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课次：23
教学目的：使学生了解转座的类型和发生机制，了解几种原核和真核生物转座子和反转座子，掌握转座子的几种类型和特点。
重点：转座子的类型和特点
难点： 转座发生的机制，几种原核和真核生物转座子、反转录转座子。
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第十章 转座
第一节 概述
概念：
转座子（transponsn,简称Tn）, 又称易位子，是指存在于染色体DNA上可以自主复制和位移的一段DNA顺序。
转座子可以在不同复制子之间转移，以非正常重组方式从一个位点插入到另外一个位点，对新位点基因的结构与表达产生多种遗传效应。
第二节 转座子的分类
一．转座因子的类型
(一) 插入序列(IS)
最简单的转座子称为插入序列(Insertion sequence，IS)。
IS家族有很多成员，它们的结构相似：
n 两端都有短5-9bp的正向重复序列（direct repeats, DR）（靶序列），
n 略长15-25bp的反向重复序列（inverted repeats, IR）
n 以及1kb左右的编码区，它仅编码和转座有关的转座酶。
转座过程：
n 转座酶（transposase）催化IS的转座，它由IS编码。
n 首先转座酶交错切开宿主靶位点，然后IS插入，与宿主的单链末端相连接，余下的缺口由DNA聚合酶和连接酶加以填补，最终插入的IS两端形成了DR或靶重复。

表 IS的结构和功能

DR(bp)
IR(bp)
中心区域(bp)
靶的选择
拷贝数
IS 1
9
23
768
随机
5～8
IS2
5
41
1327
热点
5
IS4
11～13
18
1428
AAN20TTT
1或2
IS5
4
16
1195
热点
？
IS10R
9
22
1329
NGCTNAGCN

IS50R
9
9
1531
热点

IS903
9
18
1057
随机

(二) 复合转座子。
复合转座子是由两个重复序列夹着一个或多个结构基因如某些抗药性基因和其它基因组成。
ü 复合转座子两端的组件由IS和类IS组成。
表 复合转座子的结构和功能
转座因子
长度(bp)
遗传标记
末端组件
方向
二组件的关系
组件的功能
Tn903
3100
KanR
IS903
反向
相同
二者皆有功能
Tn9
2500
CamR
IS 1
正向
推测相同
预计有功能
Tn10
9300
TetR
IS 10R

有功能

IS 10L
反向
有2.5%的差异
无功能
Tn5
5700
KanR
IS 50R

有功能

IS 50L
反向
1 bp的改变
无功能

第三节 转座发生的机制
一 类型
1复制型转座（replicative transposition）
l 转座是伴随着新拷贝的复制。
l 两种酶：转座酶和解离酶。
l TnA转座子 。
2非复制型转座（nonreplicative transposition）：
l 一个位点移到另一位点。
l 一种酶：转座酶 。
l 供体中无转座子。
l 插入序列和复合转座子Tn10及Tn5；
3 保守转座（conservative tranposition）
l 宿主的修复系统能识别此处双链断裂并进行修复。
三．转座的机制
1 复制性转座要通过一种共合体。

2．非复制型转座
非复制型转座的原理是断裂和重接反应使靶重构。供体保持裂缺。不形成共合体。

第四节 真核生物的转座因子
在转真核生物中已发现各种不同的转座因子(表23－5),现分别介绍如下：
表 一些有代表性的真核转座子的属性
物种
II类转座因子家族
ITR
TSD
果蝇
P
Hobo
Mariner
FB
31
12
28
大
8
8
2
9
线虫
Tc1
54
2
玉米
AC/DS
Spm/dsom
Mu/mn
10/11

