遺傳學(xué)教學(xué)課件：轉(zhuǎn)座因子的遺傳學(xué)分析

第十一章

轉(zhuǎn)座因子的遺傳分析1926年建立的摩爾根基因?qū)W說認(rèn)為，基因是穩(wěn)定的，突變是隨機(jī)的；基因在染色體上的位置固定不變，基因只能通過交換重組改變自己的相對位置,通過突變改變自己的相對性質(zhì).

修正該學(xué)說的是美國女科學(xué)家芭芭拉·麥克林托克及其轉(zhuǎn)座基因理論.第一節(jié)轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)和分類1914年Emerson

在研究玉米果皮色素遺傳過程中，發(fā)現(xiàn)一種花斑果皮的突變類型。

發(fā)生多次回復(fù)突變，產(chǎn)生寬窄不同、紅白相間的花斑?；ò叩漠a(chǎn)生在于基因的不穩(wěn)定性

1938年Rhoades研究玉米籽粒糊粉層色素遺傳有色籽粒純種自交后代表現(xiàn)出一種意外的修飾的孟德爾分離比有色：斑點(diǎn)：白色=12：3：1（顯性上位）兩對基因色素基因

A1/a1

斑點(diǎn)基因Dt/dt

產(chǎn)生斑點(diǎn)的一種可能是在體細(xì)胞中產(chǎn)生了回復(fù)突變a1→A1,但大量的斑點(diǎn)需要很高頻率的回復(fù)突變。Rhoades能在a1a1Dt_（花斑）特殊無性生殖植物的花中找到相應(yīng)的花藥，其花粉應(yīng)攜帶回復(fù)突變產(chǎn)生色素的基因型，而他用這些花粉與a1a1的植株測交，結(jié)果所有的后代完全是有顏色的。表明在親本中每個斑點(diǎn)實(shí)際上是回復(fù)突變的。RhoadesGenetics193823377

McClintock1940~1950研究了玉米胚乳的紫色、白色以及白色背景上帶有的紫色斑點(diǎn)這些表型之間的相互關(guān)系花斑表型是不穩(wěn)定的，推斷“花斑”表型并不是一般的基因突變產(chǎn)生的，而是由一種控制因子的存在所導(dǎo)致的。A(anthocyan)花色素C(color)決定紅色和紫色的發(fā)生R(red)紅色，以A、C為先決條件Pr(purple)紫色，以A、C、R為先決條件I(inhibitor)抑制C基因的作用McClintock認(rèn)為玉米帶有野生型C基因，則胚乳呈紫色;C基因的突變阻斷了色素的合成，胚乳呈白色;

在胚乳發(fā)育過程中，突變發(fā)生回復(fù)導(dǎo)致斑點(diǎn)的產(chǎn)生McClintock認(rèn)為，已知有色基因C可使籽粒呈現(xiàn)色，但在C旁有一個基因叫Dissociator（Ds）Ds可以移動并插入到C基因中當(dāng)Ds從C上移走后，C作用恢復(fù)，出現(xiàn)顏色；Ds從C上移走的早，花斑就大，反之就?。灰虼嘶ò叩拇笮∈荄s從C上移走的早晚引起的。Ds的移動還受另一個因子Activator（Ac）的控制，當(dāng)Ac存在時，Ds可移動，Ac丟失，則Ds不能移動。1951年McClintock提出轉(zhuǎn)座（Transposition）和跳躍基因(jumpinggene)的新概念

麥克林托克1950年發(fā)表的《玉米易突變位點(diǎn)的由來與行為》和1951年發(fā)表的《染色體結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)》兩篇論文Shapiro1967年在E.coli中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座因子（transposableelement）。他在半乳糖操縱子(galK,T,E

）中發(fā)現(xiàn)了一種突變。它有以下的特點(diǎn)：(1)能回復(fù)突變；(2)用誘變劑對其處理并不能提高回復(fù)突變率;想到gal-的突變可能也是部分DNA的插入（突變）和切離（回復(fù)突變）所致。gal-的突變確實(shí)是DNA的插入引起的突變。這一插入序列是最先發(fā)現(xiàn)的最小的一種轉(zhuǎn)座因子，稱為IS1。至此，轉(zhuǎn)座因子的概念才被遺傳學(xué)界公認(rèn)。接著在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了一系列的轉(zhuǎn)座子Tn轉(zhuǎn)座因子

是基因組內(nèi)一段相對獨(dú)立的、可移動序列，它們不必借用噬菌體或質(zhì)粒的形式就可以從基因組的一個部位直接轉(zhuǎn)移到另一個部位，這個過程稱為轉(zhuǎn)座（transposition）。轉(zhuǎn)座子每次移動時攜帶著轉(zhuǎn)座必需的基因一起在基因組內(nèi)躍遷，所以轉(zhuǎn)座子又稱跳躍基因（jumpinggene）。

