转座子引起的插入突变
微生物基因突变的原理
微生物基因突变的原理微生物基因突变是指微生物基因组中发生的遗传信息的突变。
微生物是一类非常小型的生物，包括细菌、真菌、病毒等，它们的基因组也较小，通常只有几千至几百万个碱基对。
微生物基因突变的原理可以从以下几个方面来解释。
一、自然突变自然突变是指微生物基因组中发生的自然突变，其发生并不依赖外界的干预。
自然突变包括点突变、缺失、插入、倒位等多种类型。
自然突变的原因有多种，其中有些是由于DNA复制或修复过程中出现的错误引起的，例如碱基对替换、插入或缺失等；还有些是由于外界环境的影响，如放射线、化学物质等引起DNA 损伤，从而导致基因突变。
二、诱变剂诱发的突变诱变剂是一类可以增加基因突变发生率的物质，包括化学物质和物理因素。
化学诱变剂主要包括化学物质，例如亚硝酸盐、甲基磺酸甲酯等，它们可以直接引起DNA的损伤或改变DNA复制的准确性；物理诱变剂主要包括放射线、紫外线等，它们能够直接或间接地损伤DNA，引起基因突变。
诱变剂的作用机制是通过干扰DNA的复制、修复过程，引起DNA序列的改变，从而导致基因突变的发生。
三、DNA修复过程中的突变DNA修复过程是一种重要的维持基因组稳定性的机制，它能够修复DNA中的损伤，从而保证基因组的完整性。
然而，DNA修复过程本身也容易出错，导致基因突变的发生。
DNA修复过程中的突变主要包括修复过程的错误切除、错误配对等。
例如，在DNA复制过程中，DNA聚合酶可能会选择错误的核苷酸进行配对，从而引起基因突变。
四、转座子的活动转座子是一类能够在基因组中自由移动的DNA序列。
转座子的活动可以导致基因组中DNA序列的插入、删除或重新排列，从而引起基因突变。
转座子的活动是由转座酶催化的，它们能够识别DNA序列，并将其从一个基因位点转移到另一个位点。
转座子的活动是一个不可逆的过程，一旦发生，就无法恢复。
总而言之，微生物基因突变的原理是多方面的。
自然突变、诱变剂诱发的突变、DNA修复过程中的突变以及转座子的活动等都可以引起微生物基因突变的发生。
细菌耐药的遗传机制
细菌耐药的遗传机制
一、染色体突变
染色体突变是细菌耐药性的重要遗传机制之一。
染色体上的基因发生突变，可以导致细菌对某些药物的敏感性降低或丧失，从而产生耐药性。
这些基因的突变通常是由于DNA复制过程中发生的随机错误，或者是由于某些诱变因素如紫外线、化学诱变剂等引起的。
二、质粒和转座子
质粒和转座子是细菌染色体外的遗传物质，可以在细菌间转移和传播，从而影响细菌的耐药性。
质粒携带的耐药基因可以在不同菌株间传播，使细菌获得新的耐药性。
转座子则可以通过插入或转位的方式，引起染色体基因的突变或重组，导致细菌对药物的敏感性改变。
三、细菌种间转移
细菌种间转移是指不同种类的细菌通过接合、转化、转导等方式交换遗传物质，从而获得新的耐药性基因。
这种转移方式通常发生在肠道、呼吸道等部位，其中接合是将一个细菌的DNA片段直接转移给另一个细菌的过程；转化是细菌从周围环境中吸收并利用外源DNA的过程；转导则是病毒将自身基因组转移到另一个细菌中的过程。
四、药物作用靶点的改变
药物作用靶点的改变是细菌耐药性的另一种重要机制。
某些药物在细菌体内的作用靶点是特定的蛋白质或酶，当这些蛋白质或酶发生突变时，可以降低药物对它们的抑制作用，从而使细菌对药物产生耐药性。
这种改变通常是由于细菌基因突变引起的。
五、外排泵
外排泵是一种将药物等物质从细胞内排出到细胞外的机制，可以帮助细菌对抗药物的作用。
当药物进入细菌体内时，外排泵能够将其迅速排出体外，使药物无法在细菌体内积累到足够的浓度，从而达到耐药的目的。
外排泵的基因通常存在于质粒或染色体上，可以在不同菌株间传播。
分子生物学考点整理1
