第十章-转座分解ppt课件.ppt

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1、 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 转座子的分类转座子的分类 第三节第三节 转座发生的机制转座发生的机制 第四节第四节 真核生物的转座因子真核生物的转座因子 第五节第五节 反转录病毒和反转座子反转录病毒和反转座子1 概念：概念： 转座子转座子（transponson,简称简称Tn）, 又称易位子，又称易位子，是指存在于染色体是指存在于染色体DNA上可以自主复制和位移的上可以自主复制和位移的一段一段DNA顺序。顺序。 转座子可以在不同复制子之间转移转座子可以在不同复制子之间转移，以非正常重组，以非正常重组方式从一个位点插入到另外一个位点，对新位点基方式从一个位点插入到另外一个位点，对新位点基

2、因的结构与表达产生多种遗传效应。因的结构与表达产生多种遗传效应。v 1951年年McClintock-麦克林托克麦克林托克提出转座提出转座（Transposition）和跳跃基因）和跳跃基因(jumping gene)的的新概念；新概念；v 1967年年Shapiro才在才在E.coli中发现了转座因子中发现了转座因子（transposable element）。）。(1902-1992)Nobel Prize for Physiology or Medicine 19831 1 转座因子的类型转座因子的类型1.1 1.1 插入序列插入序列 (Insertion sequence，IS)q 最

3、简单的转座子称为插入序列最简单的转座子称为插入序列。q IS家族有很多成员，它们的结构相似家族有很多成员，它们的结构相似q 特征特征：v 两端都有短两端都有短5-9bp的的正向重复序列正向重复序列（direct repeats, DR）（靶序列），（靶序列），v 略长略长15-25bp的的反向重复序列反向重复序列（inverted repeats, IR）v 1kb左右的编码区，它仅编码和转座有关的左右的编码区，它仅编码和转座有关的转座酶转座酶。表 23-4 IS 的结构和功能DR(bp)IR(bp)中心区域(bp)靶的选择拷贝数IS 1923768随机58IS25411327热点5 (在 F

4、因子上为1)IS41113181428AAN20TTT1 或 2IS54161195热点？IS10R9221329NGCTNAGCNIS50R991531热点IS9039181057随机2 复合转座子复合转座子（composite transposon）复合转座子是由复合转座子是由两端的组件由两端的组件由IS元件元件组成，中间组成，中间夹着一个或多个夹着一个或多个结构基因结构基因如某些抗药性基因和其如某些抗药性基因和其它基因组成。它基因组成。表表 复合转座子的结构和功能复合转座子的结构和功能转座因转座因子子 长度长度(bp)遗 传 标遗 传 标记记 末 端 组末 端 组件件方向方向二组件的关二

5、组件的关系系组件的功能组件的功能Tn9033100KanRIS903反向反向相同相同二者皆有功二者皆有功能能Tn92500CamRIS 1正向正向推测相同推测相同预计有功能预计有功能Tn109300TetRIS 10R 有功能有功能 IS 10L反向反向有有2.5%的的差异差异无功能无功能Tn55700KanRIS 50R 有功能有功能 IS 50L反向反向1 bp的改变的改变无功能无功能 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 转座子的分类转座子的分类 第三节第三节 转座发生的机制转座发生的机制 第四节第四节 真核生物的转座因子真核生物的转座因子 第五节第五节 反转录病毒和反转座子反转录病毒和

6、反转座子转座过程：转座过程：n n 转座酶（转座酶（transposase）催化）催化IS的转座，它由的转座，它由IS编码。编码。n n 首先首先转座酶转座酶交错切开宿主靶位点，然后交错切开宿主靶位点，然后IS插入，与插入，与宿主的单链末端相连接，余下的缺口由宿主的单链末端相连接，余下的缺口由DNA聚合酶聚合酶和连接酶和连接酶加以填补，最终插入的加以填补，最终插入的IS两端形成了两端形成了DR或或靶重复。靶重复。1.1 复制型转座复制型转座v 转座是伴随着新拷贝的复制。转座是伴随着新拷贝的复制。v 两种酶：转座酶和解离酶。两种酶：转座酶和解离酶。v TnA转座子转座子 。1.2 非复制型转座非

