第十一章-转座因子的遗传分析.ppt

第十一章转座子的遗传分析,转座子（transposableelement）是指细胞基因组中可移动的遗传功能单位，指能在一个DNA分子（或染色体）的一个座位转移到另一个座位，或从一个DNA分子转移到另一个DNA分子上的遗传功能单位。细胞中能改变自身位置的一段DNA顺序，叫做转座遗传因子（transposablegeneticelement），简称转座因子，TE。转座因子类型DNA转座子RNA反转录转座子,第一节转座子的发现与分类第二节原核生物中的转座子第三节真核生物中的转座子第四节转座作用的分子机制第五节转座因子的遗传学效应及其应用,第一节转座因子分析与分类,转座子的发现1951年B.McClintock提出转座（Transposition）和跳跃基因(jumpinggene)的新概念，70年代在细菌中发现存在可转移座位的插入序列（insertionsequence）,随后在许多生物中发现转座子的存在。1983年McClintock荣获诺贝尔奖。,玉米籽粒花斑的遗传控制系统,1914年，Emerson发现玉米籽粒色斑突变，可以多次突变1938年，Rhoades发现玉米籽粒色斑不稳定遗传现象，有色籽粒纯种自花授粉后代中，出现了有色：斑点：白色=12:3:1的分离比，并对这种12:3:1的分离比做出解释：,A1:控制色素形成Dt:控制产生斑点,玉米籽粒花斑的遗传（玉米自交系）,1938年，Rhoades发现玉米籽粒色斑不稳定遗传现象，并对这种12:3:1的分离比做出解释：（1）斑点表型（a1a1Dt_）是因为a1发生回复突变成为A1，a1是一种不稳定突变等位基因，是一种回复突变率相当高的基因；（2）a1基因的不稳定性取决于Dt基因的存在；（3）一旦回复突变发生，a1A1，就稳定了，即使Dt与A1分离，A1的表型不会改变。,1940年1950年，遗传学家BMcClintock对对玉米籽粒色斑遗传开展研究，当是已知控制玉米糊粉层颜色至少有5对基因（多因一效）：A和a决定花青素（anthocyan）的有无C和c决定颜色（color）（红色或紫色）的发生R和r决定糊粉红色（red），基于A和C基因存在Pr和pr决定糊粉紫色（purple）和红色I为抑制基因（inhibitor），抑制C基因的作用,玉米籽粒花斑的遗传控制系统,McClintock发现色斑表型不稳定，根据她的遗传学和细胞学研究结果，提出“花斑”表型不是一般的基因突变产生，而是由于一种控制因子存在所致：（1）C突变为c（无色素），是由一个“可移动的遗传因子”插入到C基因中，导致C基因失活。该可移动的遗传因子称为Ds,即解离因子（dissociator）;（2）解离因子需要另一个可移动因子的激活才能转座，即激活因子（activator）Ac，Ac可以激活Ds插入到C基因或其他基因中，也可以使Ds从C基因中转移出来，使突变基因c发生回复突变。这就是著名的Ac-Ds系统（3）在胚乳发育过程中，发生回复突变（Ds从C基因中转移）导致斑点产生；回复突变发生在胚乳发育早期，斑点就大。,玉米籽粒花斑的遗传控制系统,McClintock发现色斑表型不稳定，根据她的遗传学和细胞学研究结果，提出“花斑”表型不是一般的基因突变产生，而是由于一种控制因子存在所致：细胞学证据：Ds可导致所在位置的染色体断裂。Ds存在的玉米地9号染色体的一个染色体臂上，带有结节（knob）,在Ds处容易断裂，可检查。,Ac-Ds系统中二者的关系Ac的作用是自主的，而Ds行为却依赖于Ac，Ds和Ac在很大程度上表现出核苷酸序列的同源，特别是两端的序列是相同的。Ac具有转座因子的全序列，即具有自主转座的功能，Ds存在不同程度的缺失中间序列，丧失了自主转座的功能。,原核细胞中转座因子的发现,原核生物中的转座因子的发现和检出：1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子（transposableelement）。