遺傳學(xué)試驗(yàn)之-轉(zhuǎn)座子引起的插入突變課件

實(shí)驗(yàn)五

轉(zhuǎn)座子引起的插入突變廈門(mén)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)五轉(zhuǎn)座子引起的插入突變廈門(mén)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院1冷落四十年的轉(zhuǎn)座子理論

1983年,美國(guó)遺傳學(xué)家巴巴拉．麥克林托克（B．McClintock）由于發(fā)現(xiàn)了可移動(dòng)的遺傳物質(zhì)，被授予諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。人們把麥?zhǔn)系某删捅戎疄橐话倌昵傲硪晃粋ゴ蟮倪z傳學(xué)家孟德?tīng)柕某删汀＠渎渌氖甑霓D(zhuǎn)座子理論1983年,美國(guó)遺傳學(xué)家巴巴拉．麥克2研究玉米玉米是經(jīng)典遺傳學(xué)研究中采用的一個(gè)理想的供試對(duì)象。因?yàn)樗淖蚜：腿~子有顏色變化。這種顏色變化是由遺傳結(jié)構(gòu)的基本改變引起的。為了探究遺傳機(jī)構(gòu)變化的內(nèi)在機(jī)制，麥克林托克年復(fù)一年地在田間仔細(xì)地觀察玉米籽粒和玉米葉子的顏色發(fā)生的一代又一代的復(fù)雜變化；然后，將采下的材料帶回實(shí)驗(yàn)室，觀察玉米染色體的斷裂和重組情況。研究玉米玉米是經(jīng)典遺傳學(xué)研究中采用的一個(gè)理想的供試對(duì)象。因?yàn)?30歲那年，麥克林托克在某些玉米籽粒中發(fā)現(xiàn)了玉米色素顯現(xiàn)著一些稀奇古怪的模式。她觀察到玉米籽粒顏色的遺傳很不穩(wěn)定，有時(shí)籽粒上還出現(xiàn)一些斑斑點(diǎn)點(diǎn)。她通過(guò)耐心的記錄和仔細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)使籽粒著色的色素基因是在某一特定代上“接上”或“拉斷”的。30歲那年，麥克林托克在某些玉米籽粒中發(fā)現(xiàn)了玉米色素顯現(xiàn)著一41951年，在冷泉港生物學(xué)專題討論會(huì)上，麥克林托克遞交了自己的學(xué)術(shù)論文，向科學(xué)界同行報(bào)告了她的新理論。她提出遺傳基因可以轉(zhuǎn)移，能從染色體的一個(gè)位置跳到另一個(gè)位置，甚至從一條染色體跳到另一條染色體上。她把這種能自發(fā)轉(zhuǎn)移的遺傳基因稱為“轉(zhuǎn)座因子”。“轉(zhuǎn)座因子”除了具有跳動(dòng)的特性之外，還具有控制其他其因開(kāi)閉的作用，因此“轉(zhuǎn)座因子”又可叫做“控制因子”。1951年，在冷泉港生物學(xué)專題討論會(huì)上，麥克林托克遞交了自己5Ａｃ／Ｄｓ轉(zhuǎn)座系統(tǒng)例如SG是一個(gè)產(chǎn)生紫色色素的結(jié)構(gòu)基因，它附近的一個(gè)控制因子Dｓ（稱為離解因子或分化變異因子）以一定的速率關(guān)閉SG，使玉米籽粒不能產(chǎn)生紫色色素，而成為黃色。DS從SG附近跳開(kāi)，SG所受的控制作用即被解除，玉米籽粒又變成紫色。而DS跳到遠(yuǎn)離AC處，或者AC本身跳開(kāi)，DS即不受AC的控制，它又可以發(fā)揮對(duì)結(jié)構(gòu)基因SG的抑制作用，使玉米籽粒成為黃色。這些控制因子跳動(dòng)得如此之快，使得受它們控制的顏色基因時(shí)關(guān)時(shí)開(kāi)，于是玉米籽粒便出現(xiàn)了斑斑點(diǎn)點(diǎn)。Ａｃ／Ｄｓ轉(zhuǎn)座系統(tǒng)例如SG是一個(gè)產(chǎn)生紫色色素的結(jié)構(gòu)基因，它附6轉(zhuǎn)座理論不被接受在當(dāng)時(shí)，占統(tǒng)治地位的染色體遺傳學(xué)理論認(rèn)為，生物細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)比較穩(wěn)定，遺傳基因以一定的順序在染色體上作線性排列，彼此之間的距離也非常穩(wěn)定。常規(guī)的交換和重組只發(fā)生在等位基因之間，并不擾亂這種距離。除了在顯微鏡下可見(jiàn)的、發(fā)生頻率極為稀少的染色體倒位和相互易位等畸變可以改變基因的位置外，人們還從未認(rèn)識(shí)到，也難以設(shè)想出基因會(huì)從一處跳躍到另一處。轉(zhuǎn)座理論不被接受在當(dāng)時(shí)，占統(tǒng)治地位的染色體遺傳學(xué)理論認(rèn)為，生760年代中期，關(guān)于遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，人們?cè)诩?xì)菌中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。60年代后期，當(dāng)人們運(yùn)用遺傳工程這種強(qiáng)有力的新工具時(shí)，終于在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了“轉(zhuǎn)座子”，從而開(kāi)始激起人們對(duì)麥克林托克研究工作的興趣。許多研究很快與麥?zhǔn)系脑缙谘芯克岢龅南嗨片F(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)。60年代中期，關(guān)于遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，人們?cè)诩?xì)菌中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)8終被接受整個(gè)70年代，分子遺傳學(xué)家找到了愈來(lái)愈多的可移動(dòng)的或可轉(zhuǎn)移的遺傳因子，又稱之為“跳躍基因”。這些因子不僅存在于細(xì)菌中，同時(shí)也存在于較高等的動(dòng)物中。麥?zhǔn)系睦碚撚值玫搅诉M(jìn)一步的驗(yàn)證。麥克林托克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。她走在時(shí)代前面四十年，同時(shí)也為此冷落奮斗了四十年。終被接受整個(gè)70年代，分子遺傳學(xué)家找到了愈來(lái)愈多的可移動(dòng)的或9冷落的原因和啟示從轉(zhuǎn)座子理論和經(jīng)典遺傳學(xué)的關(guān)系來(lái)看，轉(zhuǎn)座子理論推翻了經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因是穩(wěn)定的這一傳統(tǒng)觀念，是一種革命性的理論，因而不為經(jīng)典遺傳學(xué)家所接受。從轉(zhuǎn)座子理論和分子遺傳學(xué)的關(guān)系來(lái)看，是由于前者走在了時(shí)代前面，是一種超時(shí)代發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)界還沒(méi)有做好接受它的準(zhǔn)備。因而遭到分子遺傳學(xué)家的冷落。

