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1、,转座子概述,主讲内容,一、转座子的概念二、转座子的分类三、转座发生的机制四、真核生物的转座因子,转座子（transposon,简称Tn）,又称易位子，是指存在于染色体DNA上可以自主复制和移位的一段DNA序列。转座子可以在不同复制子之间转移，以非正常重组方式从一个位点插入到另外一个位点，对新位点基因的结构与表达产生多种遗传效应。,一、概念,Ac-Ds转座元件,1951年McClintock-麦克林托克提出转座（Transposition）和跳跃基因(jumping gene)的新概念；1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子（transposable element）。,Ba
2、rbara McClintock(1902-1992),Nobel Prize for Physiology or Medicine 1983,二、转座子的分类,1、插入序列(insertional sequence IS),特征：两端都有短的4-15bp的正向重复序列(direct repeats,DR)（靶序列）；末端有略长的15-25bp的反向重复序列(inverted repeats,IR)；1kb左右的编码区，它仅编码和转座有关的转座酶。,IS序列的结构特征比较,2、复合转座子（composite transposon）,复合转座子是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，
3、其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列。,the arms that are direct repeats,the arms are inverted repeats,The arms may be in either the same or(more commonly)inverted orientation.,复合转座子的中心区携带有标记(如抗药性)，两侧有IS 序列。每个IS 具有短的末端重复。,部分复合转座子的结构和功能,3、复杂转座子：TnA家族 携带转座和耐药等基因的独立体家族。,TnA家族带有3个基因，其中一个编码-内酰胺酶(AmpR),另两个则是转座作用所必需的。所有TnA类
4、转座子两翼都带有38bp的倒置重复序列。,转座子TnA的结构示意图,转座过程,转座酶（transposase）催化IS的转座，它由IS编码。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(Direct repeat)或靶重复。,DNA转座的一般模式,三、转座作用的机制,1、复制型转座(Replicative transposon)：在相互作用时，转座子被复制，转座实体是原转座子的一个拷贝。转座子中作为移动的部分被拷贝。一个拷贝保留在原位点，而另一个则插入到新的位点。,复制型转座产生转座子的一个拷贝，由该
5、拷贝插入到受体位点，供体位点序列不变，因此供体和受体位点都有一个拷贝的转座子。,2、非复制型转座(Nonreplicative transposon)：转座因子做物理性运动，直接从一个位点转移到另一个位点。这种转座过程中涉及到转座子从供体DNA的释放，机制需要一个转座酶。非复制型转座导致转座子插入到靶位点以及从供体位点丢失。,非复制转座中转座子仅从供体位点向受体位点做物理性移动，从而 在供体位点造成链的断裂，若断裂不被修复，后果将是致命的。,3、保守型转座(Conservitive transposon)：描述了另一种非复制型转座，在这种情况下，通过一系列事件，转座元件从供体位点上切除，然后插
6、到靶位点上。在这一过程中，碱基是保守的。运用这一机制的转座子较大，不仅可以转移转座子本身而且还以将供体菌的DNA 转移到另一个细菌。,保守性转座只是序列的直接移动，没有核苷酸键的损失，原位点没有链断裂。这与噬菌体的整合、删除有相似性。,转座作用的遗传学效应,转座子引发了许多遗传变异，如基因重排及质粒-染色体DNA整合等，DNA转座的遗传学效应主要有以下几个方面：转座引起插入突变；转座产生新的基因；转座产生的染色体畸变；转座引起的生物进化。,转座引起插入突变,各种IS、Tn转座子都可以引起插入突变。如果插入位于某操纵子的前半部分，就可能造成极性突变，导致该操纵子后半部分结构基因表达失活。,转座产
