第六章_DNA的重組與轉(zhuǎn)座

1、目目 錄錄第 6 章 DNA的重組與轉(zhuǎn)座目目 錄錄6.1 DNA的重組nDNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合叫遺傳重組或基因重排。nDNA重組是生物進(jìn)化的關(guān)鍵基礎(chǔ)。目目 錄錄發(fā)生在同源序列間的重組稱為發(fā)生在同源序列間的重組稱為同源重組同源重組(homologous recombination)，又稱，又稱基本重基本重組組。是最基本的。是最基本的DNA重組方式，通過鏈的斷重組方式，通過鏈的斷裂和再連接，在兩個裂和再連接，在兩個DNA分子同源序列間進(jìn)分子同源序列間進(jìn)行單鏈或雙鏈片段的交換。行單鏈或雙鏈片段的交換。 同源重組需要一些重組蛋白和酶，如同源重組需要一些重組蛋白和酶，如Rec A、B

2、、C、D及及DNA連接酶等。連接酶等。一、同源重組一、同源重組目目 錄錄Holliday模型中，同源重組主要模型中，同源重組主要4個關(guān)鍵步驟個關(guān)鍵步驟 兩個同源染色體兩個同源染色體DNA排列整齊排列整齊一個一個DNA的一條鏈斷裂、并與另一個的一條鏈斷裂、并與另一個DNA對應(yīng)的鏈連接，形成對應(yīng)的鏈連接，形成Holliday中間體中間體通過分支移動產(chǎn)生異源雙鏈通過分支移動產(chǎn)生異源雙鏈DNAHolliday中間體切開并修復(fù)，形成兩個雙鏈中間體切開并修復(fù)，形成兩個雙鏈重組體重組體DNA，分別為：，分別為：片段重組體片段重組體(patch recombinant)拼接重組體拼接重組體(splice re

3、combinant) 目目 錄錄片段重組體片段重組體 ： 切開的鏈與原來斷裂的是同一條鏈，重組切開的鏈與原來斷裂的是同一條鏈，重組體含有一段異源雙鏈區(qū)，其兩側(cè)來自同一親本體含有一段異源雙鏈區(qū)，其兩側(cè)來自同一親本DNA。拼接重組體拼接重組體： 切開的鏈并非原來斷裂的鏈，重組體異源切開的鏈并非原來斷裂的鏈，重組體異源雙鏈區(qū)的兩側(cè)來自不同親本雙鏈區(qū)的兩側(cè)來自不同親本DNA。 內(nèi)切酶內(nèi)切酶 (recBCD)DNA侵?jǐn)_侵?jǐn)_(recA)分支遷移分支遷移 (recA) 內(nèi)切酶內(nèi)切酶(recBCD) DNA 連接酶連接酶5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5

4、 3 5 3 5 3 3 3 5 3 5 3 3 5 5 3 5 3 5 3 Holiday中間體中間體5 3 5 3 5 3 5 3 目目 錄錄Holiday中間體中間體5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 5 5 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 內(nèi)切酶內(nèi)切酶(ruvC)內(nèi)切酶內(nèi)切酶(ruvC) DNA連接酶連接酶 DNA連接酶連接酶片段重組體片段重組體拼接重組體拼接重組體目目 錄錄目目 錄錄DNA同源重組是一個十分精確的過程，哪怕只有一個核苷酸的差錯都會造成基因失活。同源重組的

5、分子基礎(chǔ)是鏈間的配對，通過堿基配對才能找到正確位置，進(jìn)行鏈的交換。當(dāng)兩同源DNA分子之一發(fā)生雙鏈斷裂，經(jīng)核酸酶和解螺旋酶作用，產(chǎn)生具有3末端的單鏈，它在另一DNA分子的同源區(qū)尋找互補(bǔ)鏈并與之配對。相對應(yīng)的鏈則被置換出來，與原來斷裂目目 錄錄的鏈配對經(jīng)修復(fù)合成和鏈的再連接，形成兩個交叉，而不是單鏈交換時(shí)形成的一個交叉。值得注意的是，在兩交叉之間，由交換和分支移動產(chǎn)生的是異源雙鏈，而由修復(fù)合成產(chǎn)生的是同源雙鏈(圖4-2)。實(shí)驗(yàn)表明，兩DNA分子必需具有75 bp以上的同源區(qū)才能發(fā)生同源重組，同源區(qū)小于此數(shù)值將顯著降低重組率。目目 錄錄在不同生物體內(nèi)同源重組的具體過程可以有許多變化，但基本步驟大致相

