第十二章转座子

第十二章 转座子麦克林托克转座子的发现第一节 转座子种类与鉴别一、转座子种类自主转座子非自主转座子反转录转座子表 12-1 玉米的 3个转座遗传因子系统及其控制的部分结构基因所属系 统自主控制因子非自主控制因子 受控制的 结 构基因Dt-rDt Dt rDt a a-m1 Ac-Ds Ac Ds a-m3 a-m4 a2-m4 c-m1sh-m1 sh-m2 bz-m1 bz-m4wx-m1 wx-m5 wx-m6 wx-m7wx-m9Mp(Ac) Ds P-vvM(Ac) Ds bz2-mSpm Spm Spm(缺 损 ) a-m1(Spm) a-m2 a-m5c2-m1 c2-m2 a2-m1 a2-m5pr-m2 pr-m3 c-m5 wx-m8En(Spm) I bz2-m二、转座子鉴别1、确定基因突变发生的座位2、确定转座子类型3、确定自主因子类别4、确定转座系统突变基因位点的确定 amam(花斑 ) A2A2C1C1C2C2 a1a1A2A2C1C1C2C2 (测验种 ,无色 )a1amA2A2C1C1C2C2(表现隐性性状表现隐性性状 ,证明为该位点突变证明为该位点突变 ,其他组合表现显性其他组合表现显性 )自主和非自主转座子的鉴别 a1a1(花斑 ) A2A2C1C1C2C2 A1A1A2A2C1C1C2C2A1a1A2A2C1C1C2C21A1A1(有色 ):2A1a1(有色 ):1a1a1(花斑 )自主转座子非自主转座子的鉴别 Ac a1a1(花斑 ) A2A2C1C1C2C2 ac A1A1A2A2C1C1C2C2Acac+ A1a1(Dsds)A2A2C1C1C2C29Ac-A1-(有色 ):3Ac-a1a1(Ds花斑 ):3acacA1- (有色 ):acaca1a1(无色 )非自主转座子自交自主转座子的确定与已知非转座子测验种杂交第二节 重要玉米转座子系统一、 Dt-rDt系统Dt系统是 30年代在墨西哥黑甜玉米中发现的，其自主控制因子 Dt，位于 9号染色体短臂末端。至今已经发现了 6个独立的 Dt基因突变，它们只能特异性地引起 a1座某些等位基因的不稳定突变。它的非自主控制因子为 rDt。 rDt能够插入a1座，并对 Dt发出的信号作出反应，引起 a1的回复突变。没有活性的 a1和 a1-m，在 dt存在时，表现是稳定的，但在 Dt存在时，都能发生特定频率的回复突变，出现不同活性水平的 A1。回复突变可以发生在个体发育的任何时期。在能够产生花青素的组织，引起叶片、花药、籽粒等产生大小不同的有色斑点（图 12-1）。 图 12-1 Dt-rDt系统对花药和叶片色素的影响图 12-2 Dt-rDt系统的遗传二、 AC-DS系统自主因子 AC-活化状态和失活状态自主转座不引起染色体断裂非自主因子三种作用状态1、抑制结构基因表达程度不同2、结构基因恢复突变时间不同3、回复突变频率不同AC与 DS互作 AC在活化状态时可引起 DS转座，可导致染色体断裂并产生BBF循环图 12-3 Ac因子自主转座和对 Ds的控制作用图 12-4 玉米 9号染色体在 Ac-Ds作用下引起的染色单体 “断裂 -融合 -桥 ”循环图 12-7 玉米 C座位控制因子突变 a. 显性基因 C产生有色糊粉层； b. Ds因子插入 C座位，使 C突变为 c-m，使糊粉层无色； c. 在 Ac存在时，可引起 Ds在某些细胞转座，产生回复突变，故整个子粒呈现出在无色背景下散布着有色斑点。三、 SPm 系统自主因子 -SPm非自主因子 -I自主因子作用特点 -SPm分为两个部分抑制基因 SP：通过控制因子对结构基因的表达起到完全抑制作用增变基因 m：能够引起控制因子的转座和状态变化，控制整个 SPm因子转座。