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1、转座因子遗传课件第1页，本讲稿共34页一、玉米的控制系统一、玉米的控制系统McClintock McClintock 发现玉米的籽粒颜色不稳定，有时出现斑发现玉米的籽粒颜色不稳定，有时出现斑发现玉米的籽粒颜色不稳定，有时出现斑发现玉米的籽粒颜色不稳定，有时出现斑点。是由于点。是由于点。是由于点。是由于转座因子转座因子转座因子转座因子的存在。的存在。的存在。的存在。在玉米中发现的转座因子除了具有转座的特性之外，还具在玉米中发现的转座因子除了具有转座的特性之外，还具在玉米中发现的转座因子除了具有转座的特性之外，还具在玉米中发现的转座因子除了具有转座的特性之外，还具有调节其它基因的作用，所以有调节其
2、它基因的作用，所以有调节其它基因的作用，所以有调节其它基因的作用，所以McClintockMcClintock称之为称之为称之为称之为控制因控制因控制因控制因子子子子。玉米的控制因子可以在基因组内移动。包括：玉米的控制因子可以在基因组内移动。包括：玉米的控制因子可以在基因组内移动。包括：玉米的控制因子可以在基因组内移动。包括：*解离因子（解离因子（解离因子（解离因子（DsDs）：）：）：）：经常变动在染色体上的位置，当经常变动在染色体上的位置，当经常变动在染色体上的位置，当经常变动在染色体上的位置，当插入到色素基因插入到色素基因插入到色素基因插入到色素基因C C的近旁或中间时，玉米籽粒不能形成
3、色的近旁或中间时，玉米籽粒不能形成色的近旁或中间时，玉米籽粒不能形成色的近旁或中间时，玉米籽粒不能形成色素。素。素。素。*激活因子（激活因子（激活因子（激活因子（AcAc）：）：）：）：AcAc的存在可以解除的存在可以解除的存在可以解除的存在可以解除DsDs对对对对C C的抑制作的抑制作的抑制作的抑制作用，从而使色素基因用，从而使色素基因用，从而使色素基因用，从而使色素基因C C得以表达。得以表达。得以表达。得以表达。第2页，本讲稿共34页在胚乳发育期间：在胚乳发育期间：*Ac的作用，的作用，Ds离开离开C，玉米籽粒出现色素，玉米籽粒出现色素斑点。斑点。*有时有时Ac丢失，丢失，Ds趋向稳定，
4、色素基因趋向稳定，色素基因C的的表达被部分或完全抑制，玉米胚乳呈现浅色表达被部分或完全抑制，玉米胚乳呈现浅色或无色。或无色。Ac和和Ds这两个因子都位于玉米的第九号染色这两个因子都位于玉米的第九号染色体短臂，在色素基因体短臂，在色素基因C的附近。的附近。即即 Ac-Ds系统系统。第3页，本讲稿共34页1950195019511951？McClintock于于1983年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖第4页，本讲稿共34页第5页，本讲稿共34页第6页，本讲稿共34页第7页，本讲稿共34页第8页，本讲稿共34页二、原核生物中的转座因子二、原核生物中的转座因子50年代年代McClintock提出转座因子。提出
5、转座因子。60年代以后，年代以后，E.coli 酵母菌酵母菌 果蝇果蝇 哺乳动物哺乳动物 也有转座因子的存在。也有转座因子的存在。第9页，本讲稿共34页第10页，本讲稿共34页第11页，本讲稿共34页第12页，本讲稿共34页第13页，本讲稿共34页第14页，本讲稿共34页插入序列插入序列IRIR转位酶基因转位酶基因IS1IR：inverted repeat，反向的重复序列，反向的重复序列IS1IS1IRIRIRIRIRIRIRIR第15页，本讲稿共34页IRIRIRIRIS1IS1热稳定性的大肠热稳定性的大肠热稳定性的大肠热稳定性的大肠杆菌毒素杆菌毒素杆菌毒素杆菌毒素1 1基因基因基因基因转位