6、同。同源性并不意味序列完全相同。兩DNA分子只要含有一段堿基序列大體類似的同源區(qū)，即使相互間略有差異，仍然可以發(fā)生重組。同源重組是最基本的重組方式，它參與各種重要的生物學(xué)過程。復(fù)制、重組和重組修復(fù)三個過程是密切相關(guān).目目 錄錄二、細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組二、細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組（一）接合作用（一）接合作用當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通過菌毛相互接當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通過菌毛相互接觸時(shí)，質(zhì)粒觸時(shí)，質(zhì)粒DNA從一個細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至從一個細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至另一細(xì)胞（細(xì)菌）的另一細(xì)胞（細(xì)菌）的DNA轉(zhuǎn)移稱為轉(zhuǎn)移稱為接合作用接合作用(conjugation)。目目 錄錄可接合質(zhì)粒如可接合質(zhì)粒如 F 因子因子(F

7、factor) 質(zhì)粒質(zhì)粒 細(xì)菌染色體外的小型環(huán)狀雙鏈細(xì)菌染色體外的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子分子目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄F質(zhì)粒是雙鏈閉環(huán)的大質(zhì)粒，總長約100 kb，復(fù)制起點(diǎn)為oriV。F質(zhì)?？梢栽诩?xì)胞內(nèi)游離存在，也可以整合到宿主染色體內(nèi)，因此屬于附加體(episome)。其與轉(zhuǎn)移有關(guān)的基因(tra)占據(jù)質(zhì)粒的三分之一(33 kb)，稱為轉(zhuǎn)移區(qū)，包括編碼F性菌毛(F pilus)、穩(wěn)定接合配對、轉(zhuǎn)移的起始和調(diào)節(jié)等，總共約40個基因。目目 錄錄（二）轉(zhuǎn)化作用（二）轉(zhuǎn)化作用通過自動獲取或人為地供給外源通過自動獲取或人為地供給外源DNA，使細(xì)胞或培養(yǎng)的受體細(xì)胞獲得新，使細(xì)胞或培養(yǎng)的受體細(xì)

8、胞獲得新的 遺 傳 表 型 ， 稱 為的 遺 傳 表 型 ， 稱 為 轉(zhuǎn) 化 作 用轉(zhuǎn) 化 作 用 (transformation)。 目目 錄錄具有攝取周圍環(huán)境中游離DNA分子能力的細(xì)菌細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞(competent cell)。很多細(xì)菌在自然條件下就有吸收外源DNA的能力(如固氮菌、鏈球菌、芽孢桿菌、奈氏球菌及嗜血桿菌等)，雖然感受態(tài)。目目 錄錄轉(zhuǎn)化經(jīng)常是瞬時(shí)的，與特定的生理狀態(tài)有關(guān)。轉(zhuǎn)化過程涉及細(xì)菌染色體上10多個基因編碼的功能。有些細(xì)菌在自然條件下不發(fā)生轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)化效率很低，但在實(shí)驗(yàn)室中可以人工促使轉(zhuǎn)化。例如大腸桿菌，用高濃度Ca2+處理，可誘導(dǎo)細(xì)胞成為感受態(tài)，重組質(zhì)粒得以高效轉(zhuǎn)