從轉(zhuǎn)座子理論賴以建立的實(shí)驗(yàn)材料看，是由于它離開(kāi)了分子生物學(xué)的主流。麥克林托克雖然身在冷泉港生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，但她所采用的材料，與該室中極大多數(shù)科學(xué)家不同。她沒(méi)采用病毒和細(xì)菌作材料，研究基因的拼接、剪切和重組，而是采用玉米這樣的高等植物作為研究對(duì)象。冷落的原因和啟示從轉(zhuǎn)座子理論和經(jīng)典遺傳學(xué)的關(guān)系來(lái)看，轉(zhuǎn)座子10值得慶幸的是，盡管麥克林托克采用了孟德?tīng)柺降墓ぷ鞣绞?，利用了大體相同的實(shí)驗(yàn)材料（都是高等植物），得出了相同性質(zhì)的超時(shí)代發(fā)現(xiàn)，也遭受了大體相同的命運(yùn)，但她畢竟在晚年看到了自己理論的勝利，并獲得了科學(xué)界的最高獎(jiǎng)勵(lì)——諾貝爾獎(jiǎng)。值得慶幸的是，盡管麥克林托克采用了孟德?tīng)柺降墓ぷ鞣绞?，利用?1實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)座子的遺傳學(xué)效應(yīng)之一——轉(zhuǎn)座時(shí)可引起插入突變實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)座子的遺傳學(xué)效應(yīng)之一——轉(zhuǎn)座時(shí)可12實(shí)驗(yàn)原理DNA的轉(zhuǎn)座，或稱移位（transposition），是由可移位因子（transposableelement）介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)"轉(zhuǎn)座"這一命名并不十分準(zhǔn)確，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)座過(guò)程中，可移位因子的一個(gè)拷貝常常留在原來(lái)位置上，在新位點(diǎn)上出現(xiàn)的僅僅是拷貝。因此，轉(zhuǎn)座有別于同源重組，它依賴于DNA的復(fù)制。實(shí)驗(yàn)原理DNA的轉(zhuǎn)座，或稱移位（transposition）13轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)座子

轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn）是存在于染色體DNA上可自主復(fù)制和移位的基本單位。