分子生物学考点整理符广勇朱兰第一章．绪论一、分子生物学概念分子生物学是从分子水平研究生命本质为目的的一门新兴边缘学科，是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子结构与功能相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭开生物世界奥秘、由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。
二、重组DNA技术又称基因技术，是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不同的DNA片段按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。
三、基因表达的调控基因表达的调控主要表现在信号传导研究、转录因子研究及RNA剪辑三个方面。
四、转录因子转录因子是能与基因5`端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。
第二章．染色体与DNA一、染色体上的蛋白质染色体上的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白。
根据凝胶电泳性质可以把组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3、H4。
这些组蛋白都含有大量的赖氨酸和精氨酸。
二、组蛋白的特性1．进化上的极端保守性不同种生物组蛋白的氨基酸组成是十分相似的，特别是H3、H4。
2.无组织特异性到目前为止，仅发现鸟类、鱼类及两栖类红细胞不含H1而带有H5，精细胞染色体的组蛋白是鱼精蛋白这两个例外。
3．肽链上氨基酸分布的不对称性碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上。
4.组蛋白的修饰作用包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化及ADP核糖基化。
5.富含赖氨酸的组蛋白H5三、HMG蛋白叫高迁移率蛋白四、真核细胞DNA序列的分类1.不重复序列2.中度重复序列3.高度重复序列重复序列的意义：若某一重复序列出现错误，对基因的影响不大，稳定性较高；在短时间内可同时产生大量的基因产物。
重复序列的应用:应用于分子标记的作用：卫星DNA（便于分子标记）和微卫星DNA五、真核生物基因组与原核生物基因组的区别1.真核基因组庞大，原核生物基因组小2.真核基因组存在大量的重复序列，原核基因组没有重复序列3.真核基因组大部分是非编码序列，原核基因组大多是编码序列4.真核基因组的转录产物为单顺反子，原核基因组转录产物多为多顺反子5.真核基因是断裂基因，有内含子结构，原核基因为连续基因，几乎没有内含子结构6.真核基因组存在大量的顺式作用原元件，包括启动子、增强子和沉默子等，原核基因组基本没有增强子和沉默子7.真核基因组存在大量的DNA多态性，原核基因组很少有8.真核基因组具有端粒结构，原核基因组没有端粒结构六、重叠基因（Overlapping gene）指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成为两个或两个以上的基因的组成部分。
tdna突变原理 -回复
tdna突变原理-回复TDNA（转座子导航的DNA）突变原理是指转座子在基因组中发生突变并导致遗传基因的变异和表达水平的改变。
转座子是一类可以从一个基因座或染色体片段移动到另一个位置的基因元件，它们在基因组中的分布广泛，可以影响基因表达和功能。
TDNA突变是转座子引起的一种常见突变形式，本文将一步一步回答TDNA突变原理。
第一步：转座子的定位和识别要了解TDNA突变的原理，首先需要定位和识别转座子在基因组中的位置。
转座子在基因组中以重复序列的形式存在，具有相应的保守序列特征。
通过比对这些保守序列，可以在基因组中找到转座子的存在并确定其位置。