9、化。人工轉(zhuǎn)化的機(jī)制目前還不十分清楚，可能與增加細(xì)胞通透性有關(guān)。目目 錄錄分離DNA SH 型肺炎雙球菌 RH 型肺炎雙球菌目目 錄錄3.細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)是通過噬菌體將細(xì)菌基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞的過程。 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo):是指宿主基因組任意位置的DNA成為成熟噬菌體顆粒DNA的一部分而被帶入受體菌； 局限性轉(zhuǎn)導(dǎo):某些溫和噬菌體在裝配病毒顆粒時(shí)將宿主染色體整合部位的DNA切割下來取代病毒DNA。目目 錄錄在上述兩種類型中，轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體均為缺陷型，因?yàn)槎加惺删w基因被宿主基因所取代。缺陷型噬菌體仍然將顆粒內(nèi)DNA導(dǎo)入受體菌，前宿主的基因進(jìn)入受體菌后即可與染色體DNA發(fā)生重組。 噬

10、菌體的生活史噬菌體的生活史溶菌生長途徑溶菌生長途徑(lysis pathway)溶源菌生長途徑溶源菌生長途徑(lysogenic pathway)例例目目 錄錄目目 錄錄4細(xì)菌的細(xì)胞融合在有些細(xì)菌的種屬中可發(fā)生由細(xì)胞質(zhì)膜融合導(dǎo)致的基因轉(zhuǎn)移和重組。在實(shí)驗(yàn)室中，用溶菌酶除去細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖，使之成為原生質(zhì)體，可人工促進(jìn)原生質(zhì)體的融合，由此使兩菌株的DNA發(fā)生廣泛的重組。 目目 錄錄(三) 重組有關(guān)的酶已經(jīng)分離并鑒定了原核生物和真核生物促進(jìn)同源重組各步驟有關(guān)的酶，研究最多的還是大腸桿菌的酶。在大腸桿菌中，RecA蛋白參與重組是最關(guān)鍵的步驟。RecA有兩個主要的功能：誘發(fā)SOS反應(yīng)和促進(jìn)DNA單鏈的

11、同化(assimilation)。目目 錄錄所謂單鏈同化即是指單鏈與同源雙鏈分子發(fā)生鏈的交換，從而使重組過程中DNA 配對、Holliday中間體的形成，分支移動等步驟得以產(chǎn)生。當(dāng)RecA與DNA單鏈結(jié)合時(shí)，數(shù)千RecA單體協(xié)同聚集在單鏈上，形成螺旋狀纖絲。RecF、RecO和RecR蛋白調(diào)節(jié)RecA纖絲的裝配和拆卸。RecA蛋白相對分子質(zhì)量為38000，它與單鏈DNA結(jié)合形成的螺旋纖絲每圈含六個單體，螺旋直徑10nm，堿基間距0.5nm。目目 錄錄此復(fù)合物可以與雙鏈DNA作用，部分解旋以便閱讀堿基序列，迅速掃掠尋找與單鏈互補(bǔ)的序列?；パa(bǔ)序列一旦被找到，雙鏈進(jìn)一步被解旋以允許轉(zhuǎn)換堿基配對，使單

12、鏈與雙鏈中的互補(bǔ)鏈配對，同源鏈被置換出來(圖6-3)。鏈的交換速度大約為6 bp/s，交換沿單鏈53方向進(jìn)行，直至交換終止，在此過程中由RecA水解ATP提供反應(yīng)所需能量。目目 錄錄圖6-3RecA蛋白介導(dǎo)的DNA鏈交換模型 A:DNA鏈交換的側(cè)面觀: 1.RecA蛋白與單鏈DNA結(jié)合；2.復(fù)合物與同源雙鏈DNA結(jié)合；3.入侵單鏈與雙鏈中的互補(bǔ)鏈配對，同源鏈被置換出來;B:DNA鏈交換過程RecA蛋白的橫切面 目目 錄錄任何部位的單鏈DNA都能借助RecA蛋白與同源雙鏈DNA進(jìn)行鏈的交換。單鏈DNA可以由許多途徑產(chǎn)生，RecBCD酶是產(chǎn)生參與重組的DNA單鏈主要途徑。該酶的亞基分別由基因rec

