3 遗传重组与转座(第3节至第4节)

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转座子质粒遗传重组

转座子质粒遗传重组

A+ B
共和体
(二)转座子的复制过程
经几个世代
(三)转座作用模型Ⅰ——对称模型
(四)转座作用模型Ⅱ——非对称模型
三、转座效应
1、转座的遗传效应:
转座最典型的作用是引起不稳定的突变等位基因。 转座子导致突变,插入致基因失活是转座最 直接的效应。 转座也可干扰宿主基因与调控元件之间的关系, 或改变DNA结构而影响基因表达。
的繁殖密切相关。
需要蛋白质合成和 DNA polⅢ 的存在。 每个细胞只有 1~5个拷贝。
2、松弛型质粒的复制:
在整个细胞周期中随时都可进行复制。 需用DNA polⅠ的存在。 在细胞内有10~200个以上, 甚至多达数千个。
质粒复制方式: 均为半保留复制,并在复制周期内保持环状结构。
质粒复制形式多样,包括: 单向复制、双向复制、单向与双向并存。
(二)质粒的不相容性
质粒的不相容性是指细菌质粒不能在相同 细胞中同时存在的现象。
当某种质粒在宿主细胞内存在时,会阻止 其它质粒进入细胞寄宿,这种质粒称为 不相容质粒。
(三)质粒的转移性
通过细菌的结合作用,F 质粒在不丢失本 身的情况下,可从一个细胞转移到无F 质 粒的另一个细胞中。
的能力; 染色体上有20多个整合位点,F质粒对其亲和力
不同,形成Hfr 细胞株的频率也是不同的; F 质粒的整合方向可以是顺时针,也可逆时针; F 质粒可从一个细胞转移到另一无F 质粒的细胞。
(二)R 质粒——耐药性质粒
R 质粒由抗性转移因子(RTF)和决定抗性 因子(r-决定子)两部分DNA片段组成。
4361 bp 2686 bp 2743 bp 3162 bp
Tetr Ampr Ampr LacZ Ampr LacZ Ampr LacZ

第五章 重组和转座

第五章 重组和转座

• 整合反应由λ噬菌体int基因的产物整合酶
(integrase, Int)催化。Int是一种DNA结 合蛋白,对POP ’ 序列有强的亲和力。 • 整合反应还需要一种有大肠杆菌编码的一 种细菌蛋白,称为整合宿主因子IHF (integration host factor, IHF) 。 • Int和IHF可以在体外进行位点特异性重组。
单链侵入模型:异源双链首先只在两个DNA分子中的一个形成。 Holliday中间体形成以后通过支链迁移能够在另一个DNA分子上产 生异源双链,这样就解释了异源双链是如何形成的。
双链断裂模型
二、异源双链和基因转换:
• 同源性重组时,在两个DNA分子之间互补碱
基配对的区域称为异源双链区 (heteroduplex region)。 • 由于异源双链区存在不配对碱基,两条链 就会在不配对部位发生错配。修复与否, 可以通过子囊菌减数分裂时孢子的分离情 况加以判断。

Insertion sequences have inverted terminal repeats and generate direct repeats of flanking DNA at the target site. In this example, the target is a 5 bp sequence. The ends of the IS consist of inverted repeats of 9 bp, where the numbers 1 through 9 indicate a sequence of base pairs.
3.Tn A家族:
• TnA是复制型转座的转座子,长约5kb左右 。 • 两端具有末端反向重复序列(而不是IS),长约38bp左右, •

可移动的遗传因子(转座子)

