主要內(nèi)容轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座因子的概念轉(zhuǎn)座因子的類型和結(jié)構(gòu)特征轉(zhuǎn)座機制真核生物轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄病毒和反座子轉(zhuǎn)座的遺傳學效應(yīng)主要內(nèi)容轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)1一、轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)

美國女遺傳學家

BarburaMcClintock一、轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)美國女遺傳學家Barbur2轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件3VisiblemanifestationoftransportationinmaizeVisiblemanifestationoftrans4Transposition(轉(zhuǎn)座)：由可移位因子介導的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。二、轉(zhuǎn)座因子的概念轉(zhuǎn)座子(transposon),轉(zhuǎn)座因子(transposableelement)：存在于染色體DNA上可自主位移的基本單位。Transposition(轉(zhuǎn)座)：由可移位因子介導的遺傳5最簡單的轉(zhuǎn)座子，不含有任何宿主基因。是獨立的單元，每個IS元件只編碼轉(zhuǎn)座酶。是細菌染色體或質(zhì)粒DNA的正常組成部分。1.插入序列(insertionalsequence,IS)三、原核生物轉(zhuǎn)座因子的類型和結(jié)構(gòu)特征最簡單的轉(zhuǎn)座子，不含有任何宿主基因。1.插入序列(inse6TransposasegeneIS結(jié)構(gòu)特征反向重復(fù)序列(invertedrepeatsequence)TransposasegeneIS結(jié)構(gòu)特征反向重復(fù)序列7在插入位點,IS兩側(cè)總有短的正向重復(fù)(Directrepeat)在插入位點,IS兩側(cè)總有短的正向重復(fù)(Directrep8IS序列結(jié)構(gòu)特征比較IS序列結(jié)構(gòu)特征比較9一類較大的轉(zhuǎn)座子，除轉(zhuǎn)座酶基因外，帶有某些抗藥性基因（或其他宿主基因）的轉(zhuǎn)座子復(fù)合轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)：帶有IS的Tn簡單轉(zhuǎn)座子(simpletransposon)：不含IS的Tn轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)一類較大的轉(zhuǎn)座子，除轉(zhuǎn)座酶基因外，帶有某些抗藥性基因（或其他10一類帶有某些抗藥性基因（或其他宿主基因）的轉(zhuǎn)座子兩翼往往是兩個相同或高度同源的IS序列復(fù)合轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)一類帶有某些抗藥性基因（或其他宿主基因）的轉(zhuǎn)座子兩翼往往是兩11轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件12轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件13兩個相鄰的IS可以使他們中間的DNA移動，同時也可制造出新的轉(zhuǎn)座子兩個相鄰的IS可以使他們中間的DNA移動，同時也可制造14它是Ecoli的一種溫和噬菌體。與必須整合到宿主染色體特定位置上的一般溫和噬菌體不同，Mu噬菌體并沒有一定的整合位置。與其他溫和性噬菌體的差別：其基因組不論在進入裂解周期或處于溶源狀態(tài)都可隨機整合到宿主染色體的任何位置，且游離的和已整合的基因次序是相同的.與IS和Tn兩種轉(zhuǎn)座因子相比，Mu噬菌體的分子量最大（38kb），它含有20多個基因。Mu噬菌體引起的轉(zhuǎn)座可以引起插入突變，其中約有2％是營養(yǎng)缺陷型突變。3.Mu噬菌體

(mutatorphage)它是Ecoli的一種溫和噬菌體。與必須整合到宿主染色體特定位151）結(jié)構(gòu):線形DNA分子，38kb.不含IR序列，游離MuDNA兩端各帶一段寄主DNA,整合狀態(tài)時會消失。2）MuDNA左端含有與轉(zhuǎn)座有關(guān)的A基因和B基因，分別編碼分子量為70kb和33kb的兩種蛋白。C基因編碼的產(chǎn)物對A基因和B基因表達有負調(diào)節(jié)作用右端含有G片段。

