生工微生物遺傳轉座因子

關于生工微生物遺傳轉座因子第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內容6.1轉座子概述6.2細菌轉座子的類型和結構6.3細菌轉座子的遺傳效應和應用第2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1轉座子概述6.1.1概念轉座因子（transposableelement,TE）是細胞中能改變自身座位的一段DNA序列，它可以從復制子的一個座位跳躍到另一個座位，已從同一個細胞的一個復制子跳躍到另一個復制子，DNA片斷的這種運動稱為轉座。這段會跳躍的DNA片斷稱為轉座子。第一個轉座因子是美國遺傳學家McClintock于20世紀50年代通過對玉米的遺傳研究中發(fā)現(xiàn)的，現(xiàn)在認為轉座子存在于地球上所有的生物。轉座子學說使McClintock榮獲1983年諾貝爾生理醫(yī)學獎。第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月是基因組內相對獨立的、可移動序列。它們不必借用噬菌體或質粒的形式就可以從基因組的一個部位直接轉移到另一個部位。轉座子每次移動時攜帶著轉座必需的基因一起在基因組內躍遷，所以轉座子又稱跳躍基因（jumpinggene）。轉座子是基因組的正常組成成分，不以獨立的形式存在（如噬菌體或質粒DNA）。轉座的發(fā)生不依賴于轉座子和靶位點之間任何的序列同源性。轉座以很低的頻率發(fā)生（睡美人），而且轉座子的插入是隨機的.6.1.2轉座子的特點第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.3轉座子的分類兩個基本類型：DNA轉座子：一種是以編碼蛋白質的DNA序列的形式存在，其編碼的蛋白能直接操作DNA，從而使轉座子能夠在基因組內繁殖其自身。RNA作為中介：與反轉錄病毒有關，并且它們可移動的特性來自于它們能由RNA轉錄物產(chǎn)生DNA拷貝，這種DNA拷貝然后被整合到基因組的新位點。第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2細菌轉座子細菌中可轉座的遺傳因子可分為四類插入序列轉座子接合型轉座子某些溫和性噬菌體第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.1插入序列最簡單的轉座子，被稱為插入序列IS（insertionsequences,IS）。IS元件是細菌染色體和質粒的正常組成部分，表示法一般按照發(fā)現(xiàn)的順序或發(fā)現(xiàn)人的意愿，用阿拉伯數(shù)字表示，如IS1,IS2等。IS元件是獨立的結構單位，每個元件只編碼為自身轉座所需要的蛋白質。第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月IS元件具有一個典型的結構，它的末端為反向重復序列，而與其相連的宿主DNA的末端為短的正向重復序列。IS結構第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月在插入部位，ISDNA總是和很短的正向重復序列（directrepeats）相連。但在插入之前靶部位只有這兩個重復序列中的一個。轉座后在轉座子的兩側各存在一個此序列的拷貝。轉座的結果是靶部位序列形成了兩個正向重復序列。第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月當在一段DNA序列中見到這種結構類型時，可被用來鑒別轉座子。反向重復序列標明了轉座子的末端。所有類型轉座子的轉座皆需轉座酶（transposase）對末端的識別。所有的IS元件皆含有一個單一的長編碼區(qū)，其起始于一端的反向重復序列之內，而剛好終止于另一端的反向重復序列之前或之內，它編碼轉座酶。第10頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.2細菌轉座子(Tn)將帶有抗性基因并能在不同DNA分子間移動的遺傳單位叫做細菌轉座子（bacterialtransposon,Tn）一般帶有抗性基因，容易被鑒定，所以研究得較為深入Tn還帶有其它基因，如乳糖發(fā)酵基因、胞外腸毒素基因等第11頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.3細菌轉座子的分類復合轉座子有兩個完全相同或類似的插入序列（IS）和某種抗藥性基因組成的復合因子兩個IS在Tn中做反向或正向排列，IS可單獨轉座，也可帶動整個Tn轉座。第12頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月復雜轉座子（TnA轉座子）長度約5000bp，兩端是長度30-40bp的末端反向重復序列（IR），或正向重復序列（DR），中央是轉座酶基因和抗藥性基因?？偸亲鳛橐粋€整體單位進行轉座。IS：插入序列Tn:復合轉座子TnA：復雜轉座子IRISISIR第13頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月轉座子插入到一個新的部位的通常步驟是：在靶DNA上制造一個交錯的切口，然后轉座子與突出的單鏈末端相連接，并填充切口。交錯末端的產(chǎn)生和填充解釋了在插入部位產(chǎn)生靶DNA正向重復的原因。鏈的切口之間的交錯決定了正向重復的長度。6.2.4細菌轉座因子的插入機制第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.5三種不同類型的轉座復制型轉座（replicativetransposition）：作為自身移動的一個部分，轉座子被復制，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，這樣轉座過程伴隨著轉座子拷貝數(shù)的增加。