13、B、recC和recD編碼。Rec BCD酶具有三種酶活性： 依賴于ATP的核酸外切酶活性， 可被ATP增強(qiáng)的核酸內(nèi)切酶活性， ATP依賴的解螺旋酶活性。當(dāng)DNA分子斷裂時(shí)，它即結(jié)合目目 錄錄在其游離端，使DNA雙鏈解旋并降解，解旋所需能量由ATP水解供給。及至酶移動到chi位點(diǎn)(5GCTGGTGG3)，在其3側(cè)46個核苷酸處將鏈切開，產(chǎn)生具有3末端的游離單鏈。隨后單鏈可參與重組各步驟。大腸桿菌基因組共有1009個chi位點(diǎn)，分布在DNA各部位，平均5kb有一個，成為重組熱點(diǎn)。目目 錄錄由于DNA分子具有螺旋結(jié)構(gòu)，在持續(xù)進(jìn)行鏈的交換時(shí)需要兩DNA分子發(fā)生旋轉(zhuǎn)。RecA能夠介導(dǎo)單鏈繞入另一DNA

14、分子，并水解ATP。一旦Holliday中間體形成，即由RuvA和RuvB蛋白促進(jìn)異源雙鏈的形成。RuvA蛋白能夠識別Holliday聯(lián)結(jié)體(junction)的交叉點(diǎn)，RuvA四聚體結(jié)合其上形成四方平面的構(gòu)象，使得分支點(diǎn)易于移動，RuvA還幫助RuvB六聚體環(huán)結(jié)合在雙鏈DNA上，位于交叉點(diǎn)上游。目目 錄錄RuvB是一種解螺旋酶，通過水解ATP而推動分支移動(圖4-4)。RuvAB復(fù)合物的移動速度約為1020 bp/s。同源重組最后由RuvC將Holliday聯(lián)結(jié)體切開，并由DNA聚合酶和DNA連接酶進(jìn)行修復(fù)合成。RuvC是一種核酸內(nèi)切酶，特異識別Holliday聯(lián)結(jié)體并將其切開。它識別不對稱

15、的四核苷酸ATTG，此序列因而成為切開Holliday聯(lián)結(jié)體的熱點(diǎn)，并決定目目 錄錄圖6-4 Ruv AB復(fù)合物結(jié)合于Holliday聯(lián)結(jié)體的模型 目目 錄錄結(jié)果是片段重組還是拼接重組，即異源雙鏈區(qū)兩側(cè)來自同一分子還是不同分子。 相當(dāng)于原核生物中與重組有關(guān)酶的對應(yīng)物也已在真核生物中發(fā)現(xiàn)。在釀酒酵母中的rad51基因與大腸桿菌recA基因同源，二者的功能有關(guān)。該基因突變造成雙鏈斷裂積累，并且無法形成正常的聯(lián)會復(fù)合物，但此蛋白質(zhì)不能在體外與單鏈DNA形成纖絲，表明原核生物與真核生物的同源重組機(jī)制可能有所不同。目目 錄錄二、 特異位點(diǎn)重組 特異位點(diǎn)重組廣泛存在于各類細(xì)胞中，起著十分特殊的作用，彼此有

16、很大的不同。它們的作用包括某些基因表達(dá)的調(diào)節(jié)，發(fā)育過程中程序性DNA重排，以及有些病毒和質(zhì)粒DNA復(fù)制循環(huán)過程中發(fā)生的整合與切除等。此過程往往發(fā)生在一個特定的短的(20200 bp)DNA序列內(nèi)(重組位點(diǎn))，并且有特異的酶(重組酶)和輔助目目 錄錄因子對其識別和作用。特異位點(diǎn)重組的結(jié)果決定于重組位點(diǎn)的位置和方向。如果重組位點(diǎn)以相反方向存在于同一DNA分子上，重組結(jié)果發(fā)生倒位。重組位點(diǎn)以相同方向存在于同一DNA分子上，重組發(fā)生切除；在不同分子上，重組發(fā)生整合。目目 錄錄特異位點(diǎn)重組的結(jié)果依賴于重組位點(diǎn)的位置和方向重組位點(diǎn)以白箭頭表示。A重組位點(diǎn)反方向位于同一DNA分子，重組結(jié)果發(fā)生倒位。B重組位