1）結(jié)構(gòu):線形DNA分子，38kb.不含IR序列，游離Mu16四、轉(zhuǎn)座機制四、轉(zhuǎn)座機制17Replicativetransposition(復(fù)制性轉(zhuǎn)座)Non-replicativetransposition(非復(fù)制性轉(zhuǎn)座)Replicativetransposition(復(fù)制性轉(zhuǎn)18Replicativetransposition(復(fù)制性轉(zhuǎn)座)Replicativetransposition(復(fù)制性轉(zhuǎn)19復(fù)制性轉(zhuǎn)座要經(jīng)過一個共整合階段復(fù)制性轉(zhuǎn)座要經(jīng)過一個共整合階段20共整合體的形成共整合體的形成21轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件22Non-replicativetransposition(非復(fù)制性轉(zhuǎn)座)Non-replicativetransposition(23非復(fù)制性轉(zhuǎn)座要經(jīng)過鏈的斷裂與重連一種方式非復(fù)制性轉(zhuǎn)座要經(jīng)過鏈的斷裂與重連一種方式24另一種方式另一種方式25玉米的Ac-Ds系統(tǒng)五、真核生物轉(zhuǎn)座子玉米的Ac-Ds系統(tǒng)五、真核生物轉(zhuǎn)座子26轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件27產(chǎn)生轉(zhuǎn)座酶不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)座酶自主元件非自主元件移動到新位點移動到新位點AcDs反式激活產(chǎn)生轉(zhuǎn)座酶不能產(chǎn)生自主元件非自主元件移動到新位點移動到新位點28AutonomousNonautonomousAutonomousN29果蠅的轉(zhuǎn)座子Why?果蠅的轉(zhuǎn)座子Why?30P因子的結(jié)構(gòu)與功能示意圖P因子的結(jié)構(gòu)與功能示意圖31轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件32六.逆轉(zhuǎn)錄病毒和反座子

Retrovirusesandretroposons六.逆轉(zhuǎn)錄病毒和反座子

Retrovirusesand33RNAintermediatetransposition反座子(retroposons):指通過RNA為中介，反轉(zhuǎn)錄成DNA后進行轉(zhuǎn)座的可動元件。又稱反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(retrotransposon)RNAintermediatetransposition34逆轉(zhuǎn)錄病毒整合入宿主DNA中的分子機制，其本質(zhì)是轉(zhuǎn)座逆轉(zhuǎn)錄病毒整合入宿主DNA中的分子機制，其本質(zhì)是轉(zhuǎn)座35逆轉(zhuǎn)錄病毒和反座子的循環(huán)逆轉(zhuǎn)錄病毒和反座子的循環(huán)366.1逆轉(zhuǎn)錄病毒（Retroviruses）具有包膜，圓球狀，直徑為80~120nm基因組是單正鏈RNA，3.5~9.0kb病毒顆粒中有逆轉(zhuǎn)錄酶能整合于宿主細胞的染色體6.1逆轉(zhuǎn)錄病毒（Retroviruses）具有包膜，圓球狀37逆轉(zhuǎn)錄病毒顆粒結(jié)構(gòu)逆轉(zhuǎn)錄病毒顆粒結(jié)構(gòu)38RNA逆轉(zhuǎn)錄酶衣殼蛋白基質(zhì)蛋白包膜gp120gp41RNA逆轉(zhuǎn)錄酶衣殼蛋白基質(zhì)蛋白包膜gp120gp4139

調(diào)節(jié)和啟動轉(zhuǎn)錄

LTR

gag

pol

env

LTR

長末端重復(fù)序列正常的病毒基因核心蛋白質(zhì)(Nucleoproteincore)編碼逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶(integrase)編碼病毒外殼蛋白質(zhì)(Envelope)6.1.1GenomeStructureofRetrovirus調(diào)節(jié)和LTRgagpolenvL40ReversetranscriptionIntegrationTranscriptionPackaging6.1.2LifecycleofretrovirusReversetranscription6.1.2Lif41轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件42LTR(long-terminalrepeat):

長末端重復(fù)序列Provirus(原病毒):被整合到細胞基因組中的逆轉(zhuǎn)錄病毒序列LTR(long-terminalrepeat):