7、复制型转座v 一个位点移到另一位点。一个位点移到另一位点。v 一种酶：转座酶一种酶：转座酶 。v 供体中无转座子。供体中无转座子。v 插入序列和复合转座子插入序列和复合转座子Tn10及及Tn5；1.3 保守转座保守转座v 宿主的修复系统能识别此处双链断裂并进行修复。宿主的修复系统能识别此处双链断裂并进行修复。 2.2 非复制型转座非复制型转座v断裂和重接反应使靶断裂和重接反应使靶重构。重构。v供体保持裂缺。供体保持裂缺。v不形成共合体。不形成共合体。 3 Tn103 Tn10的转座的转座- -转座频率的调控转座频率的调控v 每个转座子控制自身转座的核心每个转座子控制自身转座的核心-控制转座酶的

8、水平控制转座酶的水平v 不到一个转座酶分子世代细胞不到一个转座酶分子世代细胞v 自发转座频率自发转座频率-107v Tn10有两种控制转座的方式有两种控制转座的方式 a） 通过反义通过反义RNA的翻译水平控制的翻译水平控制 IS10R外侧边缘两个启动外侧边缘两个启动子子 PIN-弱启动子，控制弱启动子，控制IS10R的转录的转录 POUT强启动子强启动子 右向转录宿主右向转录宿主DNA INRNA和和OUTRNA 有有36bp的重叠的重叠 稳定性：稳定性： OUTRNAINRNA 大量大量OUTRNA作为作为 INRNA的反义的反义RNA 5 5拷贝拷贝 b） 甲基化作用控制转座酶合成及其与甲

9、基化作用控制转座酶合成及其与DNA的结合的结合 有有2 2个甲基化位点个甲基化位点 一个位点在一个位点在IS10RIS10R末端的末端的IRIR中。此是转座酶结合的地方，此位点的甲基中。此是转座酶结合的地方，此位点的甲基化化 抑制了转录酶和抑制了转录酶和DNADNA的结合。的结合。 另一个位点是在另一个位点是在PinPin中，这是启动子转录转座酶基因。该位点的甲基化中，这是启动子转录转座酶基因。该位点的甲基化抑抑 制转录合成。制转录合成。 引起插入突变引起插入突变 产生新的基因产生新的基因 产生染色体畸变产生染色体畸变 引起生物进化引起生物进化 转座子转座子 F F E E A A B B C

10、 C D D复制复制插入插入 转座子新拷贝转座子新拷贝 F F E E A A B B C C D D 基因基因F F被隔断而失去功能被隔断而失去功能 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 转座子的分类转座子的分类 第三节第三节 转座发生的机制转座发生的机制 第四节第四节 真核生物的转座因子真核生物的转座因子 第五节第五节 反转录病毒和反转座子反转录病毒和反转座子第四节第四节 真核生物的转座因子真核生物的转座因子1. 玉米的转座元件玉米的转座元件2. 果蝇的转座元件果蝇的转座元件表表 一些有代表性的真核转座子的属性一些有代表性的真核转座子的属性物种物种转座因子家族转座因子家族IRDR果蝇果蝇P

11、HoboMarinerFB311228大大8829线虫线虫Tc1542玉米玉米AC/DSSpm/dSpmMu/mn1113 200839金鱼草金鱼草Tam1Tam313/141238/5一些真核生物一些真核生物TU/puppy大大81.1 麦克林托克的伟大发现麦克林托克的伟大发现 v 一个一个“可移动的控制因子可移动的控制因子”（现在称转座子）（现在称转座子）Ds，即，即解解离因子（离因子（dissociator），插入到，插入到C基因（色素）中，使之基因（色素）中，使之突变，成无色素。突变，成无色素。v 另一个可移动的控制因子是另一个可移动的控制因子是Ac，称，称激活因子（激活因子（acti

12、vator）v Ac能激活能激活Ds转座进入转座进入C基因或其它基因，也能使基因或其它基因，也能使Ds从基因从基因中转出，使突变基因回复，这就是中转出，使突变基因回复，这就是Ac-Ds系统。系统。1.2.1自主性元件：自主性元件：有自主切离和转座的能力。可以插入到任有自主切离和转座的能力。可以插入到任何位点产生一个不稳定的或可何位点产生一个不稳定的或可“突变突变”等位基因。等位基因。1.2.2 非自主性元件：非自主性元件：单独存在是稳定的；单独存在是稳定的； 它们自己并不能转座或自发地改变条件，它们自己并不能转座或自发地改变条件， 当基因组中存在与非自主性元件同家族的自主性元件时，当基因组中存

