轉(zhuǎn)座因子和轉(zhuǎn)座課件

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(lèi)型和結(jié)構(gòu)特征轉(zhuǎn)座機(jī)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(xué)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(guó)女遺傳學(xué)家

BarburaMcClintock一、轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)美國(guó)女遺傳學(xué)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(dǎo)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(dǎo)的遺傳5最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)座子，不含有任何宿主基因。是獨(dú)立的單元，每個(gè)IS元件只編碼轉(zhuǎn)座酶。是細(xì)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(lèi)型和結(jié)構(gòu)特征最簡(jiǎn)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(diǎn),IS兩側(cè)總有短的正向重復(fù)(Directrepeat)在插入位點(diǎn),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(lèi)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(jiǎn)單轉(zhuǎn)座子(simpletransposon)：不含IS的Tn轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)一類(lèi)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(lèi)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(gè)相同或高度同源的IS序列復(fù)合轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)一類(lèi)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(gè)相鄰的IS可以使他們中間的DNA移動(dòng)，同時(shí)也可制造出新的轉(zhuǎn)座子兩個(gè)相鄰的IS可以使他們中間的DNA移動(dòng)，同時(shí)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(méi)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(jìn)入裂解周期或處于溶源狀態(tài)都可隨機(jī)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(gè)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(yíng)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(shí)會(huì)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(duì)A基因和B基因表達(dá)有負(fù)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(jī)制四、轉(zhuǎn)座機(jī)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(guò)一個(gè)共整合階段復(fù)制性轉(zhuǎn)座要經(jīng)過(guò)一個(gè)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(guò)鏈的斷裂與重連一種方式非復(fù)制性轉(zhuǎn)座要經(jīng)過(guò)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(dòng)到新位點(diǎn)移動(dòng)到新位點(diǎn)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(dòng)到新位點(diǎn)移動(dòng)到新位點(diǎn)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(guò)RNA為中介，反轉(zhuǎn)錄成DNA后進(jìn)行轉(zhuǎn)座的可動(dòng)元件。又稱(chēng)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(jī)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(jī)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(xì)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(dòng)轉(zhuǎn)錄

LTR

gag

pol

env

LTR

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

長(zhǎng)末端433forms3forms44ReversetranscriptionFromRNAtoDNAStep1ReversetranscriptionFromRNA45DavidBaltimore1970ReversetranscriptionandReversetranscriptaseDavidBaltimore197046正鏈病毒(Plusstrandvirus)負(fù)鏈DNA正鏈DNA(Minusstrand)負(fù)鏈DNA正鏈病毒負(fù)鏈DNA正鏈DNA負(fù)鏈DNA47負(fù)鏈DNA的合成負(fù)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(xì)胞的質(zhì)膜出芽的情形HIV從受感染細(xì)胞的質(zhì)膜出芽的情形636.1.3逆轉(zhuǎn)錄病毒會(huì)將宿主序列在細(xì)胞間轉(zhuǎn)送6.1.3逆轉(zhuǎn)錄病毒會(huì)將宿主序列在細(xì)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(jìn)行轉(zhuǎn)座有末端重復(fù)序列但沒(méi)有env基因，不能形成病毒顆粒，不能獨(dú)立地感染其它細(xì)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(xì)胞轉(zhuǎn)錄的RNA能編碼逆轉(zhuǎn)錄酶和/或整合酶，因此能進(jìn)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(diǎn)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(xué)效應(yīng)及應(yīng)用1.靶位點(diǎn)形成正向重復(fù)序列(靶位加倍現(xiàn)象)七、轉(zhuǎn)座的遺傳學(xué)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(diǎn)切離準(zhǔn)確的切離使插入失活的基因發(fā)生回復(fù)突變，不準(zhǔn)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(diǎn)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(dòng)外顯子混編當(dāng)二個(gè)轉(zhuǎn)座子被同一轉(zhuǎn)座酶識(shí)別而整合到染色體的鄰近位置時(shí)，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(chēng)為外顯子混編(exonshuffling)5.啟動(dòng)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(dá)很多轉(zhuǎn)座子帶有增強(qiáng)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(dòng)子，也能促進(jìn)基因的活性。也存在轉(zhuǎn)座子插入某個(gè)基因的內(nèi)含子中后影響基因表達(dá)，通常降低轉(zhuǎn)錄水平。有時(shí)也會(huì)改變內(nèi)含子的剪接位點(diǎn)，是外顯子丟失，導(dǎo)致基因失活。若插入到基因轉(zhuǎn)錄控制區(qū)或啟動(dòng)子中，則導(dǎo)致基因完全失活。6.調(diào)節(jié)基因表達(dá)很多轉(zhuǎn)座子帶有增強(qiáng)子，像RNA病毒一樣，能使927.產(chǎn)生新的基因，引起生物進(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)座，形成重新組合的基因組，以及前述的通過(guò)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(huì)造成基因組新的變異，這些變異對(duì)生物的進(jìn)化有重要意義。7.產(chǎn)生新的基因，引起生物進(jìn)化。938.轉(zhuǎn)座子標(biāo)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(kù)進(jìn)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(kù)中克隆出完整的基因。從理論上講，利用轉(zhuǎn)座子標(biāo)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(biāo)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(xì)胞中，進(jìn)行遺傳操作。8.作為基因工程的載體95補(bǔ)充復(fù)旦發(fā)育生物學(xué)研究所

將甘藍(lán)環(huán)蛾的PB(PiggyBac)轉(zhuǎn)座子，用于小鼠和人類(lèi)細(xì)胞的基因功能研究首次創(chuàng)立了一個(gè)高效實(shí)用的哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)座因子系統(tǒng)。補(bǔ)充復(fù)旦發(fā)育生物學(xué)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