遺傳學(xué)轉(zhuǎn)座因子遺傳分析PPT課件

1、Emerson于1914年發(fā)現(xiàn)玉米果皮花斑產(chǎn)生在于突變基因的不穩(wěn)定性。1938年Rhoades研究玉米糊粉層時也發(fā)現(xiàn)了基因的不穩(wěn)定性：轉(zhuǎn)座因子引起花斑最初認為是雙突變導(dǎo)致一一 轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)第1頁/共42頁40年代初，年代初，McClintock研究玉米花斑糊粉層和植株研究玉米花斑糊粉層和植株 色素產(chǎn)生的遺傳基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)色素變化與染色體重組有關(guān)。 染色體的斷裂或解離（dissociation）有一個特定位點(Ds)。Ds不能自行斷裂，受一個激活因子（activator） Ac所控制。 Ac可以像普通基因一樣進行傳遞，但有時表現(xiàn)很特殊，可以像普通基因一樣進行傳遞，但有時表現(xiàn)很特殊， 可

2、以離開原座位轉(zhuǎn)移到同一個或不同染色體的另一座位。 Ds也能移動，不過只有在也能移動，不過只有在Ac存在時才能發(fā)生。存在時才能發(fā)生。 McClintock把把Ac和和Ds稱為控制因子稱為控制因子或或轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座因子 “控制因子”假說。第2頁/共42頁Ds轉(zhuǎn)座導(dǎo)致籽粒斑點表型第3頁/共42頁插入成分IS序列是在細菌中首次發(fā)現(xiàn)的跳躍基因，并在分子水平上得到證實第4頁/共42頁美國遺傳學(xué)家巴巴拉麥克林托克（BMcClintock） 30年代初做出的發(fā)現(xiàn)、40年代提出的理論，到60年代末終于被重新提起，80年代初為科學(xué)界普遍接受。1983年, 麥克林托克由于發(fā)現(xiàn)了可移動的遺傳物質(zhì)，被授予諾貝爾醫(yī)學(xué)獎。第

3、5頁/共42頁3種不同類型的轉(zhuǎn)座：（1）復(fù)制型轉(zhuǎn)座（）復(fù)制型轉(zhuǎn)座（replicative transposition） 作為自身移動的一個部分，作為自身移動的一個部分，轉(zhuǎn)座子被復(fù)制轉(zhuǎn)座子被復(fù)制，一個拷貝仍然保留在原來的位置上，而另一一個拷貝仍然保留在原來的位置上，而另一個則插入到一個新的部位，這樣轉(zhuǎn)座過程伴個則插入到一個新的部位，這樣轉(zhuǎn)座過程伴隨著隨著轉(zhuǎn)座子拷貝數(shù)的增加轉(zhuǎn)座子拷貝數(shù)的增加。二二 DNADNA轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座第6頁/共42頁第7頁/共42頁（2） 非復(fù)制型轉(zhuǎn)座 轉(zhuǎn)座元件作為一個物理實體直接由一個部位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座元件作為一個物理實體直接由一個部位轉(zhuǎn)移到另一個部位。移到另一個部位。第8頁/共42頁

4、第9頁/共42頁（3）保守型轉(zhuǎn)座 保守型轉(zhuǎn)座是另一種非復(fù)制型的轉(zhuǎn)座過程，該過保守型轉(zhuǎn)座是另一種非復(fù)制型的轉(zhuǎn)座過程，該過程中轉(zhuǎn)座元件從供體部位被切除并通過一系列的程中轉(zhuǎn)座元件從供體部位被切除并通過一系列的過程插入到靶部位，在該過程中每個核苷鍵皆被過程插入到靶部位，在該過程中每個核苷鍵皆被保留。保留。 該轉(zhuǎn)座過程與該轉(zhuǎn)座過程與的整合機制的整合機制類似，并且類似，并且轉(zhuǎn)座酶與轉(zhuǎn)座酶與整合酶家族有關(guān)整合酶家族有關(guān)。第10頁/共42頁第11頁/共42頁三三 反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子v轉(zhuǎn)座元件或轉(zhuǎn)座子是基因組中可移動的獨立的轉(zhuǎn)座元件或轉(zhuǎn)座子是基因組中可移動的獨立的DNA序列，一個轉(zhuǎn)座子可由基因組的一個位置