13、在与非自主性元件同家族的自主性元件时，它才具备转座功能，成为与自主性因子相同的转座子，不它才具备转座功能，成为与自主性因子相同的转座子，不论这自主元件位于何处。论这自主元件位于何处。v 非自主因子来源于自主元件非自主因子来源于自主元件: :自主自主元件元件通过缺失或其它的通过缺失或其它的变化，失去了反式作用的转座酶活性，但留下了完整的转变化，失去了反式作用的转座酶活性，但留下了完整的转座酶作用位点座酶作用位点, ,包括边界。包括边界。已经发现的玉米中的转座因子包括：已经发现的玉米中的转座因子包括： Ac-Ds, Spm-dSpm 等。等。v玉米转座因子的特点和原核的转座因子相似。玉米转座因子的

14、特点和原核的转座因子相似。v在其两端有反向重复序列（在其两端有反向重复序列（IR），在与靶），在与靶DNA连连接处有短的正向重复（接处有短的正向重复（DR）。）。在在Ds-Ac系统中系统中， AC:v 大部分自主因子大部分自主因子AC中含中含5个外显子的单个基因，其产物是转个外显子的单个基因，其产物是转座酶，座酶，v 末端末端11bp的的IR和和8bp的的DR，DR是由靶位点重复而成。是由靶位点重复而成。 Ds:v 各种各种Ds因子的长度和序列都不相同，但和因子的长度和序列都不相同，但和Ac相关。其末端相关。其末端同样有同样有11bp的的IR。v Ds比比Ac短，其缺失的长度不同，一个极端的例

15、子是短，其缺失的长度不同，一个极端的例子是Ds9因子因子仅缺失仅缺失194bp，另一个例子是，另一个例子是Ds6因子长仅有因子长仅有2Kb，相当于，相当于Ac两端各两端各1kb。2果蝇中的转座子果蝇中的转座子-P因子因子“杂种不育杂种不育”（hybrid dysgenesis）。）。P型（父本贡献的，型（父本贡献的，paternal contributing）M型（母本贡献的，型（母本贡献的，maternal contributing）P（）（）M（）（） 后代不育后代不育M（）（）P（）（） 后代可育。后代可育。 杂种杂种不不育育在在P雄雄M雌的雌的F1不育不育是因为是因为M品系雌性细品系雌

16、性细胞质内缺失一个胞质内缺失一个66KD的的转座阻遏蛋白转座阻遏蛋白，因此引起了因此引起了 P品系的雄品系的雄性细胞核染色体上的性细胞核染色体上的P转座子自由转座，后转座子自由转座，后代不育。代不育。 v P因子全长因子全长2 907 bp，两端，两端有有31 bp的反向重复序列。的反向重复序列。v 4 4个编码区、个编码区、3 3个内含子个内含子。v 体细胞中体细胞中，只有内含子，只有内含子1 1、2 2被顺利切除，产生被顺利切除，产生前前3 3个个外显子的功能型外显子的功能型 mRNAmRNA，被，被翻译成翻译成66KD66KD的的蛋白蛋白一一种转座活性的抑制因子。种转座活性的抑制因子。v

17、 生殖细胞中生殖细胞中，内含子，内含子3 3被切被切除，产生的成熟除，产生的成熟mRNAmRNA包括包括全部全部4 4个外显子并被翻译成个外显子并被翻译成87KD87KD的的转座酶转座酶，才能导致，才能导致P P因子转座和配子败育。因子转座和配子败育。 体细胞中含有一种蛋白，结合在第体细胞中含有一种蛋白，结合在第3个外显子上，个外显子上，阻止这个内含子的剪接。阻止这个内含子的剪接。 生殖细胞中缺乏这个蛋白，因此可以剪接第三个生殖细胞中缺乏这个蛋白，因此可以剪接第三个内含子产生编码转座酶的内含子产生编码转座酶的mRNA。 当雌果蝇为当雌果蝇为M型时，在卵中无阻遏物，这样导致型时，在卵中无阻遏物，

18、这样导致了来自雄果蝇中的了来自雄果蝇中的P因子使生殖细胞中转座酶活因子使生殖细胞中转座酶活化。化。 没有没有P因子因子没有阻遏物没有阻遏物 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 转座子的分类转座子的分类 第三节第三节 转座发生的机制转座发生的机制 第四节第四节 真核生物的转座因子真核生物的转座因子 第五节第五节 反转录病毒和反转座子反转录病毒和反转座子1反转录病毒反转录病毒1.1 概念概念v转座：转座：从从DNA到到DNA的转移；的转移；v反转座：反转座：从从DNA到到RNA再到再到DNA的转移过程。的转移过程。v反转录转座子反转录转座子/反转座子：反转座子：一些真核细胞的转座子一些真核细胞的

