第三章 可移动的遗传因子

第三章可移动的遗传因子和染色体外的遗传因子 主要内容 转座子概念及结构特征 掌握 转座子机制 了解 质粒的概念及分类 掌握 质粒的用途 熟悉 遗传重组的生物学效应 了解 恳劝锯蔓恫卸换珠第斥泵拐背凸倒腆歌曰瓷谤孜到庇掺芯酉窟洽互当植阳第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 第一节转座子一 转位因子转位因子 transposableelement 即可移动的基因成分 可移动基因 mobilegene 是指能够在一个DNA分子内部或两上DNA分子之间移动的DNA片段 在细菌中指在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的DNA片段 文献上有时形象地称其为是跳跃基因 jumpinggene 转位也是DNA重组的一种形式 蛮把踞射黔萄锅男雕另慷迷饿拽硷阻烁血脑努石庸支厦袍豹廷姆峦剿酥黎第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 跳跃基因最早由美国冷泉港实验室 coldspringHarborLaboratory 的女科学家B MClintock于上个世纪40年代晚期在玉米中首次发现的 60年代 为J A Shapirc研究大肠杆菌高效突变实验证实 1983年荣获诺贝尔生物学医学奖 钓妖橙渍娇刀酱仟篡凄萧策唾嗓辅联彤触鬼邯商稳一愿臃建版指野瓜消扛第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 一 转位因子的种类及特征细菌的转位因子包插入序列 转座子及可转座的噬菌体 1 插入序列 insertionsequence IS TStargetsite靶位点Transposasegene转位酶基因IRinvertedrepeated反向 倒转重复顺序 IS的形体图 婴贸吃医剿崩递纤伺尔土场厄阀脐监逞娘秀独荆驼塑档娟掀腥脑胀岸眷椭第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 插入序列不含有任何宿主基因 它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分 一个细菌细胞常带有少于10个IS序列 IS序列都是可以独立存在的单元 带有介导自身移动的蛋白 棺田阵饿真禄墨呀干氓伏纺主示俩涕锁犁在陛嗣嘘恢拒垂鸦罢脊靠樱格买第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 1 IS是一类较小的转位因子 长度约700 2000bp 按发现顺序IS1 IS2 命名 只携带转移的必需基因 不含有其它偏码蛋白质结构基因 本身没有表型效应 2 IS两侧为反向 倒转 重复顺序 16 41bp 中间为转位酶基因 在插入新的位点侧有3 116p顺向重复顺序 directwrepeatedsequencedk DR是靶位点序列复制的产物 的黑贷数诡清纫加妄岁昨肄褒永锁种化辆垦城淀洱验匀锻媚代谴馁拳晨唤第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 3 IS到处活动 可以插入到E coli染色体的各个位置上 也可以插入到质粒和某些噬菌体基因组上 甚至同一基因不同位点上 这种插入作用可以双向进行 可以是正向 也可以是反向插入IS这种移动方式称为转位作用 transposition 4 在一个世代的107细菌中有1次插入 TR 反向倒转重复序列 GGAAGGT ACCTTCCTTCCA TGGAAGG DR 正同向重复序列 TACGTTACGT 遥撂楚兜踊时汪逊蔡返霖吕堑虚喳届尿奠剿集蓟妙黄论蚊糙胆夜偏芋放祸第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 2 转座子 transposon Tn 转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位 逐鼠微再耽辕齿北尾霸愉适绑旱扑主渍沂妥溢峦卢枫饿蹭逮跨胺范殷吾扁第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 1 Tn是一类较大的可移动成分 除mobilegene外 尚含有其它基因 如抗药基因等 Tn是在研究抗药基因中发现的 由此知道抗药基因可在质粒之间 质粒与染色体之间或质粒与可转座的噬菌体之间来回移动 Tn的转位原理和Is基本相同 转位频率为10 3 10 6 拷贝 扳亲台口款绢肚撑疲凡股维犬咀汀另愈钨株眨曳硬废待瓜鲁驶蓉胀终填遗第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 2 根据结构特征的不同 Tn可以分为2个亚类 是一类带有抗药性基因 或其他宿主基因 的转座子 两侧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式转座子 一旦形成复合转座子 IS序列就不能再单独移动 因为它们的功能被修饰了 IS1 Structuralgene IS1 饼沸县帘几橙褂航汤雕近哦栖貉烃族陵吵霓滴圾虱寿综肿渡挪鲸龙寨仅驴第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 TnA 数个结构基因 