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

第三章基因重组

第三章基因重组
是一种以溶菌和溶源周期性交替方式生长 的噬菌体,它不象λ 噬菌体那样有一定的整 合位点.
Mu噬菌体的整合特征将在基因表达与调控 一章讲解.
三. 转座子机制
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(312bp)、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。不同转座子的靶序列长度不同。
在DNA内切酶的作用下,在相同位置同时切开; C:切开的单链交换重接; D:形成交联桥结构;
E:交联桥沿配对DNA分子“移动”。两个亲本 DNA分子间造成一大段异源双链DNA ( Holliday结构)
F:绕交联桥旋转1800; G:形成Holliday异构体; H、通过两种方式之一切断DNA单链,若左右切,
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”。
转座理论不被接受
在当时,占统治地位的染色体遗传学理论认为, 生物细胞内的遗传物质比较稳定,遗传基因以一 定的顺序在染色体上作线性排列,彼此之间的距 离也非常稳定。常规的交换和重组只发生在等位 基因之间,并不扰乱这种距离。除了在显微镜下 可见的、发生频率极为稀少的染色体倒位和相互 易位等畸变可以改变基因的位置外,人们还从未 认识到,也难以设想出基因会从一处跳跃到另一 处。
二.转座子的定义与结构特征
DNA的转座,或称移位(transposition), 是由可移位因子(transposable element)介 导的遗传物质重排现象。
已经发现"转座"这一命名并不十分准确, 因为在转座过程中,可移位因子的一个拷 贝常常留在原来位置上,在新位点上出现 的仅仅是拷贝。因此,转座有别于同源重 组,它依赖于DNA的复制。

中山大学遗传学课程《第三章 遗传重组和转座遗传因子》

中山大学遗传学课程《第三章 遗传重组和转座遗传因子》

根据切除修复原理,基因转变的几种类型产生的 分子机制可以归纳如下(图8-8)。
1.两个杂种分子均未校正(图8-8A)复制后 出现异常的4+∶4g(或3∶1∶1∶3)的分离。
2.一个杂种分子校正为+,或校正为g时,则 发生另一种类型的半染色单体转变,前者修复 后出现5∶3的分离,后者子囊孢子的异常分离 比为3∶5(图8-8B)。
直到1968年她的研究才引起科学家们的重视,她本 人也与1983年获得诺贝尔奖,这时距她的发现已隔 了30多年。
McClintock关于玉米籽粒颜色的解释
玉米糊粉层颜色的控制涉及多对基因,假设A1、A2、 R、Pr基因均为显性,则当C基因为野生型时,胚乳 呈紫色。若C基因的突变阻断了紫色素的合成,那 么胚乳为白色。在胚乳发育过程中,若突变发生回 复则产生斑点。回复突变发生得越早,产生的紫斑 就越大。而C基因的突变是由一个可移动的控制因 子(转座子)引起的,称为解离因子 (dissociator,Ds),它可以插入到基因C中,即转座。 另一个可移动的控制因子是Ac,称激活因子 (activator),它的存在可以激活Ds转座进入C基 因或别的基因,也能使Ds从基因中转出,使突变基 因回复。这就是Ac-Ds系统。
环状DNA分子的重组
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
三、基因转变及其分子机理
(一)异常分离与基因转变 基因转变(gene conversion):一个基因转变为
它的等位基因的遗传学现象。(源于基因内重 组) M.B.Mitchell在粗糙脉孢霉的杂交试验中发现。 需要pd型xp(缺陷型1):酸度敏感的VB6(吡哆醇)