13
@200
8
3
9
金鱼草
Tam1
Tam3
13/14
12
3
8/5
一些真核生物
TU/puppy
大
8
  一、玉米中的控制因子
（一）麦克林托克的伟大发现
ü McClintock决定原来的C突变（无色素）是由一个“可移动的控制因子”（现在称转座子）引起的，称为Ds，即解离因子（dissociator）。它可以插入到C基因中。
ü 另一个可移动的控制因子是Ac，称激活因子（activator），它的存在激活Ds转座进入C基因或其它基因，也能使Ds从基因中转出，使突变基因回复，这就是Ac-Ds系统。
(二) 玉米中控制因子家族
1．自主性因子（antonomous elements）有切离和转座的能力。由于自主因子的持续活性，它们可以插入到任何位点产生一个不稳定的或可“突变”（mutable）等位基因。自主因子本身的丢失就使可变的等位基因变成稳定的等位基因。
2. 非自主性因子（nonautonomous elements）是稳定的；它们自己并不能转座或自发地改变条件，当同一家族中的不稳定成员存在于基因组中时,不论这自主因子位于何处都－能使非自主因子变得不稳定。
非自主因子是来自于失去了反式作用功能的自主因子，这种功能是转座所必须的。
玉米转座因子分子水平的特点和原核的转座因子相似。在其两端有反向重复序列（IR），在与靶DNA连接处有短的正向重复（DR）。但玉米转座因子的大小和编码相差很大。
在Ds-Ac系统中，大部分自主因子AC的长度由含5个外显子的单个基因组成，其产物是转座酶，它的末端有11bp的IR和8bp的DR，DR是由靶位点重复而成。
表 玉米转座因子的结构
因子
拷贝/基因组
长度(bp)
mRNA(b)
蛋白产物
IR（bp）
靶(DR)
AC
～9
4563
3500
1
11
8
Mul
> 10
1367
?
4 ?
213
9
Spm(En)
?
8287
2400
1(+2?)
13
3
各种Ds因子的长度和序列都不相同，但和Ac相关。其末端同样有11bp的IR。Ds比Ac短，其缺失的长度不同，一个极端的例子是Ds9因子仅缺失194bp，另一个例子是Ds6因子长仅有2Kb，相当于Ac两端各1kb。
非自主因子来自自主因子，自主因子通过缺失或其它的变化，使得失去了反式作用的转座酶活性，但留下了完整的转座酶作用位点,包括边界。
第五节 反转录病毒和反转录子
一．反转录病毒
(一)反转录病毒的生活史
从DNA到DNA的转移称为转座；从DNA到RNA再到 DNA的转移过程称为反转座。
由RNA介导的转座仅发生在真核生物中，是由反转录病毒（retroviruses）以其RNA基因组的DNA拷贝插入到宿主细胞的染色体中而产生的。
有些生物的转座子和它们组织中的反转录病毒的前病毒有关。而且它们的转座是通过RNA介导的。这一类因子称为反转录子（retroposons），有时称为反转录转座子（retrotransposons）。
反转录病毒整合在细胞的基因组中，作为一种内生病毒（endogenous provirus），像是一个溶源性细菌噬菌体，其行为作为生物遗传物质的一部分。
1．反转录病毒基因组的结构与功能
反转录病毒mRNA存在两种mRNA：长的mRNA翻译Gag和Po1多蛋白。从起始密码子到第一个终止密码的阅读框翻译成Gag产物。Po1表达一定要越过第一个终止密码子。
Env多蛋白是通过另一种机制进行表达。
R序列差异很大，长10到80nt不等。在5′端紧跟着R的是U5区，长80～100nt；在3′端R的内侧是U3序列，长170～135nt。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2 bp。
2．反转录病毒的整合模型
前病毒是通过将线性DNA正向插入到靶位点中产生的，由病毒的整合酶所催化。
ü 反转录病毒整合入宿主DNA中的分子机制，其本质是转座；
ü 整合的病毒DNA两端的LTR丢失了2bp，即右边U3的5′末端丢失了2bp，右端的LTR丢失了2bp，而在整合的反转录病毒基因组的每端产生了靶DNA的短重复序列。
ü 每个LTR的U3带有一个启动子。左侧LTR中的启动子负责起始前病毒的转录。
三．反转座子的分类
反转录病毒编码反转录酶和或整合酶，所以有转座能力。反转录子不同于反转录病毒，它们自已并不形成独立的感染颗粒。但对于转座机制等其它方面它们是相似的。这一组称为病毒超家族（vira superfamivly）。
另一类反转录子其内外部特点是相似的，表明它们起源于RNA序列。虽然目前只能推测一个DNA拷贝是如何产生的。估计转座的靶是通过别处编码的酶来作用的。它们起源于细胞中转录本。它们并不编码具有转座功能的蛋白。这一组就称为非病毒超家族（nonviral suberfamily）。
ü “哺乳动物的基因组含有大量相对短的序列，它们与另一些序列相关。这些成分的有意义部分构成了反转录子。
ü 每个家族的很多成员都分散在基因组中LINS是指长的分散序列（long interspersed sequence），SINES是指短的分散序列（short interspersed sequence），更为重要的区别是LINEs是由PolⅡ转录的，而SINEs是由Pol Ⅲ转录的。
表 反转录子分为病毒超家族和非病毒超家族

病毒超家族
非病毒超家族
共同类型
Ty(酵母)
SINES B1/Alu(哺乳动物)

Copia(果蝇)
Pol Ⅲ转录的加工假基因

LINES L1(哺乳动物)

末端
长末端重复序列
无末端重复序列
靶重复序列
4～6 bp
7～12bp
阅读框
反转录酶和/或整合酶
无（不编码转录子产物）
组成
可含内含子(在亚基因组mRNA中被切除
无转录子

归纳小结： 转座子，复合转座子，插入序列，反转录转座子。
布置作业：
问答题：
1. 转座子有哪几种类型？各有什么特点？
2. 什么叫做Ds-Ac因子？有何功能？
3. 以Tn10为例说明转座子调控的多项途径。
4. 反转录病毒和反转录转座子有什么不同？
教学后记：