分子遺傳學反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子

關(guān)于分子遺傳學反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日6反轉(zhuǎn)錄病毒和反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子6.1引言

6.2反轉(zhuǎn)錄病毒生命周期

6.3反轉(zhuǎn)錄病毒基因的編碼產(chǎn)物

6.4反轉(zhuǎn)錄病毒中DNA的產(chǎn)生

6.5病毒DNA整合到染色體

6.6反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的分類

6.7反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在基因組進化中的作用

6.8反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的應用第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日6.1引言◆必需中間體RNA參與的轉(zhuǎn)座(Transposition)是真核生物所獨有。◆反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（Retrosposon,retrotransposon):

以RNA形式移動的轉(zhuǎn)座子，DNA元件轉(zhuǎn)錄成RNA，再反轉(zhuǎn)錄為DNA,然后插入基因組中某一新位點?！?/p>

RNA依賴型轉(zhuǎn)座子范圍非常廣泛如：能自由地感染宿主細胞的反轉(zhuǎn)錄病毒自身；以RNA為中間體進行轉(zhuǎn)座的DNA序列；以及本身不具有轉(zhuǎn)座能力的元件。第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日6.2反轉(zhuǎn)錄病毒生命周期反轉(zhuǎn)錄毒（retrovirus）含有單鏈RNA基因組的兩份拷貝；整合的原病毒是雙鏈DNA序列；反轉(zhuǎn)錄病毒通過將其基因組反轉(zhuǎn)錄而產(chǎn)生原病毒；負責將RNA轉(zhuǎn)變?yōu)镈NA的酶是反轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase),整合酶(integrase)負責將DNA整合到宿主基因組中，這兩種酶均由病毒基因組編碼;反轉(zhuǎn)錄病毒生命周期包括轉(zhuǎn)座樣事件。第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日艾滋病病毒(HIV)第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒示意圖(P295)第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日Retrovirusreplication(Theretroviruslifecyclep312)第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日逆轉(zhuǎn)錄病毒的繁殖周期①吸附于細胞表面的受體；②核侵入宿主細胞；③病毒RNA→轉(zhuǎn)錄為DNA；④以DNA為模板復制DNA；⑤部分整合于宿主細胞DNA形成前病毒；⑥前病毒利用宿主RNA聚合酶合成病毒RNA；⑦RNA再翻譯成蛋白質(zhì)；⑧病毒粒的裝配；⑨病毒的出芽及包膜的形成。第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日ThereproductivecyclesofretrovirusesandretroposonsinvolvealternationofreversetranscriptionfromRNAtoDNAwithtranscriptionfromDNAtoRNA.Onlyretrovirusescangenerateinfectiousparticles.Retroposonsareconfinedtoanintracellularcycle.第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

Theretroviruslifecycleinvolvestransposition-likeevents

reversetranscriptaseintegraseRNA→DNA→RNA第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日6.3反轉(zhuǎn)錄病毒基因的編碼產(chǎn)物◆典型的反轉(zhuǎn)錄病毒含有3條基因：gag,pol,env

;◆反轉(zhuǎn)錄病毒的編碼產(chǎn)物是多聚蛋白質(zhì)；◆

Gag和Pol蛋白由基因組的全長轉(zhuǎn)錄物翻譯而來；◆Pol蛋白的翻譯需要核糖體移碼；◆

Env由剪接過程產(chǎn)生的一種獨立的mRNA翻譯而來；◆三種蛋白質(zhì)產(chǎn)物的每一種都可由蛋白酶加工產(chǎn)生出多種蛋白;第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日Thegenesoftheretrovirusareexpressedaspolyproteinsthatareprocessedintoindividualproducts.5%第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒示意圖(P295)gaggaggagenvenvpolpolpol第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日6.4反轉(zhuǎn)錄病毒中DNA的產(chǎn)生◆病毒RNA的每一個末端都有短重復序列(R),因而5`和3`端分別稱為R-U5和U3-R；◆tRNA引物結(jié)合到5`端的100~200bp位點后，反轉(zhuǎn)錄酶開始合成負鏈DNA；◆當酶到達末端，RNA的5`端就降解，接著露出DNA產(chǎn)物的3`端；◆暴露出的3`端與另一個RNA基因組的3`端配對；◆合成繼續(xù)進行，其產(chǎn)物兩端都產(chǎn)生重復序列，重復結(jié)構(gòu)為U3-R-U5；◆當反轉(zhuǎn)錄酶利用DNA產(chǎn)物為模板合成互補鏈時，發(fā)生相似的鏈轉(zhuǎn)換,最終形成雙鏈DNA。第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日RetroviralRNAendsindirectrepeats(R),thefreelinearDNAendsinLTRs,andtheprovirusendsinLTRsthatareshortenedbytwobaseseach.envenvenv第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日MinusstrandDNAisgeneratedbyswitchingtemplatesduringreversetranscription.第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日SynthesisofplusstrandDNArequiresasecondjump.第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日MinusstrandDNAisgeneratedbyswitchingtemplatesduringreversetranscription.SynthesisofplusstrandDNArequiresasecondjump.第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日6.5病毒DNA整合到染色體◆原病毒兩個末端的LTR是相同的，U5的3`端由一個與U3的5`端相關(guān)的短反向重復序列組成，LTR本身兩端是以短的反向重復序列結(jié)尾?！粼《綝NA在染色體上的組織與轉(zhuǎn)座子相同，在靶位點，原病毒的兩側(cè)都有短的同向重復序列；◆線性DNA被反轉(zhuǎn)錄病毒的整合酶直接插入到宿主染色體上；◆整合過程中反轉(zhuǎn)錄病毒序列的兩端各丟失2個堿基對。第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日Integraseistheonlyviralproteinrequiredfortheintegrationreaction,inwhicheachLTRloses2bpandisinsertedbetween4~6bprepeatsoftargetDNA.第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日6.6反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子分類類病毒超家族非病毒類超家族普通類型Ty（酵母）Copia（果蠅）LINESL1（哺乳動物）SINESB1/Alu（哺乳動物）聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄成的假基因末端特性長末端重復無重復靶位重復4-6bp16-621bp可讀框反轉(zhuǎn)錄酶/整合酶無組織可能含內(nèi)含子無內(nèi)含子第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日Retroposonsthatarecloselyrelatedtoretroviruseshaveasimilarorganization,butLINESshareonlythereversetranscriptaseactivity.第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日Retro-transpositionofnon-LTRelementsoccursbynickingthetargettoprovideaprimerforcDNAsynthesisonanRNAtemplate.Thearrowheadsindicate3ends.Forexample,LINESdonothaveLTRsandrequiretheretroposontocodeforanendonucleasethatgeneratesanicktoprimereversetranscriptionPrimingresultsfromnicking第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