分子生物学课件第六章DNA重组和转座

分子生物学课件第六章DNA重组和转座
1.1 概述
1.1.1 重组与变异
变异是生物进化的重要因素之一,生物对环境的适 应机制,自然选择的重要基础。 可遗传的变异: 突变 (点突变,染色体变异) 频率低,突变修复
遗传重组交换 染色体的自由组合 普遍发生 染色单体间的交换 自然界DNA分子均是重组体
分子克隆和转基因技术(in vitro) 分子生物学课件第六章DNA重组和转座
第六章 DNA的重组与转座
1 DNA的重组
1.1 概述 1.1.2 遗传重组的类型
根据的DNA序列和所需蛋白质因子的要求进行分类:
同源重组(homologous recombination)、位点专一 性重组(site-specific recombination)和转座重组 (transposition recombination)和异常重组 (illegitimate recombination)
3’
5’
切割
5’
3’
Meselson-Radding模型 单链入侵模型(链转移模型)
置换
侵入
同化 异构化 分支迁移
分子生物学课件第六章DNA重组和转座
双链断裂重组模型 实验表明,两DNA分子必需具有75 bp以上的同源区才 能发生同源重组,同源分区子生物小学课于件第六此章D数NA重值组和转将座 显著降低重组率。
遗传重组:生物体内的基因交流。 重组DNA技术:体外人为地将不同源的DNA组合在一起。
1.1.4 遗传重组的生物学意义
它能迅速增加群体的遗传多样性(diversity); 使有利突变与不利突变分开(separation); 通过优化组合(optimization)积累有意义的遗传信息。
分子生物学课件第六章DNA重组和转座

动物遗传学 第四章 遗传信息的改变

动物遗传学 第四章  遗传信息的改变

Reciprocal translocation
3.易位的效应
改变正常的连锁群
假连锁现象:易位纯合体 一般正常,易位杂合体常表 现不育。
降低繁殖机能和生产性能。
产生位置效应:基 因改变位置
基因重排导致癌基 因活化,产生肿瘤。
先天愚型患者
二、染色体数目的变异
染色体组:每一种同源染色体之一构成的一套 染色体,称为一个染色体组。
(四)染色体数目变异的产生
染色体分裂,细胞不分裂,染色体成套增加,产 生多倍体。 染色体发生不正常分裂,姐妹染色体不分离,形 成不正常配子。
(五) 染色体数目变异在育种上的应用
多倍体育种:鱼、虾、贝等海洋生物已才用此方 法育种。
滴加秋水仙素
单 倍体 育种: 直接 选择 配子 的方 法。
一个染色体组的细胞或生物(x)。 单倍体:含有配子染色体的生物(n)。
练习:
1、一倍体一定是单倍体吗?单倍体一定是一倍体吗? 一定 不一定 2、二倍体物种所形成的单倍体中,其体 细胞中只含有一个染色体组?
答:对,因减数分裂形成配子时,同源染
色体分开,导致染色体数目减半。
3、如果是四倍体、六倍体物种形成的单倍体,其体 细胞中就含有两个或三个染色体组,我们可以称之 为二倍体或三倍体吗?
答:不可以,因是正常体细胞的配子形成的物种,只
能称单倍体。
4、单倍体中可以只有一个染色体组,但也可以有多 个染色体组,对吗? 答:对,如果本物种是二倍体,则其配 子所形成的单倍体中含有一个染色体组; 如果本物种是四倍体、六倍体等多倍体, 则其配子所形成的单倍体含有两个或两 个以上的染色体组。
(2) 假显性或拟显性
显性基因缺 失使同源染色 体上的隐性基 因得以表现。

遗传重组方式和转座子的遗传分析课件(PPT 56页)

遗传重组方式和转座子的遗传分析课件(PPT 56页)
2、同源性重组的两个特点:
(1)、DNA联会和重组无严格的碱基序列特异性,两条 DNA只要有足够长的同源区(序列相同或接近),重 组就可在同源联会区的任何一点发生。
基因组内的重复序列→不对称联会→重复、缺失等; 远缘杂交子代→同源联会→交换重组→代换系; 基因抢、微注射等引入的外源DNA→同源重组→整合。
2008年8月
四川师大生科院张光祥
4、发生同源重组的三个基本条件
➢两个DNA分子的同源区必须进行同源联会(synapsis)。 ➢同源区越长越有利,同源区太短,越难于发生重组。
大肠杆菌:活体重组至少要有20-40bp同源区;与l噬 菌体或质粒重组要求313bp同源区。枯草杆菌基因组与质粒 重组需要的370bp同源区。哺乳动物:150bp以上同源区。
第十三章
遗传重组方式和转座子的遗传分析
教师:张光祥 Email:zhgx-163@
生物的遗传重组概述 同源性重组
位点特异性重组 转座因子及其遗传效应 拷贝选择的重组方式简介
第一节、生物的遗传重组概述
一、遗传重组的定义、类型
1、定义:遗传重组就是已有基因的重新组合或洗牌,其 本质就是DNA分子的重新组合、DNA序列的替换和拼接。
B侵A
B连A