他在半乳糖操纵子(galK,T,E）中发现了一种极性突变。它有以下的特点：(1)能回复突变；(2)用诱变剂对其处理并不能提高回复突变率;他们想到galE-的突变可能也是部分DNA的插入（突变）和切离（回复突变）所致。,第二节、原核生物中的转座因子,(一)插入序列(IS)(二)类插入序列（IS-likeelements）(三)复合转座子。(四)TnA家族,1插入序列（insertionsequences，IS）IS是一种最简单的转座因子，共同的结构特征：两端的核苷酸顺序是完全相同或相近反向重复序列，中间是转座酶基因。,IS1的特点：(1)768核苷酸。(2)本身没有表型效应，只携带转座酶基因。(3)如F因子和大肠杆菌的染色体上有一些相同的插入序列。(4)具有某些共同的结构特征：两端的核苷酸顺序完全相同或相近。但方向相反，称为反向重复序列（invertedrepeatsequences(IS）。含有IS的质粒变性，单链复性。出现颈环结构（哑铃状结构）。(5)IS插入“靶”DNA后，在IS两端出现一小段顺向重复的靶DNA序列5-11bp。,转座子（transposon),一类较大的可移动成分。除有关转座的基因外，至少带有一个与转座作用无关并决定宿主菌遗传性状的基因。转座子中的转位酶常称为转座酶，其功能是介导转座子插入到DNA的其它部位。复合型Tn：由一个基因序列及两侧臂组成。两侧臂为IS序列。TnA族Tn:两端是正向或反向重复序列，中间有与Tn功能相关的基因（编码转座酶）及抗生素抗性基因。总是作为一个单位进行转座，其末端不能单独转座。接合型Tn：,2复合转座子（transposon，Tn）,转座子（Tn）的结构特征：(1)、是一类较大的转座因子，分子大小2000025000np。(2)除了含有与转座有关的基因外，还带有抗药基因以及其它基因。(3)两端为IS序列。（因为带IS序列故称为复合转座子）,3、TnA家族,TnA家族的结构特征：(a)、是一类较大的转座因子，分子大小200025000np。(b)除了含有与转座有关的基因外，还带有抗药基因以及其它基因。如Tn3含有3个基因：编码-内酰胺酶的氨苄青霉素抗性基因（ampk），转座酶基因（tnpA）和编一种阻遏物的调节基因（tnpk）。(c)两端为IR。,转座噬菌体（Transposablephage）,具有转座功能的溶源性噬菌体，包括Mu和D108等。Mu噬菌体是大肠杆菌的一种温和噬菌体，几乎可以插入到宿主基因组的任何位置，以转座复制的形式实现噬菌体增殖，转座频率高，引起被插入的基因突变，故称为Mu噬菌体（mutatorphage）。（详见教材p.260）,第三节、真核生物中的转座子,（一）、玉米中的控制因子（二）、果蝇中的P因子（三）、反转录病毒和反转录子,三、真核生物的转座因子,（一）、玉米中的控制因子1938年MarcusRhoades首次发现不稳定突变等位基因（unstablemutantallele），即一种回复突变率很高的等位基因。不稳定是取决于不连锁的Dt基因的存在。McClintock。19401950描述了大量的控制因子,A1:控制色素形成Dt:控制产生斑点,（一）、玉米的控制系统,1932年，美国玉米遗传学家BMcClintock发现玉米籽粒色斑不稳定遗传现象，于1951年，第一次提出转座因子的概念。因为玉米中发现的转座因子除了具有转座的特性外，还具有调节其他基因的作用。又称之为控制因子（Controllingelements）。其中一个称之为解离因子（DS，dissociation），DS插入色素基因C的近旁或中间时，玉米籽粒不能形成色素，当DS离开C基因后，抑制作用被解除。Ds的解离又受另一控制因子激活因子（Ac，activator）的影响。