6、子的形体图转位子的形体图Tn1681IS1IS1IS1IS1抗菌素抗性基因抗菌素抗性基因抗菌素抗性基因抗菌素抗性基因侧翼侧翼侧翼侧翼ISIS因子取向不同的两种复合转位子因子取向不同的两种复合转位子因子取向不同的两种复合转位子因子取向不同的两种复合转位子同向重复同向重复同向重复同向重复反向重复反向重复反向重复反向重复第16页，本讲稿共34页第17页，本讲稿共34页日本东京的一次痢疾流行。日本东京的一次痢疾流行。痢疾菌中有一种痢疾菌中有一种R质粒质粒，能独立复制的环状，能独立复制的环状DNA分子。分子。这种这种R质粒，可分为两部分：质粒，可分为两部分：*转座子（转座子（Tn）：）：包括两个反向排列
7、包括两个反向排列IS和抗和抗性基因。性基因。*抗性转移功能基因：抗性转移功能基因：RTF区。区。（216页图）页图）第18页，本讲稿共34页把此把此R质粒的环状双链质粒的环状双链DNA分子加温变性，分子加温变性，再慢慢复性，成再慢慢复性，成哑铃状哑铃状。两端各有一个单链环，两端各有一个单链环，中间是双链的柄。中间是双链的柄。双链的柄：双链的柄：是由两个颠倒重复序列（两个是由两个颠倒重复序列（两个IS）形成的。）形成的。第19页，本讲稿共34页5 5 A B C D EA B C D EA B C D EA B C D EA A B B C C D D E E A A B B C C D D E
8、 E 5 5 3 3 3 3 同向重复序列同向重复序列5 5 A B C D EA B C D EE D C B AE D C B AA A B B C C D D E E E E D D C C B B A A 5 5 3 3 3 3 5 5 3 3 5 5 3 3 A B C D EA B C D EA A B B C C D D E E A A B B C C D D E E A B C D EA B C D EA B C D EA B C D EA A B B C C D D E E 反向重复序列反向重复序列第20页，本讲稿共34页三、转座机理三、转座机理ISIS：可以从一个位置转移到
9、另一个位置。可以从一个位置转移到另一个位置。可以从一个位置转移到另一个位置。可以从一个位置转移到另一个位置。TnTn：两端有两端有两端有两端有ISIS。ISIS或或或或TnTn的插入常使插入区的基因失活。的插入常使插入区的基因失活。的插入常使插入区的基因失活。的插入常使插入区的基因失活。偶尔由于插入而激活有关基因的转录。由于偶尔由于插入而激活有关基因的转录。由于偶尔由于插入而激活有关基因的转录。由于偶尔由于插入而激活有关基因的转录。由于TnTn有可能带有可能带有可能带有可能带有它们自身有它们自身有它们自身有它们自身DNADNA转录所必需的启动子。转录所必需的启动子。转录所必需的启动子。转录所必
10、需的启动子。转位作用类型：转位作用类型：转位作用类型：转位作用类型：（1 1）保留型转位：）保留型转位：）保留型转位：）保留型转位：转位因子从原来位点上删除下来，再转移转位因子从原来位点上删除下来，再转移转位因子从原来位点上删除下来，再转移转位因子从原来位点上删除下来，再转移到另一位点中去。到另一位点中去。到另一位点中去。到另一位点中去。（2 2）复制行转位：）复制行转位：）复制行转位：）复制行转位：转位因子插入到靶子位点，而另一转位因子插入到靶子位点，而另一转位因子插入到靶子位点，而另一转位因子插入到靶子位点，而另一个拷贝仍保留在原来的位点上。个拷贝仍保留在原来的位点上。个拷贝仍保留在原来的
11、位点上。个拷贝仍保留在原来的位点上。第21页，本讲稿共34页ISIS或或或或TnTn插入到靶子位点后，两侧出现少数核苷酸重复插入到靶子位点后，两侧出现少数核苷酸重复插入到靶子位点后，两侧出现少数核苷酸重复插入到靶子位点后，两侧出现少数核苷酸重复第22页，本讲稿共34页大肠杆菌乳糖操纵子大肠杆菌乳糖操纵子细菌相关功能的结构基因常连在一起，形成一个基因细菌相关功能的结构基因常连在一起，形成一个基因簇。它们编码同一个代谢途径中的不同的酶。一个基簇。它们编码同一个代谢途径中的不同的酶。一个基因簇被共同控制，一开俱开，一闭俱闭。因簇被共同控制，一开俱开，一闭俱闭。乳糖分解代谢相关的三个基因乳糖分解代谢相
