微生物中转座因子
转座因子
38
12 38
5
不详 5
Bacillus thuringensis
Clostridium perfringens
Streptomyces fradiae
三、细菌转座因子的插入机制、转座模型
1. 细菌转座因子的插入机制 转座因子插入到一个新的部位的通常步骤是：
(1) 在靶DNA序列两侧各一条单链上造成一个切口，切口之 间的距离决定了将来转座子两侧正向重复单位的长度。
第十章 转座因子 (Tansposable elements) 转座因子(transposable elements,TE) 是细胞中能改变自 身位置的一段DNA序列。 转座因子改变位置，如：从染色体的一个位置转移到 另一个位置，或者从质粒转移到染色体的行为称为转座。
第一个转座因子是美国遗传学家McClintock于50年代通过 对玉米遗传现象的细微研究而发现的，她称之为控制成分 (controlling elements)，因为它不仅能在基因组内不同区域转移， 而且也能改变基因的活性并引起功能改变。 1983年才获得诺贝尔奖金.
表3
一些TnA家族转座子的基本特征
转座子
长度(bp) 遗传标记 末端反向
重复(bp)
两侧靶点
来源
正向重复(bp)
来源于G- 细菌 Tn1 Tn3 Tn21 Tn501 5000 4957 19600 8200 Ampr Ampr 38 38 5 5 5 5 铜绿假单孢菌(P.aeruginosa) Salmonella paratyphi Shigella flexneri Pseudomonase aeruginosa
(2) 然后转座子插入带有与突出单链末端的切口之间，二者 共价连接起来， (3) 由此形成的两段靶序列单链区由DNA聚合酶Ⅰ或其它类 似的酶填充，再由连接酶将端口连接起来(图10-5)。 (4) 交错末端的产生和填充解释了在插入部位产生靶DNA正 向重复的原因。
微生物中的转座因子
(Kan)
生长
第三节
丝状真菌中的转座因子
一、丝状真菌中的转座现象 真菌转座因子的鉴定方法： 1.克隆真菌中的重复序列，然后与其他生物中的已知转座因 子进行比较来确定。 2.根据真菌的缺陷型表型来鉴定转座因子。
3. 通过同源杂交，即以别的生物中的转座因子为探针进行杂
交筛选。 4. 通过DNA序列分析。
长度kb 9.3 5.7 3.1 2.5 2.08
遗传标 末端特 记 征 TetR KanR KanR CamR 胞外肠 毒素 IS10R IS10L IS50R IS50L IS903 IS1 IS1
末端两 IS排向 反向 反向 反向 同向 反向
IS关系 2.5%差异 1bp差异 相同 相同 相同
二、细菌转座子
带有抗性基因并能在不同的DNA分子之间移动的遗传单位 叫做细菌转座子(bacterial transposon，Tn)。
细菌抗药性转座子一般可分为两类： 复合转座子 (composite transposon) 复杂转座子 (complex transposon)
1. 复合转座子
转座子 Tn10 Tn5 Tn903 Tn9 Tn1681
2. DNA转座子 结构特征与细菌转 座子类似，两端具 有反向重复序列， 中间有编码转座酶 的ORF，在靶位点 两端形成正向重复 序列。
第四节
酵母中的转座因子
本章思考题
1、转座因子分哪几类？它们之间有何异同？ 2、何谓复合转座子、复杂转座子？各有何特点？ 3、根据复制机制，将转座子分为哪几类？各有何特点？
第一节
细菌转座因子的类型和结构
细菌转座因子分为四个类型： 插入序列（insertion sequence IS） 转座子（transposon Tn） 接合型转座子 转座噬菌体（Mu）
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
转座因子介绍
a） 通过反义RNA的翻译水平控制
◘ IS10R外侧边缘两个启动子 ◘ PIN控制IS10R的转录 弱启动子 ◘ POUT—强启动子 右向转录宿主DNA ◘ INRNA和OUTRNA
有36bp的重叠
稳定性： OUTRNA››INRNA
◘ 大量OUTRNA作为
INRNA的反义RNA >5拷贝
b） 甲基化作用控制转座酶合成及其与DNA的结合
150bp 1.5kb
att L C
A
B
S
U
att R
以E.coli为寄主的温和型噬菌体（溶源、裂解）
150bp 1.5kb
P att L C
A
B
S
U
att R gin
G 倒位区 38kb
C repressor for A, B B 33 kd 与转座有关 A 70 kd 转座酶 U, S 毒性蛋白 attL, attR 与寄主同源，反向重复，转座必需 Gin G区倒位酶