19、转座子和反转录病毒的原病毒的一般组成结构相关，并且和反转录病毒的原病毒的一般组成结构相关，并且通过通过RNARNA中间体进行转座。中间体进行转座。v反转录病毒整合在细胞的基因组中，作为反转录病毒整合在细胞的基因组中，作为一种内生病毒一种内生病毒, ,像是一个溶源性细菌噬菌体，像是一个溶源性细菌噬菌体，其行为作为生物遗传物质的一部分。其行为作为生物遗传物质的一部分。 （1 1） 反转录病毒包括反转录病毒包括gag-po1-envgag-po1-env基因基因（2 2）反转录病毒）反转录病毒RNARNA的末端是正向重复序列的末端是正向重复序列。vR R序列序列差异很大，长差异很大，长1010到到8

20、0nt80nt不等。不等。v在在5 5端紧跟着端紧跟着R R的是的是U5U5区区，长，长8080100nt100nt；v在在3 3端端R R的内侧是的内侧是U3U3序列序列，长，长1701701260nt1260nt。反转录病毒线型反转录病毒线型DNADNA的末端是的末端是LTRsLTRs, ,整合到宿主整合到宿主DNADNA中时，两端各丢失了中时，两端各丢失了2 bp2 bp2 反转录病毒的整合模型反转录病毒的整合模型2.1 反转录病毒反转录病毒RNA转变为病毒线性转变为病毒线性DNAv反转录病毒被称为反转录病毒被称为正链病毒正链病毒，这是由于病毒的，这是由于病毒的RNA本身编本身编码蛋白产

21、物。码蛋白产物。v反转酶反转酶负责将基因变成为互补的负责将基因变成为互补的DNA链，这链称为链，这链称为负链负链DNA（minus strand DNA）。）。双链中的第二条双链中的第二条DNA单链称单链称为为正链正链DNA（plus strand DNA）。）。v反转酶反转酶: 具有具有DNA聚活酶聚活酶的活性，还具有的活性，还具有RNase H的活性，的活性，可以降解可以降解RNA-DNA杂种链中的杂种链中的RNA部分。部分。在反转录中通过模板转换产生负链在反转录中通过模板转换产生负链DNA跳跳跃跃 强停止负链强停止负链DNA正链正链DNA的合成需要第二次跳跃的合成需要第二次跳跃 跳跃跳跃

22、 强停止正链强停止正链DNAv模板的转换和延伸的结果是将模板的转换和延伸的结果是将U3序列加到序列加到5端，端，同时也将同时也将U5加到了加到了3端，使两端产生了相同的序端，使两端产生了相同的序列。列。v这种序列结构这种序列结构“U3-R-U5”被称为被称为长的末端重复序长的末端重复序列（列（long terminal repeat ，LTR）；vUS的的3端和端和U3的的5端由一个短的端由一个短的IR组成的，因此组成的，因此LTR本身的两个末端都有本身的两个末端都有反向重复序列反向重复序列，而它的，而它的侧翼是靶侧翼是靶DNA形成形成短的正向重复序列短的正向重复序列。v整合的原病毒整合的原病

23、毒DNA像是转座子：像是转座子：前病毒末端的反前病毒末端的反向重复序列，其两侧面有靶向重复序列，其两侧面有靶DNA的正向重复序列。的正向重复序列。 2.2 2.2 反转录病毒反转录病毒DNADNA的整合到宿主细胞基因组的整合到宿主细胞基因组v 原病毒是通过将线性原病毒是通过将线性DNADNA正向插入到靶位点中产生的，由正向插入到靶位点中产生的，由病毒的整合酶所催化。病毒的整合酶所催化。 v反转录病毒整合反转录病毒整合入宿主入宿主DNADNA中的分中的分子机制，子机制，本质是转本质是转座座；v整合的病毒整合的病毒DNADNA两端的两端的LTRLTR各丢失各丢失了了2bp2bpv而它的侧翼是靶而它

24、的侧翼是靶DNA形成形成短的正短的正向重复序列向重复序列 反转座子共有的可鉴定的特性为：反转座子共有的可鉴定的特性为：插入位点插入位点会产生短的靶序列的正向重复会产生短的靶序列的正向重复。 反转录病毒首先被观察到的是以传染性病毒反转录病毒首先被观察到的是以传染性病毒颗粒的形式存在，并能在细胞间传播；颗粒的形式存在，并能在细胞间传播； 而而反反转座子是被当作基因组中的一部分而被转座子是被当作基因组中的一部分而被发现的，它们可以在基因组内进行转座，但发现的，它们可以在基因组内进行转座，但不能在细胞间迁移不能在细胞间迁移。反转座子和反转录病毒的区别反转座子和反转录病毒的区别3 3 反转座子的分类反转