第二步：转座子的活动和定向插入转座子可以通过自身编码的酶活性在基因组中进行活动和插入。
一般来说，转座子具有酶活性的两个主要功能：切割和粘接。
首先，转座子酶可以切割宿主DNA链，形成一个断裂位点。
然后，转座子酶可以将转座子的DNA 序列插入到断裂的位点上，使其重新连接。
在此过程中，转座子的两个端部序列（终端反转座子）或同一个端部序列（直接反转座子）会参与连接。
第三步：转座子的遗传性和突变效应转座子的遗传性是指转座子在宿主基因组中的遗传方式。
一般来说，转座子具有遗传性，可以在后代中传递。
这是由于转座子在细胞分裂或生殖过程中的复制和插入活动。
TDNA突变的突变效应主要包括两个方面：基因组结构的变化和基因表达的改变。
在插入转座子的过程中，转座子通常会插入到基因座位或转录因子的结构域中，造成基因的破坏或改变。
这些破坏和改变可能导致基因座位的失效，导致激活或抑制相应的基因表达。
因此，TDNA突变可以引起基因表达水平的改变，并可能导致新的表型。
第四步：TDNA突变的检测和验证为了确定TDNA突变发生的位置和效应，需要进行一系列实验来检测和验证。
目前，主要的检测方法包括PCR扩增、测序和遗传分析等。
通过PCR 扩增转座子插入位点周围的DNA片段，可以确定插入位置。
测序则可以提供更详细的基因组结构信息。
基因突变的机制
基因突变的机制基因突变是导致生物个体在遗传物质基因组中发生变化的一种遗传现象。
它可以通过多种机制发生，包括点突变、插入突变和缺失突变等。
本文将介绍基因突变的机制，以及这些机制对生物体遗传信息的影响。
一、点突变点突变是指基因组中的一个或多个核苷酸被替换成另一种核苷酸的突变。
按照替换的方式，点突变可以分为三种类型：错义突变、无义突变和同义突变。
1. 错义突变：在错义突变中，基因序列中的一个核苷酸被替换成了另一种类型的核苷酸，导致密码子发生改变，进而使氨基酸序列发生变化。
这种变化可能会导致蛋白质结构和功能发生改变。
2. 无义突变：无义突变是指某个氨基酸密码子被替换成终止密码子（通常为UAA、UAG和UGA），导致蛋白质的合成提前终止。
这种突变会导致蛋白质合成中断，从而影响正常的细胞功能。
3. 同义突变：同义突变是指一个密码子被替换成了另一个编码相同氨基酸的密码子，不会改变蛋白质的氨基酸序列和结构。
虽然同义突变不会引起蛋白质功能改变，但有时可能会影响转录和转译的速度和效率。
二、插入突变与缺失突变插入突变和缺失突变是指在基因组中插入或丢失一段核苷酸序列的突变。
插入和缺失的序列长度可以从一个核苷酸到数千个核苷酸不等。
这种突变会导致基因组的重组和重排，进而影响编码的蛋白质的性质和功能。
插入突变和缺失突变可以通过多种方式发生，如转座子活动、DNA复制错误、辐射或化学物质的损害等。
插入和缺失突变常常会破坏编码蛋白质的正常序列，导致蛋白质结构和功能发生显著改变，可能引起遗传性疾病的发生。
三、转座子活动转座子是一类可以在基因组内移动位置的DNA片段，原本属于DNA的一部分。
转座子活动是指转座子在基因组中定位的移动或复制过程。
转座子活动可以导致以下几种突变：1. 入侵型转座子：这类转座子通过切割目标DNA并在其中插入自身，导致基因组的改变。
入侵型转座子常常会破坏正常基因的顺序和结构，引起突变。
2. 复制型转座子：复制型转座子可以通过复制转座子的DNA序列来增加基因组中的转座子副本数量。
转座子插入突变体库构建流程
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实验五转座子引起的插入突变
实验五 转座子引起的插入突变
厦门大学生命科学学院
冷落四十年的转座子理论
1983年,美国遗传学家巴巴拉．麦克林托 克（B．McClintock）由于发现了可移动 的遗传物质，被授予诺贝尔医学奖。 人们把麦氏的成就比之为一百年前另一 位伟大的遗传学家孟德尔的成就。
冷落的原因和启示
1.
2.
3.