b
a

b
a
b接a
Holliday A 中间体
A
拆分
B
旋转
方式2
变构
a
b
b
a
a
分支
B 交叉 A 桥
b 结构 a
a 连 接B
A a
拆分 方式1
A
B
b
拆 结分 果 A
B
b
a
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双转座子插入所引起的外显子改组示意图
8、真核生物的转座成分
根据转座机制目前分为两类: a) 转座机制与细菌的转座子类似 遗传信息: DNA→DNA
♥ 玉米的Ac-Ds元件、果蝇的P元件和FB元件等
b) 转作机制类似逆转录病毒 遗传信息: RNA→DNA→RNA

如:逆转录病毒、果蝇的Copia元件、酵母的Ty元件
不准确切除:留下转座子残迹,产生插入突变,但 转座子标志消失。
转座子切离所造成的序列变异
⑥外显子改组
当二个转座子被同一转座酶识别而整合到染色体的邻
近位置时,则位于它们之间的序列有可能被转座酶作用而 转座,如果这DNA序列中含有外显子,则被切离并可能 插入另一基因中,这种效应称为外显子改组(exon shuffling)( 图)。 外显子改组将导致基因组中新基因的产生。
得1983年的诺贝尔奖。
玉米地中的先知 Barbara McClintock (芭芭拉· 麦克林托克):1902-1992
2
转座子的定义
1)转座子(元)或转座元件 (transposon or transposable element): 即能够反复插入到基因中许多位点的特殊DNA片段, 它们可从一个位点转移到另一个位点,从一个复制子到另 一个复制子。
M型(母本贡献的,maternal contributing)
M(♂)×P(♀) P(♂)×M(♀) 后代不育 后代可育。
阻遏P因子的转座
转座酶
雄性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
P 品系 (P♂×P♀) 雌性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
P 细胞型 66KD 阻遏物
66K
阻遏物 抑制所 有P 因 子 转 座 P 因 子 合成转 座 酶
雄性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
P ♂×M♀ 雌性染色体
P 细胞型
87K
杂种不育 M ♂×P♀ 雌性染色体 P 因子
ORF0 ORF1 ORF2 ORF3
雄性染色体 无 P 因子
P 细胞型 66KD 阻遏物
DNA的转座 (DNA transposition)
主要内容
1. 转座的发现 2. 转座子的定义 3. 转座子的转座特点
4. 转座子的分类
5. 转座机制
6. 转座类型
7. 转座引起的遗传学效应
8. 真核生物的转座成分
1、转座的发现
上个世纪50年代初, McClintock发现了可以移动 的遗传因子(transposable genetic elements),因此获
玉米的Ac-Ds元件
Ac和Ds这两个因子都位于玉米的第九号染色体短臂,在色素基因C 的附近。 Ac因子全长4.5kb,有5个外显子,其产物是转座酶。Ac因子两端 是长11bp的反向重复序列(IR); Ds因子长0.4-4kb,它的中间(在转座酶基因中)有许多种长度不等的
缺失, 如Ds9只缺失194bp,而Ds6则缺失2.5kb,Ds的两端也都有11bp
复合转座子的转座特点
◆通常情况,可以作为一个整体进行 转座; ◆极少情况,含有的一个或两个IS元 件也可进行单独转座。
5 转座一般机制
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。
6 转座类型
跟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)
插入位点若在一个基因的前端功能基因中,可能造成 移码或终止密码突变。
② 造成插入位点靶DNA的少量碱基对重复
IS1、Tn10: 造成9bp的重复。 IS3: 造成3或4bp的重复。 IS4: 造成11bp的重复。