25、座子的分类病毒超家族（病毒超家族（vira superfamivly）：）：反转录病毒编码反转录病毒编码反转录酶或整合酶，所以有转座能力。反转录子不反转录酶或整合酶，所以有转座能力。反转录子不同于反转录病毒，它们自已并不形成独立的感染颗同于反转录病毒，它们自已并不形成独立的感染颗粒。但对于转座机制等其它方面它们是相似的。这粒。但对于转座机制等其它方面它们是相似的。这一组称为一组称为.。非病毒超家族（非病毒超家族（nonviral suberfamily）：）：另一类反另一类反转录子其内外部特点相似，表明它们起源于转录子其内外部特点相似，表明它们起源于RNA序序列。它们并不编码具有转座功能的蛋白

26、，转座的酶列。它们并不编码具有转座功能的蛋白，转座的酶是通过别处编码的酶来作用的。这一组就称为是通过别处编码的酶来作用的。这一组就称为. .。表表 反转座子分为病毒超家族和非病毒超家族反转座子分为病毒超家族和非病毒超家族病毒超家族病毒超家族非病毒超家族非病毒超家族共同类型共同类型TyTy( (酵母酵母) )SINES B1/Alu(SINES B1/Alu(哺乳动哺乳动物物) )CopiaCopia( (果蝇果蝇) )PolPol 转录的加工假转录的加工假基因基因LINES L1(LINES L1(哺乳动物哺乳动物) )末端末端长末端重复序列长末端重复序列无末端重复序列无末端重复序列靶重复序列

27、靶重复序列4 46 bp6 bp7 712bp12bp阅读框阅读框反转录酶和反转录酶和/ /或整合酶或整合酶无无( (不编码转座子产物不编码转座子产物) )组成组成可含内含子可含内含子( (在亚基因组在亚基因组mRNAmRNA中被切除中被切除无内含子无内含子 第十章第十章 转座转座 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 转座子的分类转座子的分类 第三节第三节 转座发生的机制转座发生的机制 第四节第四节 真核生物的转座因子真核生物的转座因子 第五节第五节 反转录病毒和反转座子反转录病毒和反转座子主要类型转座子主要类型转座子 类型类型 结构特征结构特征 转座机理转座机理 举例举例细菌插入序细菌插入

28、序列（列（ISIS）IRsIRs; ;转座酶和或拆转座酶和或拆分酶编码基因分酶编码基因切离或复制切离或复制DNADNA后插后插入靶位入靶位IS1,IS10IS1,IS10复合转座子复合转座子ISIS组份；抗药基因组份；抗药基因复制复制DNADNA后插入靶位后插入靶位 Tn9Tn9真核转座子真核转座子 IRsIRs; ;蛋白质编码蛋白质编码基因（有内含子）基因（有内含子）切离切离DNADNA后插入靶位后插入靶位果蝇果蝇P P成分，成分，玉米玉米DsDs、AcAc病毒反转座子病毒反转座子LTRsLTRs; ;逆转录酶、逆转录酶、整合酶、整合酶、gaggag蛋白蛋白编码基因编码基因RNARNA聚合酶

29、聚合酶I I从左从左侧侧LTRLTR的启动子转的启动子转录录RNA,RNA,逆转录，插逆转录，插入靶位入靶位酵母酵母TyTy成分成分果蝇果蝇CopiaCopia成分成分非病毒反转座非病毒反转座子子各种长度的各种长度的33端端富含富含A/TA/T区；逆转区；逆转录酶编码基因录酶编码基因从内部启动子转录从内部启动子转录 RNA,RNARNA,RNA折叠为逆折叠为逆转录酶提供引物，转录酶提供引物，插入靶位插入靶位果蝇果蝇F F和和G G成分，成分，哺乳动物的哺乳动物的LINE,SINE,LINE,SINE,人人AluAlu问答题问答题什么是转座子？什么是转座子？转座子有哪几种类型？转座子有哪几种类型？什么叫做什么叫做Ds-Ac因子？因子？反转录病毒和反转录转座子有什么不同？反转录病毒和反转录转座子有什么不同？