从转座子理论和经典遗传学的关系来看，转座子理论 推翻了经典遗传学关于基因是稳定的这一传统观念， 是一种革命性的理论，因而不为经典遗传学家所接受。 从转座子理论和分子遗传学的关系来看，是由于前者 走在了时代前面，是一种超时代发现。科学界还没有 做好接受它的准备。因而遭到分子遗传学家的冷落。 从转座子理论赖以建立的实验材料看，是由于它离开 了分子生物学的主流。麦克林托克虽然身在冷泉港生 物学实验室，但她所采用的材料，与该室中极大多数 科学家不同。她没采用病毒和细菌作材料，研究基因 的拼接、剪切和重组，而是采用玉米这样的高等植物 作为研究对象。
30岁那年，麦克林托克在某些玉米籽粒 中发现了玉米色素显现着一些稀奇古怪 的模式。她观察到玉米籽粒颜色的遗传 很不稳定，有时籽粒上还出现一些斑斑 点点。 她通过耐心的记录和仔细的分析，发现 使籽粒着色的色素基因是在某一特定代 上“接上”或“拉断”的。
1951年，在冷泉港生物学专题讨论会上，麦克 林托克递交了自己的学术论文，向科学界同行 报告了她的新理论。她提出遗传基因可以转移， 能从染色体的一个位置跳到另一个位置，甚至 从一条染色体跳到另一条染色体上。她把这种 能自发转移的遗传基因称为“转座因子” 。 “转座因子”除了具有跳动的特性之外，还具 有控制其他其因开闭的作用，因此“转座因子” 又可叫做“控制因子”。
转座因子概述
1.插入序列（IS）：简单、只含转座基因，可编码特殊 的酶和调节蛋白，而并不赋予细菌任何表型特征。但 其插入可干扰基因的正常读码序列，导致基因失活或 引起突变，两端有反向重复序列。
反向重复序列 转座酶 反向重复序列
IR
Transposae IR
图1 IS的典型结构
（二）转座因子
2.转座子（Tn）：比IS分子大，除转座基因外， 还有抗药性基因。三类：
2、DNA重排 (缺失、扩增和倒位)
引起插入部位邻近片段的不稳定而产生缺失。以相反方向 转座到邻近位置上，然后发生重组，引起染色体DNA倒位 转座子之间的同源重组，可使两个不同的DNA片段连接在一 起，从而引起DNA的扩增（重复）。 3、极性效应
当转座因子插入到一个操纵子的前端基因时，不仅能破坏 被插入的基因，而且能大大降低远离启动子一端的基因的表达。
（二）转座因子
• 转座:DNA序列通过非同源重组的方式，从染色体某一部位 转移到同一染色体上另一部位或其他染色体上某一部位，或 在质粒与染色体之间转移的现象。
• 原核生物转座因子பைடு நூலகம்要有三类：（根据分子结构和遗传性质， 转座因子可分为3类： ）
1.插入序列（IS，insertion sequence） 2.转座子（Tn，transposon，又称转位子，易位子） 3.Mu噬菌体（即mutator phage，诱变噬菌体）
转座子 扩增（重复）
Transposon mutagenesis 转座子诱变
插入
基因2被破坏，基因3和4的表达受影响
极性效应
3. 诱变噬菌体（转座噬菌体）：具有转座功能的一类可
引起突变的温和性噬菌体。 Mu噬菌体与其它温和性噬菌 体的差别： Mu的基因组无论进入裂解周期或处于溶源状 态均可整合到宿主染色体上，而且整合的部位是随机的， 即它同时具有温和噬菌体和转座因子的双重功效。
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实验六转座子引起的插入突变
一、实验目的
通过实验进一步认识转座子的遗传学效应之一：转座可引起插入突变。
二、实验原理
转座子（transposon，Tn）是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。
最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列（insertion sequence，IS），它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。
一个细菌细胞常带有少于10个IS序列。
转座子常常被定位到特定的基因中，造成该基因突变。
复合式转座子（composite transposon）是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列，表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生复合转座子。