③ 插入位点出现新基因
复合转座子带有抗性基因(如抗药性基因ampc),可
产生两方面效应:一个基因的插入突变;出现抗药基 因。
转座子存在于所有生物体内,人类基因组中由35%的序列为转座序列, 其中大部分与疾病有关。
3 转座子的转座特点
(1) 基因组内移动; (2) 不依赖于供体与受体间的序列关系;
(3) 一般仅移动转座子序列本身。
4. 转座子的分类
3.1 插入序列(IS,简单转座子) 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
插入序列的转座特点
◆作为一个整体进行转座。
复合转座子的结构特征
(1)中间区域含编码转座酶以外的标记基因;
(2)两端具有插入序列;
(3)两末端是反向重复序列; (4)靶位点存在短正向重复序列。
Tn1681
IR IR
大肠杆菌热稳定 毒素I 基因
IR
IR
IS
552 bp
IS
A composite transposon has a central region carrying markers flanked by IS modules.
Tn1681
IR
IR
大肠杆菌热稳定 毒素I 基因
IR
IR
552 bp
④ 引起染色体畸变
在一个染色体上(甚至不同染色体上)若有同一转座 子的两个拷贝,其提供的相同重组位点,可导致缺失、倒
位插入。
方向相同:产生缺失。 方向相反:发生倒位。
通过转座子介导的姐妹染色单体间的染色体内异位交换
⑤ 切除效应 指转座子从原来位置上消失。 准确切除:使原插入发生恢复突变。
时保持核苷酸的保守性。与λ整合机制相似,也能够携带供体的
DNA进入到受体DNA中。
7 转座引起的遗传学效应
1.转座引起插入突变;
2.造成插入位点靶DNA的少量碱基对重复;
3.插入位点出现新基因;
4.引起染色体畸变; 5.切除效应; 6.外显子改组
① 转座引起插入突变
IS、Tn 和 Mu 噬菌体都可能引起插入突变。
复制性转座:转座子作为可移动的元件被复制,一个拷贝保留在 供体原来的部位不变;另一个拷贝则插入到受体的位点上,结果 供体和受体都有一个转座子的拷贝。
非复制型转座:转座子从供体一个位点转移到受体新位点处,供体
位点留下缺口,受到损伤(严重时致死)或宿主修复系 统识别修复。
保守型转座:转座过程中,转座子没有被复制,插入到受体位点
66K
阻遏物 抑制所
有P因 子转座
图 23-57 杂种不育取决于基因组中 P 因子和不同类型细胞中 66KD 阻遏物的相互作用。 ( 仿 B.Lewin:《GENES 》Ⅵ,1997, Fig.18.27)
插入序列(IS)的结构特征
(1)含短的末端反向重复序列;
(2)含编码转座酶的基因;
(3)靶位点存在 5-9 bp 的短正向重复序列。
IR
中间序列(编码转座酶)
IR
In this example, the target is a 5 bp sequence. The ends of the transposon consist of inverted repeats of 9 bp.
的反向重复序列。 Ac和Ds的末端反向重复几乎是一样的,只有一个不同之处:Ac两
端最外边的核苷酸是彼此不互补的T:G,而Ds是互补的T:A(图)。
Ac-Ds转座元件结构示意图。右边示Ac及Ds元件的单链DNA末端反向重复 配对所形成的茎环结构,这种结构可能对转座有意义
由于缺失转座酶,Ds因子不能自主移动,因此Ds因
子是非自主移动的受体因子(dissociator),而Ac则为自主 移动的调节因子(activator ),Ds的转座依赖于Ac元件的存 在。 Ac、Ds的转座属于非复制机制,即不是复制一份拷 贝后将拷贝转移,而是直接从原来位置消失。
玉米转座因子对胚乳颜色的影响
二.果蝇中的P元件
“ 杂种不育”(hybrid dysgenesis)。 P型(父本贡献的,paternal contributing)
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