第二十三章重组和转座

转座酶结合在 Tn 两端 转座子末端被交错剪切 + 另一条链也被切 受体也被交错切割 图 23-42 交换结构经剪切释放 供体被释放 Tn 连接到靶上 后导致非复制型转座子插入到靶 DNA 中，DR 包在两侧，供体留 下了一个双链缺口。 图 23-43 Tn 的两条链先后被切割，然后转座子与切开 的靶位点连接。 u复制型转座模型解释了u(1) 复制性转座在转座后原来的位置上保留原 有的Tn；u(2) 在新位置上转座子的两端出现正向重复靶 序列；u(3)转座过程中出现共合体。六非复制型转座六非复制型转座七七Tn10的转座具有多项控制的转座具有多项控制u 1.“ 多拷贝抑制多拷贝抑制”（multicopy inhibition） （1）Pout 比比 Pin强得多；强得多； (2) OUT RNA比比IN RNA较为稳定。较为稳定。 (3) OUT RNA的功能是作为一种反义的功能是作为一种反义RNA， u 2. 顺式优先顺式优先(Cis-Preference)u 3dam甲基化甲基化 减少转座频率减少转座频率 把转座和复制叉的途径连系起来。把转座和复制叉的途径连系起来。 转座酶 Tn10 IS10R 宿主DNA OUT IN 过量的OUTRNA 与其配对，抑制 甲基化阻止转录酶和DNA结合 INRNA 的转录 甲基化阻止转录酶合成 图23- 46 几种抑制Tn10 专座的机制，主要是通过控专座酶的合成来调节 第七节第七节 真核生物的转座因子真核生物的转座因子 一、玉米中的控制因子一、玉米中的控制因子 u 1938年Marcus Rhoades首次发现不稳定突变等不稳定突变等位基因位基因（unstable mutant allele），即一种回复突变率很高的等位基因。不稳定是取决于不连锁的Dt基因的存在。McClintock。19401950描述了大量的控制因子 A1 A1 dt dt 双突变 A1 a1 Dt dt 自交 9/16 3/16 3/16 1/16 A1-D1- A1- dt dt a1a1Dt- a1a1d1d1 图 23-47 玉米花斑表型的遗传学解释。A1: 控制色素形成Dt: 控制产生斑点 Marcus Rhoades分析了一种墨西哥玉米的穗，此穗来自于一种籽粒有颜色的纯种自花受粉的玉米，但它在后代中表现出一种意外的双因子杂种修饰性孟德尔分离比 原来的品系可能为A1A1dtdt，突变后产生A1a1Dtdt的植物，自交产生了上述比例。 产生斑点的一种可能是在体细胞中产生了回复突变a1A1,但大量的斑点需要很高频率的回复突变。Rhoades能在a1a1Dt_（花斑）特殊无性种植物的花中找到相应的花药，其花粉应携带回复突变产生色素的基因型，而他用这些花粉与a1a1的植株测交， 结果有的后代完全是有颜色的。表明在亲本中每个斑点实际上是回复突变的。 u 这样a1成为首次发现的不稳定突变等位不稳定突变等位基因基因（unstable mutant allele）的例子。即一种回复突变率很高的等位基因。然而这种等位基因的不稳定是取决于不连锁的Dt基因的存在。一旦回复突变的发生，它们就变得稳定了；即Dt基因能离开A1基因，这时A1表型不再改变。这样a1表型是由一个缺陷型的转座因子的插入而产生也就顺理成章了（缺陷的转座因子自己并不能移动）。Dt的缺乏使得表型保持稳定。叶片的花斑表型Phoades将基因型a1/a1;Dt/-的玉米发芽，检测它们是否带有在各组织中产生色素斑的基因CACTACCAAGAAAA TTTTCTTGTAGTG 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ORF1 ORF2 转录 Spm-w-8011 dSpm-7995 dSpm-799 dSpm-8004图 23-54 Spm/En 有两个基因，tnpA 有 11 个外显子转录成 2500b 拼接 mRNA。tnpB 含有 6kbmRNA,含 2 个读框。(仿 B.Lewin:GENES ,1997, Fig.18.24) 二二.果蝇中的果蝇中的P因子因子“ 杂种不育杂种不育”（hybrid dysgenesis）。）。P型型（父本贡献的，（父本贡献的，paternal contributing）M型型（母本贡献的，（母本贡献的，maternal contributing）M（）（）P（）（） 后代不育后代不育P（）（）M（）（） 后代可育。后代可育。 有 P 因子转座 P 品系 (PP) 雄性染色体 雌性染色体 P 细胞型 阻遏物 P 因子 P 因子 66KD 阻遏物 抑制所 ORF0 ORF1 ORF2 ORF3 ORF0 ORF1 ORF2 ORF3 66K PM 雄性染色体 雌性染色体 P 细胞型 P 因 子 P 因子 合成转 ORF0 ORF1 ORF2 ORF3 座 酶 87K 杂种不育 MP 雄性染色体 雌性染色体 P 细胞型 阻遏物 无 P 因子 P 因子 66KD 阻遏物 抑制所 ORF0 ORF1 ORF2 ORF3 66K 有 P 因 子转座 图 23-57 杂种不育取决于基因组中 P 因子和不同类型细胞中 66KD 阻遏物的相互作用。 (仿 B.Lewin:GENES ,1997, Fig.18.27)第八节第八节 反转录病毒和反转录子反转录病毒和反转录子u一反转录病毒（反转录病毒（retroviruses） u(一) 反转录病毒的生活史u 反转录子反转录子（retroposons）u 反转录转座子反转录转座子（retrotransposons）u 1. 反转录病毒基因组的结构与功能u 2. 反转录病毒的整合模型 u 3. 反转录病毒可转录细胞的序列u二酵母的二酵母的Ty因子因子（transponson yeast） 艾兹病病毒艾滋病毒的基因结构 vpr rev rev gag vif tat vpu tat nefLTR pol env LTR LTR 长末端重复序列 gag 核心蛋白，反转录酶 pol 蛋白酶 vif 感染因子 vpr,vpu 复制因子 tat 反式激活因子 rev(art抗阻遏翻译基因活化, trs trans regulator of splicing ) 调节因子 env 衣壳蛋白 nef(3orf) negative factor 抑制复制模板 10-80 80-100 终止密码子 170-1350 R U5 gag gag polpol env env U3 R 2000 2900 1800 转录mRNA 帽子- -An 翻译 剪接，产生亚基因组 RNA前体蛋白 帽子- -An 翻译 翻译 加工 前体蛋白 核心蛋白的成分前体蛋白 加工 加工 反转录酶 内切酶 蛋白水解酶 病毒外壳蛋白的成分 图 23-60 前病毒的转录，翻译和加工，产生多种蛋白。 反转录病毒RNA的末端是正向重复序列。反转录病毒线型DNA的末端是LTRs,整合到宿主DNA中时，两端各丢失了2 bp 在反转录中通过模板转换产生负链DNAR U5 U3 RR U5R U5 U3 R U3 RR U5 U5 U3 R U5 正链DNA的合成需要第二次跳跃 U3 R U3 R U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5R U5R U5 U5 U5 U5 U5 U5 U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5 U3 R U5反转录病毒整合入宿主DNA中的分子机制，其本质是转座整合酶在 LTR 的 3端 产生 2b 的缺口 整合酶在靶 DNA 上进行交错切割 5 35 3 3 53 5 3 3整合酶将 LTR 缺口的 3端和靶 DNA 交错切口的 5端连接起 图 23-64 整合酶催化反转录病毒的 DNA 整合到宿主的基因组中。 缺陷型病毒 R U5 gag v-onc U3 R 翻译 助病毒 R U5 gag pol env U3 R 翻译 助病毒的蛋白能使缺陷型 图 23-65 助病毒的产物可供缺陷型病毒复制(仿 B.Lewin:GENES ,1997, Fig.19.9) 前病毒 c-onc 基因 前病毒 LTR gag pol env LTR 外显子 内含子 外显子 LTR gag pol env LTR 外显子 转录 剪接 转录 包装到病毒中 RNA 重组图 23-66 复制-缺陷病毒产生的途径。Ty因子与反转录病毒有4点相似（1） 看作是一个由U3-R-U5组成的LTR（2）转座是由Ty因子内的基因控制的。 (3) 虽然Ty因子不产生感染颗粒，但在经诱导发生转座的细胞中存在着Ty病毒样病毒样颗粒颗粒（VLPs,Virus-like particles） (4) 仅有某些Ty因子在任何酵母基因组中都有活性；大部分没有转座能力，此和惰性的内源性前病毒相似。 TyA TyB 5.7 kb RNA 5.0 kb RNA TyA 蛋白 移码 TyA-B 蛋白 图 23-68 Ty 因子末端有短的顺向重复顺序，Ty 转录两个重叠的 RNAs。 它们含有两个阅读框，相当于反转录病毒的 gag 和 pol 基因 三果蝇中的反转录子三果蝇中的反转录子 copia反转录子 FB家族 P因子 四两类反转录子四两类反转录子 病毒超家族病毒超家族（vira superfamivly） 非病毒超家族非病毒超家族（nonviral suberfamily）。 表 23-7 反转录子分为病毒超家族和非病毒超家族病毒超家族非病毒超家族Ty(酵母)SINES B1/Alu(哺乳动物)Copia(果蝇)Pol 转录的加工假基因共同类型LINES L1(哺乳动物)末端长末端重复序列无末端重复序列靶重复序列46 bp712bp阅读框反转录酶和/或整合酶无（不编码和转座有关的蛋白）组成可含内含子(在亚基因组mRNA 中被切除)无内含子 BLewin: GENES.1997,Table 19.1 DR 5146bp DR Copia 20-60 拷贝 IR 5005000bp FB 长的 IR 2900bp P 短的 IR 0 或50 拷贝 图 23-71 黑腹果蝇中的 3 种转座因子具有不同的结构 (仿 B.Lewin:GENES ,1997, Fig.19.14) LTR LTR 反转录病毒 gag pol int env gag int pol Ty TyA TyB LTR gag int pol LTRCopia ORF pol L1 ORF1 ORF2 图 23-72 病毒家族的反转录子末端有重复顺序内部有 开放读框无LTR的反转录转座子通过切开靶位点双链，提供了引物末端。反转录转座子作为模板合成cDNA 假基因可能由RNA反转录成 DNA双链，再整合到基因组中