转座子

2009/06/15 02:52:36

转座子是细菌细胞里发现的一种复合型转座因子，这种转座因子带有同转座无关的一些基因，如抗药性基因；它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这种复合型的转座因子称为转座子(transposon，Tn)。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。Tn两端的IS有的是完全相同的，有的则有差别。当两端的IS完全相同时，每一个IS都可使转座子转座；当两端是不同的IS时，则转座子的转座取决于其中的一个IS。Tn有抗生素的抗性基因，Tn很容易从细菌染色体转座到噬菌体基因组或是接合型的质粒。因此，Tn可以很快地传播到其他细菌细胞，这是自然界中细菌产生抗药性的重要来源。

两个相邻的IS可以使处于它们中间的DNA移动，同时也可制造出新的转座子。Tn10的两端是两个取向相反的IS1O，中间有抗四环素的抗性基因(TetR)，当TnlO整合在一个环状DNA分子中间时，就可以产生新的转座子。当转座子转座插人宿主DNA时，在插入处产生正向重复序列，其过程是这样的：先是在靶DNA插入处产生交错的切口，使靶DNA产生两个突出的单链末端，然后转座子同单链连接，留下的缺口补平，最后就在转座子插入处生成了宿主DNA的正向重复。已知的转座因子的转座途径有两种：复制转座和非复制转座。

1．复制转座(replicative transposition) 转座因子在转座期间先复制一份拷贝，而后拷贝转座到新的位置，在原先的位置上仍然保留原来的转座因子。复制转座有转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)的参与。转座酶作用于原来的转座因子的末端，解离酶则作用于复制的拷贝。TnA是复制转座的例子。

2．非复制转座(non-replicative transposition) 转座因子直接从原来位置上转座插入新的位置，并留在插入位置上，这种转座只需转座酶的作用。非复制转座的结果是在原来的位置上丢失了转座因子，而在插入位置上增加了转座因子。这可造成表型的变化。

保留转座(conservative transposition)也是非复制转座的一种类型。其特点是转座因子的切离和插人类似于入噬菌体的整合作用，所用的转座酶也是属于入整合酶(integrase)家族。出现这种转座的转座因子都比较大，而且转座的往往不只是转座因子自身，而是连同宿主的一部分DNA一起转座。非复制转座可以是直接从供体分子的转座子两端产生双链断裂，使整个转座子释放出来，然后在受体分子上产生的交错接口处插入，这是“切割与黏接”(“cut and paste”)的方式。另一种方式是在转座子分子同受体分子之间形成一种交换结构(crossover structure)，受体分子上产生交错的单链缺口，与酶切后产生的转座子单链游离末端连接，并在插入位点上产生正向重复序列；最后，由此生成的交换结构经产生缺口(nick)而使转座子转座在受体分子。供体DNA分子上留下双链断裂，结果或是供体分子被降解，或是被DNA修复系统识别而得到修复。

在复制转座过程中，转座和切离是两个独立事件。先是由转座酶分别切割转座子的供体和受体DNA分子。转座子的末端与受体DNA分子连接，并将转座子复制一份拷贝，由此生成的中间体即共整合体(cointegrat，)有转座子的两份拷贝。然后在转座子的两份拷贝间发生类似同源重组的反应，在解离酶的作用下，供体分子同受体分子分开，并且各带一份转座子拷贝。同时受体分子的靶位点序列也重复了一份拷贝。

酵母接合型的相互转换也是复制转座所产生。酿酒酵母(Saccharomvcescerf—visiae)的生命周期中有双倍体细胞和单倍体细胞两种类型。单倍体细胞则有a型和α型两种接合型(mating type)。单倍体酵母是a型还是α型，由单个基因座MAT所决定。MAT有一对等位基因MAT。和MATα，在同宗接合(homothallic)的酵母菌株中，酵母菌十分频繁地转换其接合型，即从a转换成α，然后在下一代又转换为a。这种转换和回复的频率已远远高于通常的自发突变，表明这不是通常的突变机制。现在已经知道，在MAT基因座两侧有两个基因带有MATα和ATα的拷贝，这就是HMLα和HMRα基因。这两个基因贮存了两种接合型等位基因，当转座给MAT基因座时就发生了接合型的转换。因此，MAT基因座是通过转座而转换其接合型的。MAT基因座的序列转换成另一个基因的序列，这种机制称为基因转换(gene convertion)。

转座子标签技术

用转座子作探针克隆出突变基因，再用突变基因做探针，从野生型个体中分离并克隆出野生型基因

转座子标签技术克隆基因的基本原理：

转座子是染色体上一段可移动的DNA片段，它可从染色体的一个位置跳到另一个位置。当转座子跳跃而插入到某个功能基因时，就会引起该基因的失活，并诱导产生突变型，而当转座子再次转座或切离这一位点时，失活基因的功能又可得一恢复。遗传分析可确定某基因的突变是否由转座子引起。由转座子引起的突变便可以转座子DNA为探针，从突变株的基因组文库中钓出含该转座子的DNA片段，并获得含有部分突变株DNA序列的克隆，进而以该DNA为探针，筛选野生型的基因组文库，最终得到完整的基因。

转座子标签法不但可以通过上述转座突变分离基因，而且当转座子作为外源基因通过农杆菌介导等方法导入植物时，还会由于T-DNA整合到染色体中引起插入突变，并进而分离基因，因此大大提高了分离基因的效率。转座子标签法的主要步骤是：（1）采取农杆菌介导等适当的转化方法把转座子导入目标生物体，（2）转座子在目标生物体内的初步定位，（3）转座子插入突变的鉴定及分离，（4）转座子在目标生物体内的活动性能检测，（5）对转座子插入引起的突变体，利用转座子序列作探针，分离克隆目的基因。