（1）基因組內(nèi)移動；（2）不依賴于供體與受體間的序列關(guān)系；（3）一般僅移動轉(zhuǎn)座子序列本身。

轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座特點(diǎn)轉(zhuǎn)座因子分類DNA轉(zhuǎn)座子直接以DNA序列某些區(qū)段作為轉(zhuǎn)座成分反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子以RNA介導(dǎo)轉(zhuǎn)座DNA轉(zhuǎn)座根據(jù)轉(zhuǎn)座機(jī)制不同分為：

復(fù)制型轉(zhuǎn)座

轉(zhuǎn)座過程中，轉(zhuǎn)座子被復(fù)制，一個拷貝保留在原位點(diǎn)，另一份拷貝插入到新的位點(diǎn)

非復(fù)制型轉(zhuǎn)座

轉(zhuǎn)座因子直接從一個位點(diǎn)移動到受體DNA一個靶位點(diǎn)

保守型轉(zhuǎn)座

實(shí)質(zhì)是一種非復(fù)制型轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座因子所有堿基均被保留插入到靶位點(diǎn)第二節(jié)原核生物中的轉(zhuǎn)座因子插入序列轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座噬菌體一、插入序列最簡單的轉(zhuǎn)座因子，不含任何宿主基因的可轉(zhuǎn)座的DNA序列（insertionsequences,IS）。IS元件是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單位，每個元件只編碼為自身轉(zhuǎn)座所需要的蛋白質(zhì)。IS元件的末端為短的反向末端重復(fù)序列（invertedterminalrepeats）。末端反向重復(fù)序列(Invertedrepeats,IR)ATGGGATCTTTTACCCTAGAAAAAAGATCCCATTTTCTAGGGTAIRIR在插入部位，ISDNA總是和很短的正向重復(fù)序列（directrepeats,DR)相連。但在插入之前靶部位只有這兩個重復(fù)序列中的一個。轉(zhuǎn)座后在轉(zhuǎn)座子的兩側(cè)各存在一個此序列的拷貝。轉(zhuǎn)座的結(jié)果是靶部位序列形成了兩個正向重復(fù)序列。轉(zhuǎn)座子兩側(cè)DR形成機(jī)制（Tn3）反向重復(fù)序列標(biāo)明了轉(zhuǎn)座子的末端。所有類型轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座皆需轉(zhuǎn)座酶（transposase）對末端的識別。第三節(jié)真核生物中的轉(zhuǎn)座因子果蠅基因組中的轉(zhuǎn)座子玉米基因組中的轉(zhuǎn)座子人類基因組中的轉(zhuǎn)座子果蠅基因組中的轉(zhuǎn)座子“雜種劣育”（hybriddysgenesis）某些品系雜交子代出現(xiàn)某些異常P品系：作為父方造成雜種劣育M品系：作為母方造成雜種劣育M（♂）×P（♀）后代不育原因：P品系的細(xì)胞中有導(dǎo)致雜種劣育的遺傳因子稱為P因子。全長2907bp，兩端有31bp的反向重復(fù)序列果蠅中除了P因子還有copia、412、279、Tip、FB等轉(zhuǎn)座因子玉米基因組中的轉(zhuǎn)座子Ac/DsSpm/dSpm

（suppressor-promotor-mutonsysytemspm）MutatorHelitronsRetrotransposonAc/Ds1983年Fedoroff

Ac全長4565bp反向重復(fù)序列11bp一般認(rèn)為Ds是由Ac序列缺失的衍生物Ac為自主性轉(zhuǎn)座子，Ds為非自主性轉(zhuǎn)座子Ac基因組序列和轉(zhuǎn)座酶的結(jié)構(gòu)KunzeandWeil,2002Conardetal.Genetics2007Yanetal.Genetics1999第四節(jié)

轉(zhuǎn)座因子的遺傳學(xué)效應(yīng)及其應(yīng)用引起染色體結(jié)構(gòu)的改變產(chǎn)生新的變異轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽調(diào)節(jié)基因表達(dá)引起染色體結(jié)構(gòu)的改變Ac-inducedps1allelicvariationBaietal.2007Genetics175:981產(chǎn)生新的變異teosintebranched1(tb1)的克隆大芻草玉米轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽（transposontagging)Lidetal.2002PNAS99:5460轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法克隆基因1、構(gòu)建轉(zhuǎn)座突變體2、鑒定突變體的表型3、挑選出具有突變表型的個體，并構(gòu)建一個分離群體4、找到與突變表型共分離的轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽5、克隆到轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽所在的基因組片段6、結(jié)合基因表達(dá)信息，確定目的基因調(diào)節(jié)基因表達(dá)

大芻草玉