7、生的染色体畸变,当复制性转座发生在宿主DNA原有位点附近时，往往导致转座子两个拷贝之间的同源重组，引起DNA缺失或倒位。若同源重组发生在两个正向重复转座区之间，就导致宿主染色体DNA缺失；若重组发生在两个反向重复转座区之间，则引起染色体DNA倒位。,正向重复之间的互惠(Reciprocal)重组会将它们之间的序列切除，中间区域会以环状DNA 的形式被切除(从细胞中消失)；染色体仍保留正向重复的一个拷贝。,两个正向重复的交互重组会把二者之间的序列删 除掉，每个重组产物只含一个拷贝的正向重复。,两个倒转重复的交互重组将会把二者之间的序列反向排列(但稳定存在)。,反向重复之间的区域被倒置；它们自身还
8、可进一步倒位。一个倒转模序的复合转座子在基因组内是一种稳定的元件，尽管中心区的方向可能因重组而倒转。,转座引起的生物进化,由于转座作用，使原来在染色体上相距甚远的基因组合到一起，构建成一个操纵子或表达单元，可能产生新的生物学功能的基因和新的蛋白质分子。,转座产生新的基因,如果转座子上带有抗药性基因，它一方面造成靶DNA序列上的插入突变，同时也使这个位点产生抗药性。,四、真核生物的转座因子,玉米中的控制因子果蝇中的转座子,玉米中的控制因子,玉米基因组中含有几个控制元件家族。每个家族的成员可分为两类：（1）自主控制元件 Autonomous controlling element 特点：具剪切和转
9、座的功能(2)非自主控制元件 Nonautonomous controlling element 特点：单独存在时是稳定的；可被自主控制元件激活,玉米中研究得比较清楚的两个控制因子,Ac-Ds系统(activator-dissociation system)：即激活-解离系统，通过非复制型机制进行转座Spm-dSpm系统(suppressor-promoter-mutator):即抑制-促进-增变系统,Ac-Ds系统:Ac:大部分自主因子AC中含5个外显子的单个基因，其产物是转座酶，末端11bp的IR和8bp的DR，DR是由靶位点重复而成。Ds:各种Ds因子的长度和序列都不相同，但和Ac相关。
10、其末端同样有11bp的IR。Ds比Ac短，其缺失的长度不同，一个极端的例子是Ds9因子仅缺失194bp，另一个例子是Ds6因子长仅有2.5kb，相当于Ac两端各1kb。,自主的Ac 元件大部分长度都被一个含五个外显子的基因占据。其产物是转座酶。元件末端为一个11bp的反向重复序列；在靶序列在插入位点形成8bp重复。,Spm-dSpm系统:Spm:自主性因子,具有转座、整合和解离活性；两端各有一个13bp的倒置重复序列，在其靶DNA位点复制形成3bp的正向重复。dSpm(defective Spm):非自主性因子，所有dSpm都是功能性Spm的缺失突变体；Spm-dSpm系统在功能上与Ac-Ds
11、系统相似，也可以引入基因的插入突变，影响结构基因表达，还能导致染色体断裂。,Spm/En有两个基因，tnpA 有11 个外显子，经转录拼接产生2500bp 的mRNA，tnpB 的6000bpmRNA中包含ORF1和ORF2。,果蝇中的转座子,P转座子(P element)是果蝇中诱发杂种不育(hybrid dysgenesis)的转座子。P转座子有两种类型：全长P因子：长2907bp，两端有33bp的反向重复序列(IR)，有4 个外显子(4个ORF)，编码转座酶；缺失型P因子：不能编码转座酶，依赖于全长P因子才能转座移动。缺失型P因子都是活性P因子的中段缺失型衍生物。长度从0.5kb到1.4
12、 kb不等。,果蝇P 成分有四个外显子，前三个拼接到一起在体细胞表达，四个拼接到一起在生殖细胞中表达。,在体细胞中，只有前两个内含子被顺利切除，第三个内含子未除去，RNA剪接不完整，产生前3个外显子的功能型mRNA，被翻译成66103bp的转座酶，是没有生物学活性的。这就是P因子在体细胞中转座的抑制元件。在殖细胞中，三个内含子都被成功切除，RNA剪接完整，产生的成熟mRNA包括全部4个外显子，并被翻译成87103bp的转座酶，导致P因子转座和配子败育。,P因子“杂种不育”(hybrid dysgenesis)。P型(父本贡献的，paternal contributing)带有全长和缺失型的P因子M型(母本贡献的，maternal contributing)不含全长P因子或只含缺失的P因子P（）M（）后代不育M（）P（）后代可育,杂种不育是不对称的，它是由P品系的雄果蝇和M品系的雌果蝇杂交产生的，但M品系的雄果蝇和P 品系的雌果蝇不会产生杂种不育。,杂种不育：当P品系雄果蝇和M品系雌果蝇交配时，可能由于雄果蝇DNA的进入而突然生成了转座酶，结果使很多的P因子发生转座，造成插入突变。这样杂交生下的子代出现染色体畸变和生育力下降。,Thank for your attention!,