12、关的三个基因lacZ、Y、A就组成典型就组成典型的基因簇。它们的产物可催化的基因簇。它们的产物可催化乳糖乳糖的分解，的分解，产生葡萄产生葡萄糖和半乳糖糖和半乳糖。lacZ编码编码-半乳糖苷酶。可以切断乳糖的半乳糖苷键，半乳糖苷酶。可以切断乳糖的半乳糖苷键，产生半乳糖和葡萄糖。产生半乳糖和葡萄糖。lacY编码编码-半乳糖苷透性酶。协助乳糖分子穿膜进入半乳糖苷透性酶。协助乳糖分子穿膜进入细菌内。细菌内。lacA编码巯基半乳糖苷转乙酰酶。可以将一个乙酰基编码巯基半乳糖苷转乙酰酶。可以将一个乙酰基从乙酰辅酶从乙酰辅酶A转移到转移到-半乳糖苷上。半乳糖苷上。第23页，本讲稿共34页第24页，本讲稿共34
13、页lacIlacI基因：基因：基因：基因：调节基因。产物为调节基因。产物为调节基因。产物为调节基因。产物为“阻遏物阻遏物阻遏物阻遏物”。P P：启动子。有启动子。有启动子。有启动子。有RNARNA聚合酶的结合部位。聚合酶的结合部位。聚合酶的结合部位。聚合酶的结合部位。lacOlacO：操纵基因。有阻遏物的结合部位。阻遏物结合到操纵基因。有阻遏物的结合部位。阻遏物结合到操纵基因。有阻遏物的结合部位。阻遏物结合到操纵基因。有阻遏物的结合部位。阻遏物结合到操纵基因上，阻碍操纵基因上，阻碍操纵基因上，阻碍操纵基因上，阻碍Z Z、Y Y、A A基因的转录。基因的转录。基因的转录。基因的转录。lacZla
14、cZ、Y Y、A A：结构基因。编码三种酶。结构基因。编码三种酶。结构基因。编码三种酶。结构基因。编码三种酶。-半乳糖苷酶诱导物：半乳糖苷酶诱导物：半乳糖苷酶诱导物：半乳糖苷酶诱导物：*乳糖。乳糖。乳糖。乳糖。*异丙基异丙基异丙基异丙基-D-D-硫代半乳糖苷（硫代半乳糖苷（硫代半乳糖苷（硫代半乳糖苷（IPTGIPTG）。）。）。）。诱导物与阻遏物结合成复合物，失去与操纵基因结合的诱导物与阻遏物结合成复合物，失去与操纵基因结合的诱导物与阻遏物结合成复合物，失去与操纵基因结合的诱导物与阻遏物结合成复合物，失去与操纵基因结合的能力。结构基因合成出能力。结构基因合成出能力。结构基因合成出能力。结构基因
15、合成出3 3种酶。种酶。种酶。种酶。I IP OP OZ ZY YA A大肠杆菌乳糖操纵子大肠杆菌乳糖操纵子第25页，本讲稿共34页lacZ+：变为变为变为变为lacZlacZ-，不能合成，不能合成，不能合成，不能合成-半乳糖苷酶。半乳糖苷酶。半乳糖苷酶。半乳糖苷酶。lacYlacY+：变为变为变为变为lacYlacY-，不能从膜上吸取乳糖。，不能从膜上吸取乳糖。，不能从膜上吸取乳糖。，不能从膜上吸取乳糖。lacAlacA+：变为变为变为变为lacAlacA-，同样失去形成酶的能力。，同样失去形成酶的能力。，同样失去形成酶的能力。，同样失去形成酶的能力。lacIlacI+：变为变为变为变为la
16、cIlacI-，形成不正常的阻遏物，不能结合到，形成不正常的阻遏物，不能结合到，形成不正常的阻遏物，不能结合到，形成不正常的阻遏物，不能结合到操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因lacOlacO上。即使没有乳糖也能产生酶。上。即使没有乳糖也能产生酶。上。即使没有乳糖也能产生酶。上。即使没有乳糖也能产生酶。lacIlacI+：变为变为变为变为lacIlacIs s，形成不正常的阻遏物，不能结合诱导物。，形成不正常的阻遏物，不能结合诱导物。，形成不正常的阻遏物，不能结合诱导物。，形成不正常的阻遏物，不能结合诱导物。因此阻遏物始终结合在操纵基因因此阻遏物始终结合在操纵基因因此阻遏物始终结合在操纵基因因此
