第二章DNA转座课件.ppt

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1、DNA的转座（DNA transposition）,1、转座成分概述,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。（在转移时原来位置上的这些结构依然存在或不存在）。,2）特点： 不必借助同源序列就可移动的DNA片段，即转座作 用与供体和受体之间的序列无关。 原核生物和真核生物均有转座子。 转座序列可沿染色体移动，甚至在不同染色体间跳 跃。,3）种类与特点,（1） 两种类型： A 简单转座子（simple transposon）

2、 或（插入序列 insertion sequence IS ） B 复合转座子（composite transposon）,（2） 特征： a）两端有2040bp的反向重复序列(IR) b）具有编码转座酶（transposase）的基因 c）复合转座子除转座酶基因外还有1数个基因。 d）转座酶催化转座子插入新位点。,A 插入序列, 最简单，是细菌染色体、质粒和某些噬菌体的正常组分，是一个自主的单位，每种IS均编码自身转座所需的蛋白质。, 命名： IS编号（鉴定类型） 长度 7002000bp,每种IS元件具有不同序列，但有共同的组织形式,插入序列IS1的结构,B 复合转座子 表示法：通常以Tn

3、和后面加上数码表示， 如Tn903。 结构: a. 除有转座酶基因外还有其它表型基因， 如：抗药基因，使宿主具表性效应。b. 两侧有重复序列。c. 有的转座子的重复顺序就是IS。 功能：和 IS 一样可以从一个位点转座到另一个位点。,复合转座子结构示意图,IS1,IS1,a) Tn / TnA family,l 具有IR、转座酶基因、 调节基因（解离酶）、 抗抗生素基因, 两种类型,b）两端重复序列为IS的复合转座子,e.g. IS插入到功能基因两端，可能形成复合转座因子,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，I

4、S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。, 当两个IS组件相同时，其中任一个都可行使转座功能, 不同时，主要依靠一个, 两侧的IS既可以是IR，又可以是DR状态（IR多）,2、转座噬菌体 Mu phage （巨型转座子 ）,C repressor for A, BB 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,G 倒位区 38kb,P,gin,以E.coli为寄主的温和型噬菌体（溶源、裂解）,Mu的插入途径,a） 侵入的Mu在溶源化过程中任意插入寄DNA,b） 进入裂解生长后

5、，复制产生后代Mu DNA几乎全部插入寄主DNA中，并可继续转座（形成寄主DNA和Mu的共合体），噬菌体成熟时，切段共合体包装,1）转座的一般模式,3、转座子的转作机制与模式,转座子插到新的位点上，靶DNA上产生交错切口，所形成的单链末端与转座子两端的反向重复序列相连，由DNA聚合酶填补缺口，DNA连接酶封闭切口。 转座结束后，靶DNA发生一个整向重复序列。,2）复制型转座模式（replicative transposition）,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。需两种酶：转座酶(transpo

6、sase)：作用于靶位点和原来转座子两端。解离酶(resolvase)：作用于复制后的拷贝。,过程,a) 共合体形成 切口连接复制,b) 拆分,靶位点的DR形成,3） 非复制型转座（nonreplicative transposition) 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。 只需转座酶,4） 保守型复制（conservative transpositionJ),另一种非复制型。与整合机制相似其转座酶与整合酶家族有关。,5）TnA转座模式, 复制型转座 转座酶(tnpA)、 解离酶(tnpR), 解离酶需要特异的内部位点 双

7、重功能：解离功能 tnpA及自身的阻遏物, 拆分位点 res 共合体拆分位点, 转座结果产生5bp 的正向重复序列,a) 不依赖供体序列与靶位点间序列的同源性,b) 转座不是简单的转移，涉及转座子的复制,Hotspots (热点)Regional preference ( 在3kb区域内的随机插入),d) 某些转座因子（Tn3）对同类转座因子的插入具有排他性 （免疫性）,e) 靶序列在转座因子两侧会形成正向重复,f) 转座因子的切除与转座将产生复杂的遗传学效应, 转座的特点,c) 转座插入的靶位点并非完全随机（插入专一型）,4、转座子转座频率的调控, 每个转座子控制自身转座的核心-控制转座酶的