最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)座子不含有任何宿主基因而常被稱為插入序列（insertionsequence，IS），它們是細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA的正常組成部分。一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞常帶有少于10個(gè)IS序列。轉(zhuǎn)座子常常被定位到特定的基因中，造成該基因突變。IS序列都是可以獨(dú)立存在的單元，帶有介導(dǎo)自身移動(dòng)的蛋白。轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)座子

轉(zhuǎn)座子（trans14遺傳學(xué)試驗(yàn)之——轉(zhuǎn)座子引起的插入突變課件15遺傳學(xué)試驗(yàn)之——轉(zhuǎn)座子引起的插入突變課件16轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征復(fù)合式轉(zhuǎn)座子（compositetransposon）是一類帶有某些抗藥性基因（或其他宿主基因）的轉(zhuǎn)座子，其兩翼往往是兩個(gè)相同或高度同源的IS序列，表明IS序列插入到某個(gè)功能基因兩端時(shí)就可能產(chǎn)生復(fù)合轉(zhuǎn)座子。一旦形成復(fù)合轉(zhuǎn)座子，IS序列就不能再單獨(dú)移動(dòng)，因?yàn)樗鼈兊墓δ鼙恍揎椓?，只能作為?fù)合體移動(dòng)。轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征復(fù)合式轉(zhuǎn)座子（compositetr17遺傳學(xué)試驗(yàn)之——轉(zhuǎn)座子引起的插入突變課件18遺傳學(xué)試驗(yàn)之——轉(zhuǎn)座子引起的插入突變課件19轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制轉(zhuǎn)座時(shí)發(fā)生的插入作用有一個(gè)普遍的特征，那就是受體分子中有一段很短的（3-12bp）、被稱為靶序列的DNA會(huì)被復(fù)制，使插入的轉(zhuǎn)座子位于兩個(gè)重復(fù)的靶序列之間。不同轉(zhuǎn)座子的靶序列長(zhǎng)度不同，但對(duì)于一個(gè)特定的轉(zhuǎn)座子來(lái)說(shuō)，它所復(fù)制的靶序列長(zhǎng)度都是一樣的，如IS1兩翼總有9個(gè)堿基對(duì)的靶序列，而Tn3兩端總有5bp的靶序列。轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制轉(zhuǎn)座時(shí)發(fā)生的插入作用有一個(gè)普遍的特征，那就是受20轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制轉(zhuǎn)座可被分為復(fù)制性和非復(fù)制性兩大類。在復(fù)制性轉(zhuǎn)座中，所移動(dòng)和轉(zhuǎn)位的是原轉(zhuǎn)座子的拷貝。轉(zhuǎn)座酶（transposase）和解離酶（resolvase）分別作用于原始轉(zhuǎn)座子和復(fù)制轉(zhuǎn)座子。TnA類轉(zhuǎn)座主要是這種形式。在非復(fù)制性轉(zhuǎn)座中，原始轉(zhuǎn)座子作為一個(gè)可移動(dòng)的實(shí)體直接被移位，IS序列、Mu及Tn5等都以這種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)座。轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制轉(zhuǎn)座可被分為復(fù)制性和非復(fù)制性兩大類。21遺傳學(xué)試驗(yàn)之——轉(zhuǎn)座子引起的插入突變課件22轉(zhuǎn)座作用的遺傳學(xué)效應(yīng)①轉(zhuǎn)座引起插入突變②轉(zhuǎn)座產(chǎn)生新的基因③轉(zhuǎn)座產(chǎn)生的染色體畸變④轉(zhuǎn)座引起的生物進(jìn)化.轉(zhuǎn)座作用的遺傳學(xué)效應(yīng)①轉(zhuǎn)座引起插入突變23遺傳學(xué)試驗(yàn)之——轉(zhuǎn)座子引起的插入突變課件24果蠅的轉(zhuǎn)座子P因子FB因子Copia因子果蠅的轉(zhuǎn)座子P因子25F’因子F’因子26細(xì)菌結(jié)合細(xì)菌結(jié)合27實(shí)驗(yàn)材料菌株：受體菌：FD1006-Δ(lacproB)galEstrr供體菌：Tn5.Gmlβλ-F’lac+pro+/Δ(proBlac)Val-培養(yǎng)基：LB培養(yǎng)液生理鹽水A培養(yǎng)基/B培養(yǎng)基成分比較實(shí)驗(yàn)材料菌株：28實(shí)驗(yàn)步驟接種供體菌Tn5和受體菌FD1006，培養(yǎng)過(guò)夜，各吸50μl涂B板作對(duì)照各吸取0.5ml供受體菌