转座过程： n 转座酶（transposase）催化IS的转座，它由IS编码。 n 首先转座酶交错切开宿主靶位点，然后IS插入，与 宿主的单链末端相连接，余下的缺口由DNA聚合酶 和连接酶加以填补，最终插入的IS两端形成了DR或 靶重复。
若IS插入到某基因内，通常这个基因就会失活， 发生基因突变。 不同IS的插入方向不同，基因突变的结果不同:
homework
• 一、名词解释 • 1.插入序列(IS) 2.转座子 3. 转座噬菌体
二、简答题 • 1.描述两种转座子引起基因组重排的方式。 • 2.IS元件整合到靶位点时会发生什么? • 3.一个复合转座子和一个IS元件之间的关系 是什么?。 • 4.列出一个转座子插入到一个新位点所要求 的步骤. • 。
微生物遗传育种(1)
微生物遗传育种答案第一章微生物的遗传物质一、名词1 转化: 指一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质而发生遗传性状的改变2 cccDNA——共价、闭合、环状DNA3 复制子：指能独立进行复制的DNA部分, 一个复制子包括复制起点及其复制区4 启动子(promoter)——是位于结构基因5’端,启始结构基因转录的DNA顺序。
它决定转录的准确启始,并与转录效率有关。
5 Pribnow框(Pribnow box): 又称-10区或Rc区，与核心酶结合的位置，一致顺序：TATPuA二、问题1证明核酸是遗传物质有哪些实验证据答：肺炎双球菌的转化实验和噬菌体的侵染实验证明DNA为遗传物质。
烟草花叶病毒的遗传物质的发现及重组实验证明RNA也是遗传物质。
2 1928年, F Griffith 发现转化现象的过程答：肺炎双球菌野生型，有毒力菌落光滑产荚膜为S型；突变型无毒力菌落粗糙无荚膜为R 型，然而讲加热杀死的S型细菌与R型细菌混合培养，能分离得到S型细菌，说明加热杀死的S型菌中存在能将R型菌转化为S型菌的因子。
3 1944年，Avery证明DNA是遗传物质的过程答：Avery他们从S型细菌细胞物质中抽提并纯化出转化因子，将它用多种蛋白水解酶处理后，并不影响转化效果，如果用脱氧核糖核酸酶去处理则转化消失，从而直接证明了转化因子是DNA.四、选择题：1 E.coli含有一个cccDNA，约编码2000个基因。
2 E.coli的基因组测序1997年完成，E.coli cccDNA 有基因4.6×106 bp,含4288个基因第二章基因突变和损伤DNA的修复一、名词1基因突变(gene mutation) : 是指基因的分子结构(核苷酸顺序)的改变1.形态突变——可见突变2.生化突变：指没有形态效应的突变（去年考题）3.致死突变：指引起个体死亡或生活力下降的突变4.条件致死突变：指在某些条件下能成活, 而在另一些条件下是致死的突变二、问题1根据突变对表型的效应，基因突变分为哪些类型？（去年考题）答：1形态突变：肉眼可见，即有关形状、大小、生育状态、颜色、颜色分布等表型变化的突变；2：生化突变：没有形态：指没有形态效应的突变；3致死突变：引起个体死亡或活力下降的突变4：条件致死突变:指在某些条件下能成活而在另一些条件下是致死的突变。
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。
微生物的转座因子
总结：以符号
• 用“::”表示各类转座子的插入，如： gal T::IS1 , gal E::IS4 , gal OP::IS1
第二节 细菌转座子的插入机制和转座模型
一、插入机制 • 靶序列DNA双链被交错切割 • 转座因子插入到切口处，两条链的各一端共价相连 • 靶序列的单链部分通过复制修补上，原来的靶序列转 座后变为转座子两侧的正向重复序列，其长度与Tn种 类有关，有的4bp有的9bp。
二、转座因子的遗传学效应
• 转座因子能引起许多遗传效应，主要包括：插入突变、 极性效应、DNA重排(缺失、扩增和倒位)等。 1. 插入突变 • 插入结构基因，引起钝化或失活，插入位点出现新基因。 如： lac + lac::Tn kmr 表型为 kmr Lac—，增加了卡那霉素抗性基因。 插入的基因被破坏后，有可能出现各种各样的突变体。
• 3. DNA重排(缺失、扩增和倒位) • (1)当一个转座因子插入后由于不准确的切离带来染色 体的畸变。如： hisG::Tn10 Tcr 表型His- Tcr 准确切离 不准确切离
his+ Tcs
his - Tcs
• (2) 插入区域有两个或以上转座子时，有时还会出现少 数核苷酸对的缺失、重复、倒位等。转座因子插入引 起缺失的原因推测可能是： – 首先一个转座子以相同方向转座到含有另一相同转 座子的邻近位置上，这两个正向重复的转座因子之 间发生同源重组，就导致宿主染色体上两个转座子 之间DNA片段的缺失。 – 同理，如果转座因子以相反方向转座到含有另一相 同转座子的邻近位置上，然后发生重组，引起宿主 染色体上两个转座子之间DNA片段的倒位。 – 当染色体外一个含有转座因子的DNA片段呈环型状 态时，与包含相同转座因子的染色体发生同源重组， 可以使染色体外的DNA片段整合到染色体上，引起 染色体DNA的扩增。