8、水平 不到一个转座酶分子世代细胞,1）、Tn10转座机制, Tn10为复合型转座子, IS10R元件提供转座酶活性-合成转座酶的序列, 自发转座频率-107, Tn10转座酶水平是控制转座的关键, 有两种控制转座的方式,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 向右转录宿主DNA, INRNA和OUTRNA 有36bp的重叠 稳定性： OUTRNAINRNA, 大量OUTRNA作为 INRNA的反义RNA,b） 甲基化作用控制转座酶合成及其与DNA的结合, Tn10转座酶启动子含有GATC序列（其它转座子）

9、, E.coli中Dam甲基化酶 作用使启动子相对钝化 只能利用刚刚复制完成 时出现少数转座酶, IS10R的末端 IR也含有GATC， 甲基化的GATC不能 结合转座酶, Tn10在DNA刚刚 复制后发生转座,5、转座子的某些遗传学效应, 转座引起插入突变;IS、Tn 和 Mu 噬菌体都可能引起插入突变。插入位点若在一个顺反子（cistron)的前端功能基因中，可能造成极性突变（移码或终止密码突变）。,指减低蛋白质合成速度的基因突变, 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。, 插入位点出现新

10、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。, 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。, 转座引起的生物进化,通过转座子介导的姐妹染色单体间的染色体内异位交换, 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。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,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

11、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。,双转座子插入所引起的外显子改组示意图,（1） 可使原来相距较远的基因组合在一起，形成一个操纵子。（2） 产生一个新蛋白，把原来两段分离的DNA序列连在一 起。（3） 启动子部位的插入可使基因打开或关闭。（4）过多转座（频率过高）对细胞不利，细胞在长期进化中形成 了一些不利于转座的代谢途径，可与转座过程平衡。（5） 转座基因插入时，大多数受体基因均被钝化，但也有基因被 激活。（这是因为转座子有自己的启动子，在使

12、转位酶转录 的同时，也可使相邻基因转录）。,6、转座子效应的意义,7、真核生物的转座成分,a) 转座机制与细菌的转座子类似 遗传信息： DNADNA, 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： RNADNARNA, 如：逆转录病毒、果蝇的Copia元件、酵母的Ty元件,根据转座机制目前分为两类：,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,

13、如Ds9只缺失194bp，而Ds6则缺失2.5kb，Ds的两端也都有11bp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)。,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,果蝇的P因子有两种类型，一类是全长P因子，长2907bp，两端有33

14、bp的反向重复序列(IR)，有4个外显子(4个ORF)，编码转座酶(图)；另一类为缺失型P因子，它不能编码转座酶，它的转座依赖于全长P因子。缺失型P因子都是由活性P因子的中段缺失衍生而来的，长度从500bp到1400bp不等。 不带有P因子的品系称为M品系，带有P因子的品系称为P品系。 P因子的转座也属于非复制型。,果蝇P因子的结构,果蝇杂种不育仅发生在P X M中,果蝇杂种不育取决于基因组中P因子和不同细胞型中阻遏蛋白的相互作用,Copia因子是果蝇的一种反转录转座子(retrotransposon或retroposon)，所谓反转录转座子是指通过RNA为中介，反转录成DNA后进行转座的可动元件。 Copia因子由于存在大量密切相关的编码高丰度mRNAs的序列而得名。 家族数量巨大，分布广泛。,Copia因子全长5000bp左右，两端各有-个相同的276bP的正向重复序列(DR)，每个正向重复序列本身的两端还各有一个反向重复序列(IR)。当Copia因子转座插入染色体时，在插入位点上产生5bp的正向重复序列。,Copia因子的转录产物是po1y(A)+mRNA，它有两种形式，一种是完整全长的转录本，另一种是部分长度即截短的转录本，二者都有相同的5末端。翻译产生的蛋白质可能参与RNA的剪接和多肽的切割。关于Copia因子转座的具体过程和细节目前还不十分清楚。,