長末端433forms3forms44ReversetranscriptionFromRNAtoDNAStep1ReversetranscriptionFromRNA45DavidBaltimore1970ReversetranscriptionandReversetranscriptaseDavidBaltimore197046正鏈病毒(Plusstrandvirus)負鏈DNA正鏈DNA(Minusstrand)負鏈DNA正鏈病毒負鏈DNA正鏈DNA負鏈DNA47負鏈DNA的合成負鏈DNA的合成48正鏈DNA的合成正鏈DNA的合成49FromRNA

to

ssDNA,fromssDNAtodsDNAFromRNAtossDNA,fromssDNA50EnzymesinvolvedReverseTranscriptaseEnzymesinvolvedReverseTransc51IntegrationFromlinearDNAtoprovirusStep2IntegrationFromlinearDNAto52IntegrationorcirculationIntegrationorcirculation53整合(integration)整合(integration)54IntegraseEnzymesinvolvedIntegraseEnzymesinvolved55TranscriptionStep3FromprovirustoRNATranscriptionStep3Fromprovir56TranscriptionTranscription57EnzymesinvolvedRNApolymeraseEnzymesinvolvedRNApolymerase58TwofatesofRNA:Translation:作為mRNA翻譯成病毒的蛋白質(zhì)Packaging：作為病毒RNA基因組被裝配成新的病毒顆粒TwofatesofRNA:Translation:作59TranslationTranslation60Everythingisready!Everythingisready!61Packaging2

RNAs

in1virus2differentbutrelatedvirusesinfect1cell=heterozygousvirusPackaging2RNAsin1virus62HIV從受感染細胞的質(zhì)膜出芽的情形HIV從受感染細胞的質(zhì)膜出芽的情形636.1.3逆轉(zhuǎn)錄病毒會將宿主序列在細胞間轉(zhuǎn)送6.1.3逆轉(zhuǎn)錄病毒會將宿主序列在細胞間轉(zhuǎn)送64轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件656.2Threeclassesofretroposons6.2Threeclassesofretropos66轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件67能編碼逆轉(zhuǎn)錄酶和/或整合酶，因此能進行轉(zhuǎn)座有末端重復(fù)序列但沒有env基因，不能形成病毒顆粒，不能獨立地感染其它細胞，病毒超家族(Viralsuperfamily)非病毒超家族(Nonviralsuperfamily)

不編碼有轉(zhuǎn)座功能的蛋白質(zhì)可能源于細胞轉(zhuǎn)錄的RNA能編碼逆轉(zhuǎn)錄酶和/或整合酶，因此能進行轉(zhuǎn)座病毒超家族(Vir686.2.1酵母Ty(YeastTyelements)2classes:Ty1&Ty917Structure:~6.3kb;330bpdirectrepeatsateachendmRNAofTy:>5%oftotalmRNAinyeastOpenreadingframes:2Sequences:

TyA:DNAbindingprotein;TyB:RTase,protease,integrase6.2.1酵母Ty(YeastTyelements69轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件70轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件71轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件72Tyelementsgeneratevirus-likeparticlesViruslikeparticleTyelementsgeneratevirus-lik736.2.2果蠅(D.melanogaster)中的copia反座子~5kb;directterminalrepeatof276bp;5bpdirectterminalrepeatsgeneratedwhenintegrated6.2.2果蠅(D.melanogaster)中的cop74copia讀碼框:

4227bp，與逆轉(zhuǎn)錄病毒的

gag和pol讀碼框同源;

不含env同源序列。copia讀碼框:4227bp，與逆轉(zhuǎn)錄病毒的gag和75LINES(longinterspersedelements)TranscriptedbyRNAPolIICopy#:20~50kpermammaliancellStructure:~6500bp,notterminateatLTRopenreadingframes:1or2Sequences:RTaselikesequence,endo-nucleaseactivity。6.2.3LINESLINES(longinterspersedelemen76轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件77SINES(shortinterspersedelements)TranscriptedbyRNApolIIIe.g.Alufamily6.2.4Non-viraltransposition:SINESSINES(shortinterspersedelem78~300,000

perhaploidgenomeStructure:

~300bp,AluⅠsitein170bpdirectrepeatsateachendsequencerelatedto7sLRNAAlufamily~300,000perhaploidgenomeAlu796.2.5Non-viraltransposition:processedpseudogene（加工假基因）

6.2.5Non-viraltransposition:80轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座ppt課件811.靶位點形成正向重復(fù)序列(靶位加倍現(xiàn)象)2.引起插入突變；七、轉(zhuǎn)座的遺傳學效應(yīng)及應(yīng)用1.靶位點形成正向重復(fù)序列(靶位加倍現(xiàn)象)七、轉(zhuǎn)座的遺傳學效82Hemophilia（血友?。?