第七章微生物中的转座因子
第七章微生物中的转座因子转座因子指的是能够自主在基因组中移动位置的DNA序列。
它们可以跳跃到不同的基因组位置，导致基因组的重排，并且在细菌、真菌和其他微生物中普遍存在。
转座因子对微生物的遗传多样性和适应性起着重要作用，对宿主生物体的进化和适应也具有重要影响。
微生物中的转座因子按照结构和机制分为两大类：DNA转座子和RNA转座子。
DNA转座子是通过DNA中间体复制和切割粘合的方式进行转座的，包括绝大部分的转座因子。
RNA转座子则是通过RNA/DNA复合物的方式进行转座，具有更加复杂和多样的机制。
DNA转座子的典型代表是转座子IS（insertion sequence）。
IS转座子是一类相对较小的DNA序列，通常只包含了一个或几个转座酶基因和相应的转座序列。
IS转座子通过转座酶的作用，将自身从一个位置剪切并插入到新的位置，从而实现在基因组中的移动。
IS转座子广泛存在于细菌和真菌中，是它们基因组结构和多样性的重要组成部分。
IS转座子在溶解耐药基因、产生新的代谢功能基因等方面发挥着重要作用。
另外一类重要的DNA转座子是复合转座子。
复合转座子一般由两个或多个转座因子组成，它们通过自身的转座酶互作，形成复合转座体，然后一起在基因组中移动。
复合转座子的形成和移动往往伴随着DNA重组和基因组重排，因此对微生物的遗传多样性和适应性有着重要影响。
复合转座子在微生物中的分布和多样性非常广泛，对微生物的菌种形成、毒力因子的产生等方面起着重要作用。
除了DNA转座子外，微生物中还存在RNA转座子。
RNA转座子是通过RNA/DNA复合物的方式在基因组中移动的，它们通常由一个或多个转座因子基因和相应的转座序列组成。
RNA转座子的转座过程被称为逆转录（retrotransposition），它们通过逆转录酶将自身的RNA转录为DNA，然后将新合成的DNA插入到新的位置。
RNA转座子在微生物中的分布较广泛，被认为在细胞的进化和适应中起着重要作用。
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转座酶负责识别切割转座子的两端以及在靶位点造成切口。 有些IS含有2个或2个以上的开放阅读框架，它们除编码转座 酶外，还编码用于调控转座酶活性的调节蛋白。
细菌抗药性转座子一般可分为两类：
复合转座子 (composite transposon) 复杂转座子 (complex transposon)
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1.复合转座子
复合转座子是由两个完全相同或类似的插入序列IS和某种 抗药性基因组成的复合因子，IS作为Tn的两个臂或称两个末 端，两个IS在Tn中做正向或反向排列。在这类转座子中，IS 可以带动整个Tn的转座，也可单独进行转座。
CamR Tn9 2638bp
TetR Tn10 9300bp 第13页/共61页
IS1 IS10
2.复杂转座子(TnA转座子)
复杂转座子的长度约5000bp，它的两端是长度为3040bp的末端反向重复序列(IR)或正向重复序列(DR)，中 央是转座酶基因和抗药性基因。
这类转座子总是作为一个单位转座，而不是象复合转座 子那样，其IS末端本身就能独立转座。由于复杂转座子性 质和结构非常相似，其IR顺序大小接近，而且大部分具有 同源性，因此为了讨论方便，常将这类转座子统称为TnA 转座子。
1bp差异
相同 相同 相同
完整功能 功能减弱
完整功能 无功能
都有功能
都有功能
都有功能
G-细菌
G-细菌
G-细菌 G-细菌 G-细菌
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上表是一些复合转座子的基本特征，可以看出，Tn9、 Tn903和Tn1681中两个IS完全相同，而Tn10的左臂 (1S10L)和右臂(IS10R)之间有2.5％的碱基序列差异， 不过IS10L和IS10R的末端反向重复序列是完全相同的。
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第一节 细菌转座因子的类型和结构
细菌转座因子分为四个类型： 插入序列（insertion sequence，IS） 转座子（transposon，Tn） 转座噬菌体（Mu） 接合型转座子
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一、插入序列
插入序列也称IS因子，它是最简单的转座因子。 IS因子的 长度一般为0.7-2.5 kb。