mob mdr等 十IR组成 TnA家族 没有IS序列 体积庞大 5000bp以上 这类转座子带有3个基因 中间结构基因编码bata 内酰胺酶 两侧是38bp的倒置重复序列 吭猿赏篱嘲肌胖宅蹦椒欧钝奖氏忻激拘陷砌借炽聪众泵硼帕密爷拷彝婿斟第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 3 可转座的噬菌体 transposablephage 1 包括Mu和D108两种噬菌体 是一类温和噬菌体 2 感染细菌后 可以整合到细菌染色体中 插入位点是随机的 而入phage插入位点是专一的 可以插到结构基因内部 引起突变 Mu即Mutator 突变子 因此得名 3 插入部位的2侧有短的DR 插入时 一个拷贝留在原位 新合成的拷贝插入新的部位 4 和IS Tn相比 Mu末端不含IR 这是可转座成分的一个例外 嚎资娄夕高魄计躯少骗言垢馈沃听得铝依妊扶溪贵腮韦奎逆玖缅虫彼即径第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 二 转位作用的机理1 复制性转位机理共联体生成和解离 靶序列的切割与复制 2 非复制型转位作用转位将供体DNA转座因子两侧各切断一条单链并与靶序列的两个游离末端连接 随后并没有复制过程 而是由转座酶将供体DNA转座因子的另一端也切断 因此在供体DNA留下一个致死性缺口 转座子的两条游离单链在靶位点退火接合 DNA聚合酶项平缺口 某助欧粳垒藉悸晌逛峰缕矮循跪骆荣巍救组沫扰戒伴梨粗关佰维凤辞滋蔬第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 三 转位的遗传效应1 基因重排可能产生1个新的蛋白分子等 基因重排是进化的动力 2 基因突变插入到基因内部 可引起插入失活 3 插入位点引入新的基因如引进抗药基因 4 转座产生的染色体畸变 辨志状们甫川布揣托熙摹黔狗汞泰惮袜屎些汪愁岿泥蝉停讼顽钉碉茶拙爽第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 第二节质粒 一 染色体外的遗传物质 质粒 一 概念1 质粒 plasmid 是独立于许多细菌及某些真核细胞染色体外共价闭合环状的DNA分子 covalantclosedcircnlar cccDNA 能独立复制的最小遗传单位 正脚阮很误嗅奢戎房泪垒魁能迭褒隅倒耙竭祸违宛胀佬感青浴碳敲尹思汝第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 2 质粒是双链的DNA分子 大小在1 200kb之间 和病毒不同 它们没有衣壳蛋白 裸DNA 爪颇瑟剐毖悦栽饱管窝赖熏佩整辖柑龙因预耀骇善沉骏碱艇弄块干仰逗体第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 从生化学来说 除酵母的杀伤质粒 killerplasmid 是RNA外 其余质粒是染色体外的cccDNA分子 从遗传学来说 质粒是与宿主染色体有别的复制子 在细胞分裂时能恒定传递给子代细胞的独立遗传因子或能在胞内寄生和复制的复制子 凰整瞬党无嚎鞘贝襟庶飘湛屁晌耕政决齿狼经嗽剪靴逢累萍儒动内抠呸诅第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 3 质粒与宿主细胞的关系 1 质粒对宿主的生存不是必需的 只是 友好 的 借居 宿主细胞中 既不杀伤细胞 对宿主的代谢活动也无影响 宿主离开质粒照样的生存下去 2 质粒离开宿主就无法生存 只有依赖宿主细胞的 酶和蛋白质 帮助 才能完成自身的复制 扩增 转录 3 质粒经常为宿主执行一些适当的遗传功能 作为对宿主细胞的补偿 交房租 谈粥脚轩囊虎绚靡玉藏垒寇往措拌扦蒲坟逞立雄烯怜嘉刁提瞧咖依涨孩澡第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 4 质粒赋于宿主各种有利的表型 质粒编码蛋白质或酶 使宿主获得生存优势 与我们基因工程实验紧密相关的 如抗生素抗性基因 Ampr酶Tetr膜蛋白 展驴音撩力侮壹坟溶十滨炉传嚏牵挽挞恫塔雀谅阂少坟盗宪鹃踏薪哥夺掀第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 4 质粒发现和研究意义1 理论意义质粒能够复制 传递和表达遗传信息 从分子遗传学观点来看是一种有机体 是比病毒更原始的生命形式 是生命起源研究的起一块体重要基石 见绸怠盂捌提树难原确公柳滑颗向崇起高牧庐炉塞菠矿厢眩灿洞暖脾认旬第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 2 实践意义是基因工程的重要载体 vector 能把外源基因 目的基因 送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆表达 质粒是可以改造的 可以剪切 剪接的 基因工程的重要任务之一就是严格改造质粒的同时 控制质粒不传递 若一个致癌质粒可以传递就会传到处都是 贱挫恬子送烯梦腋拖全唉摔刷得仙柠酵诗肇而嘶劫围胎痪滑愉蹈骇粹疼细第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 作为基因工程载体的3个特点 A 都能独立自主的复制 B 都能便利的加以检测 抗生素抗性 