第十二章-转座子课件

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-rDtDtrDtaa-m1

Ac-DsAcDsa-m3a-m4a2-m4c-m1sh-m1sh-m2bz-m1bz-m4wx-m1wx-m5wx-m6wx-m7wx-m9Mp(Ac)DsP-vvM(Ac)Dsbz2-mSpmSpmSpm(缺损)a-m1(Spm)a-m2a-m5c2-m1c2-m2a2-m1a2-m5pr-m2pr-m3c-m5wx-m8En(Spm)Ibz2-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,证明为该位点突变,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Aca1a1(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12-1Dt-rDt系统对花药和叶片色素的影响图12-2Dt-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12-3Ac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12-9Spm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12-11Spm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12-13Mp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AC—DS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15Ac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：AAAmCGGGTTTGCCC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。只有一种称作“双重Ds”（doubleDs）的类型才有使染色体断裂的能力（H.P.Döring，1986）。这种双重Ds因子由两个只有2041bp的Ds拷贝组成，其中一个拷贝以反向方式插入另一个拷贝分子中，它的末端反向DNA序列重复4次，其他部分也以反向方式重复两次，其转座所致染色体断裂过程如图12－5。SPm系统

Spm因子（从wx-84-4得到）和I因子（从wx-m8得到）分子的基本结构与Ac和Ds因子很相似。它们分子的两端有一个由13个碱基对组成的反向重复序列TIR（CACTACAAGAAAA）。紧挨着TIR，是由以12个碱基对为基本单位（CCGACACTCTTA），以顺向或反向重复若干次，形成的各由大约200个碱基对组成的“柄”（stem），柄中间是它们的功能单位。Spm因子由8248bp组成，I因子由2.2kb组成。它们之间的6.2kb的差异导致了I因子转座能力的丧失。Spm因子在883碱基处失去了6.2kb的DNA序列，就形成了I因子。对一系列分离到的I因子测定的结果，发现它们大都是由于Spm因子内部缺失造成的。但有一个I（dSpm）因子，其分子长度与Spm完全相同，可能是由于点突变或者DNA分子的某些修饰作用所致，这种点突变或DNA修饰作用使Spm丧失了自主转座能力。图12-16I-8因子的分子结构它包含3个外显子，它和Spm之间的差异在于在883碱基处缺失了6.2kb的DNA序列控制因子利用其特定的靶子位点重复（targetsiteduplication，TSD）DNA与受体基因相连接，插入基因座位。在它们离开插入位点时，TSD与转座因子一起消失。但在植物中，转座因子离开之后，TSD常常被遗留下来形成印迹（footprint），不过这种遗留下来的TSD，有时与原来的TSD有所不同，个别碱基可能被替代或丢失（图12-18，图12－19）。如果转座因子的插入和跳出，发生在内含子或基因前导序列（leadersequence），其后果很难觉察得到。如果发生在外显子，在遗留的TSD碱基不是3的倍数时，有可能产生移码突变（frameshiftmutation），是3的倍数时，TSD碱基有可能增加少数氨基酸，使回复突变的蛋白质与原始类型有所不同与Ac类似，Spm的活性也受甲基化影响，甲基化抑制其转座能力。但具体的调控方式还不完全清楚。Fedoroff(1995)认为，Spm5’端至转录起始点的上游控制区域（UCR）甲基化与其失活有关。Spm编码产生的两个蛋白TNPA和TNPD是转座所必需的，两个蛋白通过与Spm端部结合，促使Spm与DNA的紧密结合。TNPA结合于Spm靠近端部的重复区域，可以使Spm启动子脱甲基化。同时，通过影响转录和转座实现Spm的调控。图12－17为Spm的分子调控模式。控制因子利用其特定的靶子位点重复（targetsiteduplication，TSD）DNA与受体基因相连接，插入基因座位。在它们离开插入位点时，TSD与转座因子一起消失。但在植物中，转座因子离开之后，TSD常常被遗留下来形成印迹（footprint），不过这种遗留下来的TSD，有