几乎就在发现IS因子的同时，微生物学家和遗传学家注意 到细菌中某些对抗抗生素的基因能从一种DNA分子转移到 另一种DNA分子。因此，将带有抗性基因并能在不同的 DNA分子之间移动的遗传单位叫做细菌转座子(bacterial transposon，Tn)。 Tn与IS的主要区别是携带与转座无关的药物抗性或其他特 性的基因。Tn一般具有抗生素抗性的基因，因为这些基因 容易鉴别，故研究得较为广泛和深入。
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插入序列的结构，IR表示反转重复
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③ 在IS插入时，在靶DNA位点产生一个短的、长度一般为39bp正向重复顺序(direct repeat sequence，DR)，分布在 IS的两侧。
IS插入目标DNA的靶序列（5bp）以及在IS两端的同向重复位点（蓝色阴影）。
由于插入序列不编码可检测的表型性状，因此根据 上述IS的特点，就可进行判断和鉴定。
根据转座因子的转座机理，将转座因子分为两类： 第一类是DNA转座子(DNA transposon)，其转座过程是 从DNA→DNA，这类转座因子存在于原核生物和真核生物 中，如细菌的转座子和插入序列； 第二类是反转座子(retrotransposon)，其转座过程是以 RNA为中间体，即从DNA→RNA→cDNA → DNA转座。
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表：部分插入序列的特征
插入序 长度/bp 反向重复序
列
列长度/bp
IS1
768
ห้องสมุดไป่ตู้
23
IS2
1327
41
IS3
1400
38
IS4
1428
18
IS5
1195
16
靶位点长度 在染色体中
/bp
的拷贝数
9或8
6-10
5
4-13
3-4
5-6
11或12
1-2
4
11-12
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二、细菌转座子
一般来说，一个IS结构单位能转座它本身或整个转座子。 当一个复合转座子的两个IS不同时，该转座的转座子主 要依靠其中一个IS的功能(如Tn10中的IS10R和Tn5中 的IS50R)；当两侧IS完全相同时，其中任何一个都能行 使该复合转座子转座的功能。
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IS1 （C）
IS10
Tn5 5700bp
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转座子结构示意图：（A）为Tn5，在两个相向反转重复序列之间含有 抗Km、抗Ble、抗Str的基因。（B）为Tn3，在两个反向反转重复序列 间除含有编码转座酶基因外，还含有抗Ap的β-内酰胺酶基因和解离酶 （Resolvase）基因。
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Tn还编码其他特性的蛋白，例如Tn951带有乳糖发酵基因； Tn1681编码胞外肠毒素(enterotoxin)，是某些大肠杆菌 菌株致肠病的因子。除此以外，不少转座子决定着细菌对 汞、镉和砷等金属离子的抗性。
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TnA转座子广泛存在于细菌中，从不同地区不同菌种分 离到的质粒都携带有TnA转座子。
如：南非的鼠伤寒沙门菌的R1质粒 英国铜绿假单胞菌的RPl质粒 鼠伤寒沙门菌质粒R648 大肠杆菌质粒R6k等。
命名：根据发现的先后或发现人的意愿，其命名是在IS后 面用阿拉伯数字，如在大肠杆菌中几个不同的IS拷贝被命名 为IS1、IS2、IS3等等。每一种类型的IS因子都有它自己特 征性的反转重复序列。
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插入序列的结构有以下3个特点：
① 在IS的两端含有长度为10～40bp反向重复序列 （inverted repeat sequence，IR），两端的反向重复序列 在IS的切割和DNA链转移中起作用。
转座子
Tn10
Tn5
Tn903 Tn9
Tn1681
长度kb
9.3
5.7
3.1 2.5 2.08
遗传标 末端特
记
征
TetR IS10R IS10L
KanR IS50R IS50L
KanR IS903
CamR IS1
胞外肠 IS1 毒素
末端两 IS排向
反向
反向
反向 同向 反向
IS关系 IS功能 来源
2.5%差异