17、阻遏物始终结合在操纵基因lacOlacO上，以致突变菌株丧失上，以致突变菌株丧失上，以致突变菌株丧失上，以致突变菌株丧失合成酶的能力。合成酶的能力。合成酶的能力。合成酶的能力。P P+：变为变为变为变为P P-，RNARNA聚合酶不能结合，不能合成酶。聚合酶不能结合，不能合成酶。聚合酶不能结合，不能合成酶。聚合酶不能结合，不能合成酶。lacOlacO+：变为变为变为变为lacOlacOc c，阻遏物不能结合到操纵基因，阻遏物不能结合到操纵基因，阻遏物不能结合到操纵基因，阻遏物不能结合到操纵基因lacOlacO上，上，上，上，酶的合成从诱导型变为组成型。酶的合成从诱导型变为组成型。酶的合成从诱导
18、型变为组成型。酶的合成从诱导型变为组成型。I IP OP OZ ZY YA A第26页，本讲稿共34页组成型突变体（组成型突变体（组成型突变体（组成型突变体（constitutive mutantconstitutive mutant）：）：）：）：酶的产生从酶的产生从酶的产生从酶的产生从必须诱导变为不须诱导的突变型。必须诱导变为不须诱导的突变型。必须诱导变为不须诱导的突变型。必须诱导变为不须诱导的突变型。在此表示在没有诱导物的条件下，在此表示在没有诱导物的条件下，在此表示在没有诱导物的条件下，在此表示在没有诱导物的条件下，lacZYAlacZYA基因都能表基因都能表基因都能表基因都能表达，合
19、成达，合成达，合成达，合成laclac酶系统。酶系统。酶系统。酶系统。大肠杆菌的有性杂交可以得到由染色体和性因子大肠杆菌的有性杂交可以得到由染色体和性因子大肠杆菌的有性杂交可以得到由染色体和性因子大肠杆菌的有性杂交可以得到由染色体和性因子F F组成组成组成组成的的的的部分合子部分合子部分合子部分合子（部分二倍体）（部分二倍体）（部分二倍体）（部分二倍体）在部分二倍体条件下：在部分二倍体条件下：在部分二倍体条件下：在部分二倍体条件下：lacIlacI+对对对对lacIlacI-为为为为显性显性显性显性，其作用无顺反位置效应。，其作用无顺反位置效应。，其作用无顺反位置效应。，其作用无顺反位置效应。
20、lacIlacIs s对对对对lacIlacI+及及及及lacIlacI-均为均为均为均为显性显性显性显性。lacOlacOc c对对对对lacOlacO+为为为为显性显性显性显性，但其显性效应只对处于同一染色，但其显性效应只对处于同一染色，但其显性效应只对处于同一染色，但其显性效应只对处于同一染色体上它所调控的基因才起作用。为体上它所调控的基因才起作用。为体上它所调控的基因才起作用。为体上它所调控的基因才起作用。为顺式显性顺式显性顺式显性顺式显性。I IP OP OZ ZY YA A第27页，本讲稿共34页第28页，本讲稿共34页第29页，本讲稿共34页诱导诱导不不诱导诱导ZYZYI+O+Z
21、+Y+I+O+Z-Y+I+O+Z+Y-I-O+Z+Y+I+OcZ+Y+I+OcZ+Y-+-+-+-+-+-I+OcZ+Y-I-O+Z-Y+I-OcZ+Y-I+O+Z-Y+I+O+Z+Y-I-OcZ-Y+-+第30页，本讲稿共34页大大肠肠杆菌杆菌lac操操纵纵子的操子的操纵纵基因恒定型基因恒定型单单倍体和局部倍体和局部双倍体中双倍体中酶酶的合成的合成 （王（王亚亚馥，馥，240）诱导诱导不不诱导诱导ZYAZYA12345O+Z+Y+OcZ+Y+O+Z+Y+/FOcZ+Y+O+Z+Y+/FOcZ+Y-O+Z+Y-/FOcZ-Y+1001102502501001001003001202501001003001202500.125757511257517512575175第31页，本讲稿共34页11第32页，本讲稿共34页第33页，本讲稿共34页TnpATnpAIRIRTnpRTnpR-Lac-Lac中间分离区中间分离区中间分离区中间分离区Tn3Tn3系转位子的形体图系转位子的形体图系转位子的形体图系转位子的形体图第34页，本讲稿共34页