Ac可位于基因组中任何其他地方。Ac丢失，Ds趋向稳定。Ac的作用是自主的，而Ds行为却依赖于Ac，这是因为Ds和Ac在很大程度上表现出核苷酸序列的同源，特别是两端的序列是相同的。只是Ds基因不同程度的缺失中间序列，如丢失产生转座所需要有关酶转位酶。,（二）、果蝇的转座子,果蝇中的至少可以分为三类：P因子、FB因子和Copia因子P因子果蝇的P因子有两种类型：1、全长P因子：长2907bp，两端有33bp反向重复序列，有4个外显子，编码转座酶。2、缺失型转座子：它不能编码转座酶，转座需要全长P因子。,果蝇的P因子与杂种不育（hybriddysgenesis）,P型（父本贡献的，paternalcontributing）M型（母本贡献的，maternalcontributing）P（）M（）后代可育M（）P（）后代不育而P（）P（）和M（）M（）后代均可育,（三）、反转录病毒和反转座子,一反转录病毒（retroviruses）(一)反转录病毒的生活史反转录子（retroposons）反转录转座子（retrotransposons）1.反转录病毒基因组的结构与功能2.反转录病毒的整合模型3.反转录病毒可转录细胞的序列二酵母的Ty因子（transponsonyeast）,逆转录病毒科的亚科,逆转录病毒科人类逆转录病毒RNA肿瘤病毒亚科HTLV-1、HTLV-2慢病毒亚科HIV泡沫病毒亚科人泡沫病毒,1988年正式命名分2型HIV-1较多形式HIV-2西非,1981年首次在美国报道1983年，Montagnier首次分离,HumanImmunodeficiencyVirus,艾兹病病毒,HIV模型图,脂双层膜,gp120,gp41,包膜糖蛋白,p24衣壳蛋白,p14内膜蛋白,P7、9核心衣壳蛋白,逆转录酶,蛋白酶,整合酶,RNA,CD4,HIV,融合受体,病毒RNA,病毒cDNA,宿主染色体DNA,HIV生活周期,艾滋病毒的基因结构,vprrevrevgagviftatvputatnefLTRpolenvLTRLTR长末端重复序列gag核心蛋白，反转录酶pol蛋白酶vif感染因子vpr,vpu复制因子tat反式激活因子rev(art抗阻遏翻译基因活化,trstransregulatorofsplicing)调节因子env衣壳蛋白nef(3orf)negativefactor抑制复制模板,反转录病毒RNA的末端是正向重复序列。反转录病毒线型DNA的末端是LTRs,整合到宿主DNA中时，两端各丢失了2bp,三、转座机制,类型(1)复制型转座（replicativetransposition）(2)非复制型转座（nonreplicativetransposition）(3)保守转座（conservativetransposition）,1、复制型转座：转座因子在转座过程中伴随新拷贝的复制，一个拷贝留在原处，另一拷贝插入到新的靶位点。转座涉及两种酶：转座酶、解离酶。,剪切转座子末端和靶位点并将被切的末端连接到靶位点形成转移复合体，以此起始转座。,1、复制型转座机制,类型,复制型转座模型解释了(1)复制性转座在转座后原来的位置上保留原有的Tn；(2)在新位置上转座子的两端出现正向重复靶序列；(3)转座过程中出现共合体。,2、非复制型转座转座因子作为一个物理性的实体直接从一个位点转移到另一个位点。过程：转座因子离开供体位点并插入到靶位点DNA的连接。转座因子从供体DNA上释放需要转座酶，供体DNA分子的断裂需要修复系统识别并对其修复，否则造成遗传后果。,2、非复制型转座机制,型,3、保守型转座一种非复制转座，转座因子从供体位点上切离，插入到靶位点上，供体上转座子两侧的DNA序列被保留。,4、转座因子的遗传学效应,(1)引起插入突变。(2)插入位置上出现新基因。(3)切离，发生回复突变，或染色体畸变。(4)造成同源序列整合。(5)增加新的