpR等基因,两端分别 有36bp的IR; Tn9:末端是两个IS1 3. 转座噬菌体( mutator phage) 携带有tnpA,tnpB基因,末端有E.coli DNA, 近邻类似IS序列,具有高频的转座作用.
二,位点专一性重组
重组依赖于小范围同源序列的联会,发生精 确的断裂,连接,DNA分子并不对等交换 eg. λ-phage DNA对E.coli 的整合(attP→attB), 需要有15 bp的同源序列和专一性的蛋白质因子 参与.
三,异常重组
完全不依赖于序列间的同源性而使一段 DNA序列插入另一段中,但在形成重组分子时 往往是依赖于DNA复制而完成重组过程.eg.转 座作用,需要转座酶和对转座区域DNA的复制.
2. 转座子的遗传学效应
可引起基因突变——插入或切离; 改变染色质的结构(缺失,倒位等); 可以插入新基因(ampR,terR等); 在靶序列上引入新的转座子序列,原来序 列保持不变; 在靶序列上造成同向重复序列; 产生新的变异,有利于进化.
3. 转座子的应用
研究基因的功能 基因克隆和序列测定
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1. POP':O为15bp(核心)富含A-T的非对称序列; P为-160 ~ 0的160bp序列 P'为0 ~ 80的80bp序列 共240bp 2. BOB':B为-11 ~0序列 B'为0 ~11序列 共23bp
第五节 转座因子及其遗传学效应
一,转座因子(转座元)
转座因子:能够在染色质或质粒上转移 座位的 DNA功能单位(transposable element). 特点: 1.自身携带有转座酶基因,末端有反向重复序 列; 2.转座过程中出现共联体; 3.转座以后,原来的转座子依然保持在原位,而 在靶序列上复制了一个转座子; 4.转座完成以后可以在靶序列上造成同向重复序 列.
二,细菌转化重组机制
实质是单链DNA片段与完整DNA之间的重 组,如下情况: ①切除外源DNA——无重组 ②切除受体DNA——发生重组 ③无修复作用 ——子代细胞出现两种基因 型(受体基因型和重组体基因型) *通常采用有利于重组体基因型生长的选择条 件
三,细菌的接合与转导中的重 组机制
结合重组(Hfr与F-之间进行)部分DNA进入 细胞,且只有其中的部分参与重组,需要 RecA和RecBC参与,机制与转化重组相似 转导重组 (phage-DNA与细菌之间)双链 DNA与完整双链DNA之间的重组,供体DNA 以双链进入受体细胞,并且以双链形式整合 进入染色体,需要RecA和RceBC参与.
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一,同源重组
它的发生是依赖大范围的DNA同源序列的联会.重 组过程中,两个染色体或DNA分子交换对等的部分
⒈需要重组的蛋白质参与,eg.大肠杆菌中的 RecA蛋白,RecBC蛋白; ⒉蛋白质因子对DNA碱基序列的特异性要求不高; (存在重组热点第八章 遗传重组
学习要点: 学习要点: 1.概念 转座子;基因转变;负干涉; 概念: 1.概念:转座子;基因转变;负干涉;共 转换; 转换;极化子 2.同源重组 同源重组, 2.同源重组,位点专一重组和异常重组的 异同. 异同. 3.同源重组的过程 同源重组的过程(Holliday 3.同源重组的过程(Holliday Model) 4.RecA蛋白在细菌同源重组中的作用 蛋白在细菌同源重组中的作用; 4.RecA蛋白在细菌同源重组中的作用; 5.转座机制及转座的遗传学效应 转座机制及转座的遗传学效应. 5.转座机制及转座的遗传学效应.
3.2基因转变的分子机制 3.2基因转变的分子机制
实质是重组过程中留下的局部异源双链 区,在细胞内的修复系统识别下不同的酶 切/不酶切产生的结果. *不同的切除会产生不同的结果.
四,Meselson-Radding模型 Meselson-Radding模型
Holliday模型中为对称的杂合双链,而实际情况有 模型中为对称的杂合双链, 模型中为对称的杂合双链 不均等分离现象, 不均等分离现象,1975年Meselson-Radding 提出模型 年 解释这种不对称重组现象: 解释这种不对称重组现象: 1.单链切断 单链切断 2.链置换 链置换 3.单链入侵 单链入侵 4.泡切除 泡切除 5.链同化(碎链吸收) 链同化( 链同化 碎链吸收) 6.异构化 异构化——Holliday 异构化 7.分支迁移 分支迁移
第三节 细菌的同源重组
一,细菌同源重组的特点 cccDNA与双链或单链DNA片段之间的重组; RecA蛋白和RecBC蛋白参与. 1. RecA蛋白: A. NTPase(ATPase)活性; B. ssDNA结合活性; C. DNA解旋活性; D. 促进同源联会. 2. RecBC:溶解酶(Resolvase)活性,断裂 Holliday 结构的交联桥
三,基因转变及其分子机理
3.1异常分离与基因转变 异常分离与基因转变 异常分离 基因转变(gene conversion):一个基因转 基因转变 : 变为它的等位基因的遗传学现象. 变为它的等位基因的遗传学现象. 基因转变的类型: 基因转变的类型: A. 染色单体转换; 染色单体转换; B. 半染色单体转换. 半染色单体转换.
五,基因转变与高度负干涉
正干涉:一次交换后引起邻近的第二次交换 的频率下降. 负干涉:一个区域发生交换后使邻近的交换 频率增加的遗传学现象. 共转变:彼此相距很近的几个位点的基因同 时发生转变. 极化现象:越靠近断裂位点的基因,越容易 发生转换,越远的越不容易发生转换. 极化子:染色体上呈现基因极化现象的区域.
二,原核生物转座因子:
原核生物转座因子的类型: 插入序列;转座子;转座噬菌体
1.
插入序列(IS,inserted sequence):
简单的转座因子,携带有转座酶基因,两端有反向重复 序列. eg. E.coli中的IS1……IS11等. 发现:E.coli中一种突变体: A. 不能通过核酸置换回复——非点突变; B. 可自然回复——不是缺失; C. 突变比野生型密度梯度大——增加一段DNA; D. 变性单链电镜下出现颈环结构——反向重复序列.