第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月剪-貼型轉座（非復制）轉座元件作為一個物理實體直接由一個部位轉移到另一個部位。第17頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月保守型轉座（非復制）保守型轉座是另一種非復制型的轉座過程，該過程中轉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保留。該轉座過程與λ的整合機制類似，并且轉座酶與λ整合酶家族有關。第18頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月保守型轉座第19頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.6反轉座子和反轉錄病毒轉座元件或轉座子是基因組中可移動的獨立的DNA序列從DNA到DNA的轉移過程稱為轉座從DNA到RNA再到DNA的過程稱為反轉座。反轉座是經(jīng)RNA介導的轉座過程，是真核生物所特有的。第20頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月反轉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。反轉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；而反轉座子是被當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進行轉座，但不能在細胞間遷移。第22頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.7Mu噬菌體的轉座轉座噬菌體是具有轉座功能的一類可引起突變的溶源性噬菌體，無論是溶源狀態(tài)還是裂解狀態(tài)，總是整合到寄主染色體上。研究較多的是Mu噬菌體，同一般噬菌體不同，它可以整合到染色體的任一位點上。特點不是細菌基因組的成分，易于識別可誘導產(chǎn)生，易于制備第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3細菌轉座子的遺傳效應和應用遺傳效應插入突變（抗藥性、營養(yǎng)缺陷型）基因重排（缺失、擴增和倒位）極性效應：不僅能破壞被插入的基因，還可大大降低位于遠離啟動子一端的基因的表達應用隨機誘變：通過質粒載體轉座子基因打靶技術標簽技術第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月轉座引起的DNA缺失第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月轉座引起的DNA倒位第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月確定微生物基因組功能應用轉座子及其相關技術,全面確定了微生物基因組功能特征,特別是分支菌屬基因組功能.例如,結核分支桿菌模式菌株的必需基因組及其相關功能均用此類方法得到確認第27頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月鑒別菌株及群體多樣性轉座子通常限制性地分布于特定的真菌菌株或群體中,可以作為特定菌株的診斷工具.已用于絲狀真菌群體多樣性分析.在醫(yī)藥工業(yè)方面已用于有益菌株的鑒別,在植物病理學方面已用于鑒別特定的病原體.第28頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月生態(tài)環(huán)境污染的生物修復由于基因的可變性及轉座子的遺傳調控,許多微生物能夠利用人工合成的化學物質,與微生物分解代謝相關的基因往往與插入元件相連。當環(huán)境污染時,轉座子轉移頻率提高,增加了微生物種群的生物降解潛力。第29頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月基因治療新方法：使用轉座子進行轉基因《Gene》雜志中報道了一種使用轉座子實現(xiàn)真核DNA的目的基因替代的新方法。這樣一個系統(tǒng)可以提供一種基因治療方法，避免了目前在基因替代中常用的病毒載體面臨的一些問題。研究者使用一個移動的細菌系統(tǒng)將一個基因轉到人DNA的一個特定位置。一個大腸桿菌轉座子將一個抗生素抗性基因轉入人DNA。這項技術有很多優(yōu)點?！翱梢员苊馐褂靡鹈庖叻磻牟《?，將基因放入正確的已知位置，而不是隨機插入細胞DNA中，并且只插入一個拷貝，”美國和其它國家使用病毒或非病毒載體進行基因治療已經(jīng)到了臨床試驗階段。他希望能使用他們的非病毒方法在血友病，鐮刀型細胞貧血癥，肌營養(yǎng)失調癥和苯丙酮酸尿癥患者體內導入正常功能基因，并通過導入治療性基因進行癌癥的治療。第30頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

埃氏巨型球菌（Megasphaeraelsdenii）是奶牛瘤胃內一種常見的革蘭氏陰性乳酸發(fā)酵菌，它能發(fā)酵很多種不同的可溶性碳水化合物，利用丙烯酸途徑將乳酸分解為丙酸，或者經(jīng)乙酰輔酶A途徑在乙酸激酶（AK）和磷酸轉乙酰酶（PTA）的作用下生成乙酸[1]。奶牛在妊娠后期和泌乳初期及疾病狀態(tài)下，瘤胃內發(fā)酵菌的數(shù)量和比例發(fā)生改變，使丙酸生成減少，而乙酸生成增加[2]?；謴秃椭亟鑫肝⑸飬^(qū)系，不僅可增強圍產(chǎn)期奶牛