5、移序列，一個轉(zhuǎn)座子可由基因組的一個位置移到另一個位置。到另一個位置。從從DNA到到DNA的轉(zhuǎn)移過程稱為轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)移過程稱為轉(zhuǎn)座座。從從DNA到到RNA再到再到DNA的過程稱為反轉(zhuǎn)座的過程稱為反轉(zhuǎn)座。v反轉(zhuǎn)座是經(jīng)反轉(zhuǎn)座是經(jīng)RNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座過程介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座過程。第12頁/共42頁v必須經(jīng)過必須經(jīng)過RNA中間體中間體的轉(zhuǎn)座過程是真核生物所特有；的轉(zhuǎn)座過程是真核生物所特有；v一些真核細胞的轉(zhuǎn)座子和反轉(zhuǎn)錄病毒的原病毒的一般一些真核細胞的轉(zhuǎn)座子和反轉(zhuǎn)錄病毒的原病毒的一般組成結(jié)構(gòu)相關(guān)，并且通過組成結(jié)構(gòu)相關(guān)，并且通過RNA中間體進行轉(zhuǎn)座，這一中間體進行轉(zhuǎn)座，這一類結(jié)構(gòu)單位稱為類結(jié)構(gòu)單位稱為反轉(zhuǎn)座子（反轉(zhuǎn)座子（ret

6、roposons）。第13頁/共42頁第14頁/共42頁 反轉(zhuǎn)座子共有的可鑒定的特性為：反轉(zhuǎn)座子共有的可鑒定的特性為：插入位點會產(chǎn)生短的靶序列的正向重復(fù)插入位點會產(chǎn)生短的靶序列的正向重復(fù)。 反轉(zhuǎn)錄病毒首先被觀察到的是以傳染性病毒顆粒的形式存在，并能在細胞間反轉(zhuǎn)錄病毒首先被觀察到的是以傳染性病毒顆粒的形式存在，并能在細胞間傳播；而傳播；而反轉(zhuǎn)座子是被當(dāng)作基因組中的一部分而被發(fā)現(xiàn)的，它們可以在基因反轉(zhuǎn)座子是被當(dāng)作基因組中的一部分而被發(fā)現(xiàn)的，它們可以在基因組內(nèi)進行轉(zhuǎn)座，但不能在細胞間遷移組內(nèi)進行轉(zhuǎn)座，但不能在細胞間遷移。第15頁/共42頁第16頁/共42頁根據(jù)分子結(jié)構(gòu)與遺傳特性可以分為三類。根據(jù)分子

7、結(jié)構(gòu)與遺傳特性可以分為三類。 具有轉(zhuǎn)座能力的簡單遺傳因子具有轉(zhuǎn)座能力的簡單遺傳因子，長度一般小于，長度一般小于2kb， 最少的插入序列如 IS1 僅768bp。IS因子本身沒有任何表型效應(yīng)，只含與轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因子本身沒有任何表型效應(yīng)，只含與轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因與序列。共同特征是在因與序列。共同特征是在其末端都具有一段反向重復(fù)序列（IR）。第二節(jié)第二節(jié) 原核生物中的轉(zhuǎn)座因子原核生物中的轉(zhuǎn)座因子 一插入因子一插入因子（insertion sequence，IS） 第17頁/共42頁IS結(jié)構(gòu)模式第18頁/共42頁莖環(huán)結(jié)構(gòu)的形成第19頁/共42頁二二 轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子（transposons） 由幾個基因組成特