17、點(diǎn)同方向位于同一DNA分子，重組發(fā)生切除；位于不同分子，重組發(fā)生整合目目 錄錄 位點(diǎn)專一性重組最早是在噬菌體的遺傳學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)的。DNA通過重組整合到大腸桿菌染色體的專一性位點(diǎn)上，轉(zhuǎn)變成為原噬菌體DNA的非活性狀態(tài)。一般位點(diǎn)專一性重組都具有整合作用的兩個基本特征：交換是相互的和保存原先的D N A ， 是 典 型 的 保 守 性 重 組（conservative recombination）；它發(fā)生在噬菌體和細(xì)菌DNA短同源序列目目 錄錄中的專一性核苷酸上，在高等生物細(xì)胞中，最重要的例子是通過一組前體序列的位點(diǎn)專一性重排構(gòu)建多種多樣的專一抗體基因。本節(jié)簡要介紹噬菌體DNA的整合與切除。 目目

18、錄錄噬菌體的整合與切除噬菌體的整合與切除 噬菌體侵入大腸桿菌細(xì)胞后，面臨著裂解生長還是溶源生長兩種生活型的選擇，其DNA在不同生活型之間的轉(zhuǎn)換包括兩種狀態(tài)：進(jìn)入溶源狀態(tài)需要DNA整合（integrate）進(jìn)宿主DNA，噬菌體DNA是細(xì)菌染色體的整合部分；由溶源狀態(tài)進(jìn)入裂解狀態(tài)需要DNA從宿主DNA上切除（excise）下來，DNA在宿主細(xì)菌中目目 錄錄 以環(huán)狀分子獨(dú)立存在。這里，整合和切除均通過細(xì)菌DNA和DNA上特定位點(diǎn)之間的重組而實(shí)現(xiàn)。這些特定位點(diǎn)叫附著位點(diǎn)（attachment site或att）。細(xì)菌的附著位點(diǎn)稱attB，由序列B、O和B組成，噬菌體的附著位點(diǎn)稱attP，由序列P、O和

19、P組成。其中B、B、P、P的序列各不相同，而O序列是attB和attP所共有的，說明在這些位點(diǎn)處發(fā)生的重組反應(yīng)。目目 錄錄 整合整合BOBBOB圖圖6-15 噬菌體的位點(diǎn)專一性重組噬菌體的位點(diǎn)專一性重組 Int 切除切除 Xis IHFPOBattRBOPattL原噬菌體原噬菌體DNAIntIHF細(xì)菌細(xì)菌DNA噬菌體噬菌體DNAattBattPPOPPOP+ +目目 錄錄 由于噬菌體DNA是環(huán)狀的，在重組過程中，它以線性形式插入細(xì)菌染色體中，此時(shí)原噬菌體被重組產(chǎn)生的兩個新att位點(diǎn)所固定。所以，形成這兩個新的附著位點(diǎn)attL（BOP）和attR（POB）是很重要的，這樣可以使整合和切除反應(yīng)不在

20、一對相同的反應(yīng)序列之間發(fā)生。整合過程要求在attB和attP之間進(jìn)行識別，而目目 錄錄 切除過程則在attL和attR之間識別。因此，位點(diǎn)專一性重組反應(yīng)的定向特征取決于重組位點(diǎn)的識別。盡管重組反應(yīng)是可逆的，但反應(yīng)導(dǎo)向則由不同條件決定，這是噬菌體生活過程的重要特征，因?yàn)樗ＷC了整合反應(yīng)不會立即被切除反應(yīng)所逆轉(zhuǎn)。反之亦然。 目目 錄錄三、 轉(zhuǎn) 座 重 組 轉(zhuǎn)座因子(transposable element)是一種可以由染色體的一個位置轉(zhuǎn)移到另外位置的遺傳因子，也就是一段可以發(fā)生轉(zhuǎn)座(transposition)的DNA，又稱為轉(zhuǎn)座子(transposon)。轉(zhuǎn)座的位置通?；蚨嗷蛏偈请S機(jī)的。當(dāng)轉(zhuǎn)座子