年细胞遗传学家McClintock首先在玉米中发现了可自主移动的DNA片段，并命名为转座子，后来又陆续在细菌、酵母、果蝇、金鱼草和拟南芥等其他植物中发现了内源转座子。说明转座子广泛存在于从原核细菌到真核的高等动植株的细胞中。转座子分为两类：逆转座子（Ⅰ类因子）和转座子（Ⅱ类因子）。逆转座子首先在动物和酵母菌基因组中发现，但最近几年来许多证据表明它们几乎存在于苔藓、石松、蕨类、裸子植物和被子植物等所有植物的基因组中，并且是植物基因组中一个很大的组成部分。逆转座子的增殖以RNA为中介，且拷贝数较多。研究表明，逆转座子在很大程度上是侵略性的，通常情况下逆转座子被严格控制，但在胁迫条件下，逆转座子可被激活。果蝇和酵母的逆转座子在正常的生命周期中就具活性，烟草逆转座子Tntl也可在拟南芥中转座；1999年Sato等人利用Hirchick建立的水稻逆转座子Tos17基因敲除体系分离了6个水稻knl-型同源异型框基因，发现了引起水稻植株矮化的突变基因OSH15。Ⅱ类因子（即通常所说的转座子）只通过由DNA到DNA的方式增殖，包括细菌的插入序列（insertion sequence）；复合转座成分(composite transopson)；Tn转座家族（Tn family）；可转移噬体（transposable phages）；酵母的Ty（transposable element in yeast）；果蝇的copia等转座子成分及高等植物的转座子。目前研究得比较清楚且应用较多的是玉米的Ac/Ds、Spm/dSpm和金鱼草的Tam3转座子。植物的转座子，其结构类似于细菌的复合成分，以Ac/Ds为例，Ac全长4.5kb，两端为11bp反向重复序列，Ds的大小为0.4-4kb，一般认为Ds是Ac缺失的结果，Ac单独存在便可引起突变，但变异不稳定，Ds在有Ac存在的条件下，才会引起插入突变。

转座子对大多数物种基因组结构的冲击已经勿庸置疑，但对于是否改变邻近基因的表达还不是十分清楚。转座子在某些逆境环境下会被重新激活，获得转录活性。Kashkush et al.通过分析异源多倍体小麦中的一类反转座子-Wis 2-1A，能够改变与其毗邻的基因表达。由于Wis 2-1A转座子的LTRs内的启动子具有转录活性，在转录激活的过程中发生通读（readout）――并排除了这种通读是由重组造成――连带毗邻的基因一同转录（反义或同义表达）。又因为LTRs常位于基因的3’UTR末端，因此连带的反义转录居多。作者从360个转录本中发现了26个这样的嵌合转录（chimeric transcript），纯化测序了其中22个，其中有一个嵌合转录本为推定的反转座子（Wis33）。作者认为这种基因与反转座子转录本混杂会影响寄主基因的表达模式，经过选择压力，淘汰那些对寄主基因有害的嵌合表达，同时又对寄主基因组结构产生影响。

Kashkush K et al. Natrue Genetics，2003，33：102-106.

转座子(transposon）

转座因子或转座子是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。

一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子，可分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。

转座子（Transposon），又名跳跃基因（jumping gene）是一类DNA序列，它们能够在基因组中通过转录和逆转录，或在内切酶（Nuclease）的作用下，在其他基因位上出现。转座子的这种行为，与假基因（Pseudogene）的出现颇有相似甚至相同之处。有些科学家将后者视为“基因化石”，是透视物种进化的痕迹之一Gerstein M.; Zheng D.: The real life of Pseudigenes; Scientific American 2006.08。转座子的发现，证明了基因组并不是一个静态的集合，而是一个不断在改变自身构成的动态有机体。根据转座子“跳跃”方式的不同，转座子被分为I型和II型转座子。

I型转座子

I型转座子转座中间体是RNA。I型转座子又被称为逆元件（Retroelement）。该型转座子会先被转录]为RNA，然后该RNA被逆转录，再次成为DNA，才被插入到目标位点中。

II型转座子

相比起I型转座子的“复制后粘贴”，II型转座子的转座行为就是“剪切后粘贴”。II型转座中间体是DNA，其实就是它本身。因此II型转座子又被称为不复制转座子。这类型的转座子在结构上有其特点。首先是转座子序列的两端，是两段直接重复序列（direct repeat，简称dR），与它们接壤的是反向重复序列（invert repeat，简为iR），就是所谓的“回文”序列。然后才是中间的插入序列（Insertsequence，简为IS）。

转座子与假基因

只要考察一下某些假基因的出现过程，就会发现转座子与假基因的出现颇有相似相同之处。假基因是一类本来正常，但后来因为突变或转座，而可能失去了原来功能的基因。说是可能，因为目前的一些研究发现，在环境压力下，某些假基因可以重新被激活，而某些假基因则有着调控基因表达的作用。可总结为“假作真时真亦假”。它们与原来的基因可能很相似，但又可以有很大差异，例如DPRX基因有7组假基因，DPRXP4（就是说DPRX的第四假基因）与原基因经过比对（Alignment），存在95%的相似序列。