SP和 m的互作：只有 SP正常， m才能发挥作用。 SP正常， m发生状态变化，则影响回复突变发生的时间和频率， m失活， SPm不能转座，非自主因子 I亦不能转座，但 SP可以出现活化和失活状态的周期性变化。非自主因子 I作用特点：插入结构基因时，可部分抑制结构基因表达，在 m基因活化时可以转座，引起结构基因的回复突变。图 12-9 Spm系统与结构基因 A的相互作用，以及玉米糊粉层的性状表现图 12-10 不同 Spm突变引起 I因子转座时间与频率对玉米糊粉层的影响左：转座发生得晚但频率高；中：转座发生得晚，频率低；右：转座发生得早图 12-11 Spm系统中，引变因子 m失活，抑制因子 Sp发生周期性变化对 A基因的影响，以及引起玉米糊粉层色素的变化。 a. 无 Spm； b. Spm存在，但 m无活性；c. Spm存在， m无活性， Sp发生周期性变化第三节 转座发生的时间与控制因子突变的性质一、转座发生的时间玉米果皮颜色 P基因的研究：P基因位于 1号染色体长臂上，控制果皮和穗轴色素的形成。 AC即 MP可以引起此基因的回复突变。其因转座时间不同而产生不同的表现型。图 12-13 Mp因子在染色体复制中转座的类型。a. Mp随染色体复制而复制，没有发生转座；b. 复制后的 Mp因子转座到尚未复制的染色体上，随着染色体再复制一次，结果一条染色体有两个；c. 复制后的 Mp因子转座到已经完成复制的染色子体上，结果，一条染色体有两个 Mp，另一条没有 Mp二、控制因子突变的性质（略）第四节 转座因子的分子基础一、分子基础ACDS 系统图 12-14 带有 Ac因子的 wx基因的单股DNA与不带 Ac因子的回复突变 Wx基因单股 DNA分子杂交示意： Wx基因与 wx基因大部分区段可以发生联会，形成双链。只有 wx上的 Ac因子因无互补序列而形成单股环图 15 Ac因子与三个不同 Ds因子的分子组成比较 Ds-a 只在 Ac大基因编码区缺失了 194个核苷酸 Ds-b缺失了 Ac核苷酸的 1/2； Ds-c只保留了 Ac因子的反向重复区从分离到的几个 Ds因子来看，其大小差别很大。第一个 Ds很像 Ac，只是缺失了194个核苷酸，这部分缺失恰好发生在大基因编码区。由于 Ds的转座必须有 Ac存在，所以可以想象，这 194个核苷酸的缺失，正好破坏了转座酶基因。第二个 Ds只有 Ac长度的一半。一个最小的 Ds因子只有 Ac长度的 1/10，仅仅包括了 Ac因子的末端反向重复区。染色体上任何具有与 Ac相似的反向末端重复序列的成分都可能起到 Ds的作用。这部分序列很可能已经包含了全部有关转座酶需要的识别、切除和转座的信息。 Ac因子则不然，在结构上不可能有太大的区别，因为它必须具有编码和表达转座酶的能力。从已经分离到的 3个 Ac的情况来看，它们几乎是完全相等的。 Ac中编码转座酶的长度为 2421bp的 ORF。有证据表明，转座酶的结合序列为目标 DNA上的 AAACGGG，并且需要该序列 6次以上的重复才能稳定结合（ Becker和Kunze, 1997）。甲基化对上述结合有很大影响，两条链上的 C被甲基化后，则不能结合，只有一条链甲基化则显著影响结合。因此，甲基化可能在转座过程中发挥重要作用。 正常结合： AAACGGG TTTGCCC 结合弱化： AAA mCGGG TTT GCCC有一系列的 Ds因子，都能够引起结构基因插入突变并对 Ac因子发生反应。但有可靠证据表明，并非所有 Ds因子都能引起染色体断裂。只有一