21、插入一個基因內(nèi)時(shí)，該基因即失活，如果是重要的基因就可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此轉(zhuǎn)座目目 錄錄 必須受到控制，并且頻率都很低。轉(zhuǎn)座子對基因組而言是一個不穩(wěn)定因素，它可導(dǎo)致宿主序列刪除、倒位或易位，并且其在基因組中成為“可移動的同源區(qū)”。位于不同位點(diǎn)的兩個拷貝轉(zhuǎn)座子之間可以發(fā)生交互重組，從而造成基因組不同形式的重排。有些轉(zhuǎn)座子與基因組的關(guān)系猶如寄生，它們的功能只是為了自身的擴(kuò)增與繁衍，因此被稱為是自私的DNA(selfish DNA)。目目 錄錄 早在20世紀(jì)40年代，美國遺傳學(xué)家McClintock B在研究玉米的遺傳因子時(shí)發(fā)現(xiàn)，某些基因活性受到一些能在不同染色體間轉(zhuǎn)移的控制因子(controllin

22、g element)所決定。這一發(fā)現(xiàn)與當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)的遺傳學(xué)觀點(diǎn)相抵觸，因而不被學(xué)術(shù)界所普遍接受。直到60年代后期，美國青年細(xì)菌學(xué)家Shapiro J在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)一種由插入序列目目 錄錄 (insertion sequence,IS)所引起的多效突變，之后又在不同實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)一系列可轉(zhuǎn)移的抗藥性轉(zhuǎn)座子，才重新引起人們重視。1983年McClintock被授予諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎，距離她公布玉米控制因子的時(shí)間已有32年之久。 目目 錄錄(一) 細(xì)菌的轉(zhuǎn)座因子細(xì)菌的轉(zhuǎn)座因子有兩類：一類為插入序列(IS)，是簡單的轉(zhuǎn)座子，除轉(zhuǎn)座所需基因外不攜帶任何標(biāo)記基因，它的存在只能借助插入位點(diǎn)有關(guān)基因的失活來判斷，

23、或者通過分子雜交和測序來檢測。 另一類是復(fù)雜轉(zhuǎn)座子(Tn)，除轉(zhuǎn)座酶(transposase)基因外還攜帶各種標(biāo)記基因，因而易于檢測其存在。 目目 錄錄1插入序列插入序列是最小的轉(zhuǎn)座因子。所有插入序列 的 兩 端 都 有 反 向 重 復(fù) ( i n v e r t e d repeats)，反向重復(fù)為轉(zhuǎn)座酶識別所需，目目 錄錄 通常重復(fù)序列長度為1525 bp。重復(fù)序列有時(shí)只是類似，并非完全相同。 IS的大小范圍是768bp-7.5Kb，但大部分小于2.5Kb。每種IS元件具有不同的序列，但有共同的組織形式，即由一個中央?yún)^(qū)域和兩側(cè)不完全反向的末端重復(fù)序列構(gòu)成。這些末端重復(fù)序列的大小、序列、相關(guān)

24、性是不同的；中央?yún)^(qū)域可能含有13個開放閱讀框，其中一個目目 錄錄 編碼轉(zhuǎn)座酶，沒有和轉(zhuǎn)座功能無關(guān)的基因。圖 6-19是插入序列IS1的結(jié)構(gòu)，IS1含有轉(zhuǎn)座酶基因，負(fù)責(zé)IS1的移動，該基因的兩端為24 pb的反向重復(fù)序列。 圖圖6-19 插入序列插入序列IS 1的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)IRIR2424bpbp2424bpbp720720bpbpIS1轉(zhuǎn)座酶基因目目 錄錄 2轉(zhuǎn)座子 轉(zhuǎn)座子除編碼轉(zhuǎn)座功能有關(guān)的基因外還攜帶抗性或其他標(biāo)記基因。轉(zhuǎn)座子按其結(jié)構(gòu)又分為兩類：一類為組合因子(composite element)，由個別模件組合而成，通常包括兩個插入序列作為兩臂，中間為標(biāo)記基因 。 另 一 類 為 復(fù) 合