8、定的由幾個基因組成特定的DNA片段片段常帶抗菌素抗性常帶抗菌素抗性 基因，易于鑒定?；颍子阼b定。 轉(zhuǎn)座子可以轉(zhuǎn)座子可以分為以下兩種系統(tǒng)分為以下兩種系統(tǒng)： . 復(fù)合轉(zhuǎn)座子復(fù)合轉(zhuǎn)座子：IS因子因子抗菌素抗性片段抗菌素抗性片段 IS因子因子 。 簡單轉(zhuǎn)座子：不含IS因子的因子的Tn轉(zhuǎn)座子。轉(zhuǎn)座子。第20頁/共42頁復(fù)合轉(zhuǎn)座子與簡單轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)復(fù)合轉(zhuǎn)座子與簡單轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu) 第21頁/共42頁三三 MuMu噬菌體噬菌體（Mu）：）： 是是E. coli的的溫和噬菌體溫和噬菌體，溶源化后能起轉(zhuǎn)座子作用。，溶源化后能起轉(zhuǎn)座子作用。 Mu噬菌體噬菌體也含有與轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因和反向重復(fù)序列。也含有與轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因

9、和反向重復(fù)序列。 Mu能夠整合進寄主染色體能夠整合進寄主染色體，催化一系列染色體的重新，催化一系列染色體的重新 排列。第22頁/共42頁Mu位點特異性的倒置位點特異性的倒置第23頁/共42頁細菌轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制研究最為清楚細菌轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座機制研究最為清楚。 轉(zhuǎn)座過程是一個轉(zhuǎn)座過程是一個非同源重組過程非同源重組過程，通過這一重組，通過這一重組 過程，轉(zhuǎn)座子出現(xiàn)在一個新的位置上，可是過程，轉(zhuǎn)座子出現(xiàn)在一個新的位置上，可是原來位置原來位置 上的轉(zhuǎn)座子并不消失上的轉(zhuǎn)座子并不消失。 轉(zhuǎn)座過程分子機制還有待進一步研究。轉(zhuǎn)座過程分子機制還有待進一步研究。 第24頁/共42頁第三節(jié)第三節(jié) 真核生物的轉(zhuǎn)座因子真

10、核生物的轉(zhuǎn)座因子一一 酵母菌基因組中的轉(zhuǎn)座子酵母菌基因組中的轉(zhuǎn)座子 酵母酵母Ty1轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)Solo 的形成第25頁/共42頁酵母Ty1的轉(zhuǎn)座第26頁/共42頁二二 果蠅基因組果蠅基因組 中的轉(zhuǎn)座子中的轉(zhuǎn)座子 第27頁/共42頁果蠅的果蠅的P因子與雜種劣勢因子與雜種劣勢第28頁/共42頁果蠅中的果蠅中的3種轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)種轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)第29頁/共42頁玉米玉米籽粒色斑的產(chǎn)生、果蠅復(fù)眼顏色的變異、啤酒酵母籽粒色斑的產(chǎn)生、果蠅復(fù)眼顏色的變異、啤酒酵母 接合的轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象都與轉(zhuǎn)座因子在染色體上的轉(zhuǎn)座有關(guān)。玉米除玉米除Ac-Ds系統(tǒng)系統(tǒng)外，外，Spm控制因子控制因子也有自主控制因子也有自主控制因子非

11、自主控制因子。Ac因子因子由由4563個核苷酸組成個核苷酸組成 一個由一個由11個核苷酸組成個核苷酸組成 的未端反向重復(fù)區(qū)兩個與轉(zhuǎn)座有關(guān)的酶基因（一個大基因和一個小基因）。 三三 玉米基因組中的轉(zhuǎn)座子玉米基因組中的轉(zhuǎn)座子 第30頁/共42頁Ds因子的大小差別很大因子的大小差別很大。Ds9很象很象Ac，只是，只是缺失缺失了一些了一些 核苷酸。而一個最小的Ds因子只有Ac長度的1/10，僅僅包括 了Ac因子的未端反向重復(fù)區(qū)。第31頁/共42頁來自不同植物種的元件往往來自不同植物種的元件往往有其共同的未端序列有其共同的未端序列同一家簇各成員的未端倒位重復(fù)存在某種程度的序列同源，同一家簇各成員的未端倒