一旦形成复合转座子，IS 序列就不能再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为复合体移动。
转座时发生的插入作用有一个普遍的特征，那就是受体分子中有一段很短的（3-12bp）、被称为靶序列的DNA会被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。
转座作用的遗传学效应有如下几个方面，转座引起插入突变；转座产生新的基因；转座产生染色体畸变；转座引起的生物进化。
常见的大肠杆菌复合转座子的抗药性、大小、末端重复序列和转座特性
转座子抗药性大小（bp）末端重复序列转座特异性转移频率
Tn1 Ap 4800 140bp（反向）低有时高有时低Tn2 Ap 4800 140bp（反向）低有时高有时低Tn3 Ap 4600 140bp（反向）低一般
低低
Tn4 Su、Sm 20500 140bp
（并带有Tn3）
Tn5 Kan 5200 1460bp 低
Tn6 Kan 4100 低
Tn7 Tp、Kan 高低
Tn9 Cm 2500 800bp（顺向）
（实际上即IS1）
Tn10 Tc 9300 1400bp（反向）
一般
（实际上即IS2）
Ap：氨苄青霉素抗性
Su：磺胺抗性
Kan：卡那霉素抗性
Sm：链霉素抗性
Cm：氯霉素抗性
Tc：四环素抗性
Tp：甲氨苄氨嘧啶抗性
大肠杆菌复合转座子的插入突变有两个表型效应：基因突变和由转座子带来的抗药性。
例如将Tn5插入到F’lac+ pro+/Str s的乳糖发酵基因中去以引起lac突变，可先将这F’因子转移到Δ(lac pro)Str r受体细胞中去，再观察是否发生了插入突变。
在能排除供体的含链霉素的培养基上选择pro+受体菌落，若是抗卡那霉素的，那就是说受体细菌不但接受了F’因子，而且这F’因子带有Tn5，如果它又由lac 变为lac-，不能在以乳糖为唯一碳源的培养基上生长，那么，这一插入位置就是在乳糖发酵基因中。
为进一步提高效率，还可以采取一种措施，使在特定条件下lac+细菌不能生存而lac-细菌能够生存。
已经知道gal E突变型在有乳糖和半乳糖存在的情况下，由于细胞中积累有毒的半乳糖代谢中间产物UDP-gal和gal-1-P而死亡，所以如果采用gal E突变型作为受体细菌，在含有0.02%乳糖和0.2%甘油的基本培养基上，受体细菌如果接受了一个F’lac+pro+，就不能生存。
如果lac 基因由于插入了Tn5而成为lac-，那么受体细菌便能生存下来。
三、实验材料
1、菌株
受体菌：FD1006-Δ(lac proB) gal E str r
供体菌：Tn5·Gmlβλ-F’lac+pro+/Δ(proB lac)Val-
2、培养基
a、LB培养液
b、生理盐水
c、A培养基：含链霉素、葡萄糖的基本培养基
d、B培养基：含链霉素、卡那霉素、乳糖、甘油的基本培养基
2 4
KH2PO445g
(NH4)2SO410g
柠檬酸钠·2H2O 5g
去离子水定容至1L
pH7.0
3、仪器和耗材
恒温摇床、250mL三角瓶、离心管、培养皿、超净工作台
四、实验步骤
1. 第一天傍晚，分别接一环供体菌和一环受体菌于两支5mL LB培养液中，37℃
摇床上培养过夜。
2. 第二天，取两个内含40mL LB培养液的250mL三角瓶，分别加入1mL过夜培
养的供体菌及受体菌，在37℃摇床上培养2-3h。
3. 将新鲜培养的供体菌及受体菌各取0.5mL，在1.5mL离心管中混合，37℃轻
摇培养60min。
吸取100μL混合液涂B板。
4. 吸取10μL混合菌液至含990μL生理盐水的离心管中混匀，依次稀释至10-2、
10-4、10-6倍。
5. 将供体菌及受体菌分别吸取100 μL涂于B培养基上作为对照。
再从10-4、10-6
倍稀释液中各吸100 μL分别涂于A培养基平板上。
37℃培养2d。
6. 观察、统计并计算：
1) 接受了供体F’lac+pro+的受体菌的数目：A板上生长的菌落数(个/mL)。
2) 在B板上生长的菌落数（个/mL），即Tn5插入到lac基因上菌落数。
3) 计算Tn5转座到lac上的转座频率，在B板上生长的菌落数/在A板上生长
的菌落数。
五、作业
1、列表记录观察结果。
2、记录A、B板上菌落数，计算Tn5易位到lacZ和lacY上引起插入突变的总频
率。
3、画出Tn5从染色体转移到F’lac上所引起lac-突变的示意图。