25、 因 子 ( c o m p l e x element)， 目目 錄錄 含有轉(zhuǎn)座酶基因、解離酶(resolvase)基因以及標(biāo)記基因，兩端為反向重復(fù)，無插入序列。組合型的轉(zhuǎn)座子很可能是通過一個插入序列的拷貝插在附近區(qū)域而形成的。兩個插入序列中間夾著一段序列即可構(gòu)成一個轉(zhuǎn)座單位。每個插入序列兩端為反向重復(fù)，因此，無論兩插入序列處于正向還是反向位置，作為轉(zhuǎn)座單位其兩端均有可被轉(zhuǎn)座酶識別的反向重復(fù)序列。目目 錄錄如果兩個插入序列正好位于抗性基因兩側(cè)，該轉(zhuǎn)座單位攜帶的性狀對宿主細(xì)胞是有利的，因而具有選擇優(yōu)勢。組合轉(zhuǎn)座子的兩個插入序列以正向或反向(更常見)位于兩端，它們的序列可以不完全相同，有時(shí)只有一

26、個插入序列具有轉(zhuǎn)座活性，另一個已在多次傳代中失去活性。組合轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)如下：目目 錄錄 圖圖6-20 復(fù)合轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)復(fù)合轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)Tn1681Tn1681IS1IS1552552bpbpIRIRIRIR大腸桿菌熱穩(wěn)定毒素I基因目目 錄錄 3轉(zhuǎn)座過程與效應(yīng) 轉(zhuǎn)座酶能夠識別轉(zhuǎn)座子的末端反向重復(fù)序列并且在其3端切開，同時(shí)在靶部位交錯切開單鏈，它的5突出末端與轉(zhuǎn)座子的3末端連接，形成Shapiro中間體。不同種類轉(zhuǎn)座子形成與靶序列連接中間體的過程大致相同；隨后步驟各不一樣。按其轉(zhuǎn)座過程是否發(fā)生復(fù)制，可分為非復(fù)制轉(zhuǎn)座和復(fù)制轉(zhuǎn)座兩類。目目 錄錄 非復(fù)制轉(zhuǎn)座又稱為保留性轉(zhuǎn)座,轉(zhuǎn)座子從原來位置上切除下來轉(zhuǎn)

27、入新的位置，其兩條鏈均被保留。 復(fù)制轉(zhuǎn)座則在形成靶部位與轉(zhuǎn)座子連接中間體后即進(jìn)行復(fù)制。通過復(fù)制使原來位置與新的靶部位各有一個轉(zhuǎn)座子，其一條鏈?zhǔn)窃械?，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?。?fù)制轉(zhuǎn)座使給體與受體分子連在一起，成為共整合體(cointegrate)，因此下一步必須通過重組將二者拆開。目目 錄錄 圖6-10非復(fù)制轉(zhuǎn)座與復(fù)制轉(zhuǎn)座的基本過程 目目 錄錄 所有轉(zhuǎn)座因子都有在基因組中增加其拷貝數(shù)的能力。此過程可以借助兩種方式來完成：一是通過轉(zhuǎn)座過程的復(fù)制(復(fù)制轉(zhuǎn)座)；另一是從染色體已完成復(fù)制的部位轉(zhuǎn)到尚未復(fù)制的部位，然后隨著染色體而復(fù)制。非復(fù)制轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)座因子只能借后一種方式來擴(kuò)增。共整合體含有兩個拷貝的轉(zhuǎn)座子，故可通過同源重