12、位重復(fù)存在某種程度的序列同源，其長度（其長度（613bp）和結(jié)構(gòu)保守）和結(jié)構(gòu)保守。 例如例如Ac和和Ds的未端倒位重復(fù)幾乎一樣。但有的未端倒位重復(fù)幾乎一樣。但有一個一個 不同之處不同之處：Ac兩端最外邊的核苷酸是彼此不互補的兩端最外邊的核苷酸是彼此不互補的T-G、 Ds是互補的是互補的T-A。 轉(zhuǎn)座子未端序列轉(zhuǎn)座子未端序列是是轉(zhuǎn)座酶識別位點轉(zhuǎn)座酶識別位點（保守性很強）。（保守性很強）。 第32頁/共42頁四四 人類基因組中的轉(zhuǎn)座子人類基因組中的轉(zhuǎn)座子 人類基因組中的幾種主要轉(zhuǎn)座子人類基因組中的幾種主要轉(zhuǎn)座子第33頁/共42頁第五節(jié)第五節(jié) 轉(zhuǎn)座因子的遺傳學(xué)效應(yīng)及應(yīng)用轉(zhuǎn)座因子的遺傳學(xué)效應(yīng)及應(yīng)用一一

13、 引起染色體結(jié)構(gòu)變異引起染色體結(jié)構(gòu)變異 由轉(zhuǎn)座子引起的染色體DNA缺失或倒位第34頁/共42頁二二 誘發(fā)基因突變與啟動外顯子混編誘發(fā)基因突變與啟動外顯子混編雙轉(zhuǎn)座啟動不同基因間的外顯子混編第35頁/共42頁三三 調(diào)節(jié)基因表達調(diào)節(jié)基因表達轉(zhuǎn)座子調(diào)節(jié)宿主基因表達第36頁/共42頁四四 產(chǎn)生新的變異產(chǎn)生新的變異轉(zhuǎn)座因子有時也會失活，失活主要與DNA甲基化有關(guān)。轉(zhuǎn)座因子攜帶新基因，如抗生素抗性基因；使宿主基因發(fā)生重新組合或表達。表觀遺傳學(xué)：研究在DNA序列不出現(xiàn)變化的情況下基因表達 出現(xiàn)可遺傳變化的科學(xué)。研究對象包括：DNA甲基化、基因組印記、RNA編輯、 RNA干涉以及轉(zhuǎn)座子調(diào)節(jié)等。第37頁/共42頁五五 轉(zhuǎn)座子標記目的基因轉(zhuǎn)座子標記目的基因轉(zhuǎn)座因子可轉(zhuǎn)座因子可作為基因的標記作為基因的標記克隆目的基因。現(xiàn)已利用克隆目的基因?，F(xiàn)已利用 轉(zhuǎn)座因子克隆出一些重要基因。方法： 從從帶轉(zhuǎn)座因子帶轉(zhuǎn)座因子生物篩選出發(fā)育、生理與行為等有生物篩選出發(fā)育、生理與行為等有突變突變品系。如果這些突變是由轉(zhuǎn)座子DNA克隆所產(chǎn)生，則必定 有與該突變體有關(guān)的基因存在（用轉(zhuǎn)座子給未知目的基因 加上標記）以此突變基因的有關(guān)順序作探針 從野生品系的基因文庫中獲得野生型目的基因。結(jié)合原來突變品系表型，可結(jié)合原來突變品系表型，可探知此基因功能