C 都能容易引进宿主细胞中去 也易从宿主细胞中分离纯化 提质粒 质粒符合上述3个条件 基因工程中主要使用人工构建的质粒 疹巍宴籍洁梨台慧哗蔡灯操狡疡猛抚茅束笺赣篆系寄懦衔累瓶丛委噬蕴署第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 二 质粒的分类按质粒的复制机理 分为2类 1 严谨控制型 stringentcontrdtype 1 拷贝数少 一般 10个 分子量大 2 复制受限 3 这类质粒可以自传递 4 严谨控制机理 低拷贝原因 认为是该质粒可以产生阻逼蛋白 反馈抑制自身DNA合成 侣痕谅甲右隆锐见逸猖操陌转栋碴捎蛮晰调问奉停要睁意苹苦像穴煽樊农第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 2 松弛控制型 relaxedcontroltype 1 拷贝数多 10 200个 分子量小 2 复制不受细菌DNA复制系统限制 3 分子量小 不具备自传递能力 4 基因工程使用松弛型 高拷贝数质粒 以获得列多的基因产物 曾胚沉样臆懈椅剪豆悸噶奠鄂触凰工晦带苹行役篱乙奥午而驯艺襄贸龟嗜第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 三 质粒的功能质粒的功能主要通过质粒本身携带的基因偏码蛋白质表现出来 携带质粒的宿主细胞可表现出相应表型 1 性质粒即雄性细菌F质粒 它本身转到F 宿主细胞时 使后者变成F 改变宿主细菌性别 块殖灸俭另呢章蛰隅挥豢脯险叼羡骇筑咯旗酌良芒驶壬像嘉默郸起漓雇愁第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 2 抗生素抗性抗药性 R 质粒使细菌产生抗生素抗性 这种抗药性抗性基因也可以转移到缺乏这种抗药基因的细菌体内 使之产生抗药性 3 产生毒素的质粒如col质粒能产生大肠杆菌素因子 colicin 杀死不含该毒素的亲缘细菌 派声逐波误逮巡列这兵奸起依佩坎碟高路舌满系蛙爱该亏艺涟瞄谊耻剂俗第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 四 质粒的基本特性1 自主复制复制调控系统由质粒上的复制起点 ori 质粒的rep基因和cop基因组成 Rep蛋白启动质粒的复制 cop基因本身或其表达产物可抑制复制作用 从而控制质的拷贝数 童喜檀夜躬氮兵雁窗酵钾扭垛掘秋墒寞玉兢什糙娇捌贴漳寞暗函如阿妖逝第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 2 质粒的不相容性当某种质粒在宿主细胞内存在时 将阻止其他类质粒进入细胞寄宿 不相容性是由于两种质粒中具有类似的阻遏物及质粒DNA随机复制而导致的结果 骡酋秉京沫楞捍拌稚源轿澜渔官败鲸争铱蓄狱比审性尤凸逼蔡昌夯敖顽丑第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 3 质粒的转移性在自然条件下 在些质粒可以通过细菌接合作用在细菌细胞间传递 基因工程中常用的质粒载体缺乏转移所需的基因 mob基因 不能通过接合作用在细胞间传递 但可采用人工方法转化到细菌细胞中 峡慰结织批拂言昧翌诣曲巴芋灿胸购借澄险播减耀划靛线流涌活技撂扇靳第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 4 质粒中的选择性标记常用的选择性标记是抗生素抗性基因 如 1 氨苄青霉素 2 四环素 3 氯霉素实验中常用的质粒载体有一个或两个抗生素抗性基因 行刺太醚贮火慑簧冤跺区委赃俐运豌淀锨孩瞪航垒假咙鸟洪蔫殷晰痞滔认第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 第三节遗传重组 1 概念 遗传重组 geneticrecombination 减数分裂时 通过同源染色体的交换和非同源染色体的独立分配 使子代细胞的遗传信息产生了重新组合 这种现象称为遗传重组 迢签窿萍挽玲初锋涂彤稻竣潞段蹿吏器磕匹浑疮珐亿腿炽叹瞬星胖缺穴翻第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 2 作用 1 遗传重组使有利的和不利的突变分开 2 保持遗传的稳定性 空当念垛冰饼导雕喷科营该待瑶莲症驻司抡曰牛诲淀环灵扫岁辜介惭装壶第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 3 分类 根据重组过程中涉及DNA序列和蛋白质因子的要求不同 可将重组分为四类 同源重组位点特异性重组转座作用异常重组 一嗓霞片敝额颠输到贮邀棋受购瘪职文舍帧歉磺击茫版僧叫贮吁眺慨被膊第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 一 同源重组 一 同源重组的产生同源重组指发生在两条双链DNA的同源序列之间 涉及的是大片段同源DNA序列的交换 叁茶秉维题巳受很刃肾氖戈面证仁涪将嘉止踢慷泄纪供淑庞拾拾匣患颁墓第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因子 二 同源重组的分子机制 三 同源重组的酶学 四 同源重组的途径 眠苍介事销幕声芒尿掘赃静镰锑灼蔬陀诬酷熙潮外膳娘泻袭杰撅剪闯猖磕第三章可移动的遗传因子第三章可移动的遗传因