真核生物基因組10-20%：編碼基因序列80-90%：各種重復序列串聯(lián)重復序列散在重復序列短散在元件長散在元件加工的逆轉(zhuǎn)錄重復6.7反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在基因組進化中的作用第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日Fourtypesoftransposableelementsconstitutealmosthalfofthehumangenome.第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日問題

1、反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在基因組中有什么作用？

第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

分散在真核生物基因組中的大量反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子構(gòu)成了基因組的不穩(wěn)定因素，可引起基因組序列的刪除、擴增、倒位、移位、斷裂、同源序列重組等現(xiàn)象。（1）如果插入到基因的3，和5，非翻譯區(qū)或內(nèi)含子時可能會影響到基因的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工及翻譯；（2）如果插入在基因上游的調(diào)控區(qū)，其啟動子和增強子可能使鄰近沉默的基因得以表達；（3）當其插入到基因的編碼序列或啟動子序列中時可能會造成基因失活、基因活化及基因重排等現(xiàn)象。第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日總結(jié)：

研究表明在生物進化的過程中當一定的外源刺激激活后，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子會經(jīng)過反轉(zhuǎn)座作用產(chǎn)生新的拷貝插入到新的位點，造成生物的遺傳變異，在自然選擇和物種優(yōu)化中起著一定的作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是引起插入突變、生物多樣性和重復序列產(chǎn)生的原因，也是基因組保持可塑性的原因。第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日6.8反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的應用1、轉(zhuǎn)座子用于生物多樣性及遺傳連鎖分析2、利用轉(zhuǎn)座子鑒定功能基因3、植物性狀改良方面的應用第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

用于譜系中建立系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系

SINEs以其拷貝數(shù)多、廣布于整個真核基因組、以及其插入的獨立性和不可逆性等特點，已經(jīng)被用于動物分類中；Okada研究組首先從鮭魚基因組中分離并分析了3個SINE家族SmaⅠFokⅠ和HapⅠ,發(fā)現(xiàn)了SINE在鮭科魚類屬中間的特異分布。此后，以12種鮭科魚類為材料，分析HapⅠ家族中的幾個亞家族，結(jié)果推論這12種鮭魚分為3支并重建了系統(tǒng)發(fā)生樹。通過SINE拷貝數(shù)和特異核苷酸鑒別位點的分析，該研究組還討論了SINE在鮭科魚類進化史中的水平擴增歷程，并據(jù)此重建了太平洋和大西洋鮭科魚類的系統(tǒng)發(fā)生樹。1、轉(zhuǎn)座子用于生物多樣性及遺傳連鎖分析第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日②非LTR反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子也可作為分子標記來分析物種及屬間的遺傳多樣性，BrassicaSINE元件用于Cruciferae的遺傳多樣性研究，并分析Brassica栽培種和野生種間漸滲現(xiàn)象的發(fā)生程度。③反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子分子標記IRSP、REMAP、SSAP應用于構(gòu)建遺傳圖譜，指紋圖譜、品種鑒定第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2、利用轉(zhuǎn)座子鑒定功能基因

1996年Hirchick等利用水稻反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座Tosl建立了水稻基因敲除體系(geneknock-outsystem)1999年Sato等利用Tosl7基因敲除體系分離克隆了6個水稻knl型同源異型框基因，發(fā)現(xiàn)了引起水稻矮化的突變基因OSH15第三十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日3、植物性狀改良方面的應用