a“jumpingdisease”Blood-clottinggenemutationbyinsertionoftransposonHemophilia（血友?。?

a“jumpingd83QueenVictoria’sFamilyQueenVictoria’sFamily84X-chrlinked,recessiveX-chrlinked,recessive853.轉(zhuǎn)座子從原位點切離準確的切離使插入失活的基因發(fā)生回復(fù)突變，不準確的切離則不發(fā)生回復(fù)突變，而是造成序列變異3.轉(zhuǎn)座子從原位點切離86轉(zhuǎn)座子切離所造成的序列變異轉(zhuǎn)座子切離所造成的序列變異87轉(zhuǎn)座子引起的DNA缺失4.引起染色體結(jié)構(gòu)變異；轉(zhuǎn)座子引起的DNA缺失4.引起染色體結(jié)構(gòu)變異；88轉(zhuǎn)座子引起的DNA倒位轉(zhuǎn)座子引起的DNA倒位895.啟動外顯子混編當二個轉(zhuǎn)座子被同一轉(zhuǎn)座酶識別而整合到染色體的鄰近位置時，則位于它們之間的序列有可能被轉(zhuǎn)座酶作用而轉(zhuǎn)座，如果這DNA序列中含有外顯子，則被切離并可能插入另一基因中，這種效應(yīng)稱為外顯子混編(exonshuffling)5.啟動外顯子混編90雙轉(zhuǎn)座子插入所引起的外顯子混編示意圖雙轉(zhuǎn)座子插入所引起的外顯子混編示意圖916.調(diào)節(jié)基因表達很多轉(zhuǎn)座子帶有增強子，像RNA病毒一樣，能使其插入部位附近的基因活性增加。有的還含有啟動子，也能促進基因的活性。也存在轉(zhuǎn)座子插入某個基因的內(nèi)含子中后影響基因表達，通常降低轉(zhuǎn)錄水平。有時也會改變內(nèi)含子的剪接位點，是外顯子丟失，導致基因失活。若插入到基因轉(zhuǎn)錄控制區(qū)或啟動子中，則導致基因完全失活。6.調(diào)節(jié)基因表達很多轉(zhuǎn)座子帶有增強子，像RNA病毒一樣，能使927.產(chǎn)生新的基因，引起生物進化。由于轉(zhuǎn)座子可以攜帶其他基因，包括自身的基因甚至宿主染色體上的基因進行轉(zhuǎn)座，形成重新組合的基因組，以及前述的通過轉(zhuǎn)座形成大片段插入，雙轉(zhuǎn)座子引起缺失、倒位、重復(fù)及外顯子混編等均會造成基因組新的變異，這些變異對生物的進化有重要意義。7.產(chǎn)生新的基因，引起生物進化。938.轉(zhuǎn)座子標記目的基因由于轉(zhuǎn)座子可在基因組內(nèi)轉(zhuǎn)座，如插入到某基因外顯子內(nèi)，引起基因失活，使其表型改變?yōu)橥蛔凅w。以轉(zhuǎn)座子DNA為探針，與突變株的基因文庫進行雜交，就可以篩選出帶此轉(zhuǎn)座子的克隆，它必定含有與轉(zhuǎn)座子鄰接的突變基因的部分序列，再以此序列為探針，就可以從野生型基因文庫中克隆出完整的基因。從理論上講，利用轉(zhuǎn)座子標簽法可以分離出任何可引起表型變化的失活基因。8.轉(zhuǎn)座子標記目的基因948.作為基因工程的載體利用P因子作為載體，將外源基因轉(zhuǎn)移到果蠅胚胎種系細胞中，進行遺傳操作。8.作為基因工程的載體95補充復(fù)旦發(fā)育生物學研究所

將甘藍環(huán)蛾的PB(PiggyBac)轉(zhuǎn)座子，用于小鼠和人類細胞的基因功能研究首次創(chuàng)立了一個高效實用的哺乳動物轉(zhuǎn)座因子系統(tǒng)。補充復(fù)旦發(fā)育生物學研究所96許田許田97本章總結(jié)本章總結(jié)981.概念（※）：transposon、retroposons2.轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)（了解）：McCl