DNA 的转座（ DNA transposition ）

11 、转座成分概述、转座成分概述

1 ）转座子 ( 元 ) 或转座元件 (transposon or transposable element):

即能够反复插入到基因中许多位点的特殊 DNA 片段，它们可从一个位点转移到另一个位点，从一个复制子到另一个复制子。（在转移时原来位置上的这些结构依然存在或不存在）。

2 ）特点： ♣ 不必借助同源序列就可移动的 DNA 片段，即转座作 用与供体和受体之间的序列无关。 ♣ 原核生物和真核生物均有转座子。

♣ 转座序列可沿染色体移动，甚至在不同染色体间跳 跃。

3 ）种类与特点

（（ 11 ） ） 两种类型： 两种类型： AA 简单转座子（简单转座子（ simple transposonsimple transposon ）） 或（插入序列 或（插入序列 insertion sequence IS insertion sequence IS ）） BB 复合转座子（复合转座子（ composite transposoncomposite transposon ））

（ 22 ） ） 特征： 特征：

aa ）两端有）两端有 2020 ～～ 40bp40bp 的反向重复序列的反向重复序列 (IR)(IR)

bb ）具有编码转座酶（）具有编码转座酶（ transposasetransposase ）的基因）的基因

cc ）复合转座子除转座酶基因外还有）复合转座子除转座酶基因外还有 1—1— 数个基数个基

因。因。

dd ）转座酶催化转座子插入新位点。）转座酶催化转座子插入新位点。

A 插入序列

♣ 最简单，是细菌染色体、质粒和某些噬菌体的正常组分，是一个自主的单位，每种 IS 均编码自身转座所需的蛋白质。

♣ 命名： IS ＋编号（鉴定类型） 长度 700 ～ 2000bp

• 每种 IS 元件具有不同序列，但有共同的组织形式

插入序列插入序列 IS1IS1 的结构的结构

B 复合转座子♣ 表示法：通常以 Tn 和后面加上数码表示， 如 Tn903 。♣ 结构 : a. 除有转座酶基因外还有其它表型基因， 如：抗药基因，使宿主具表性效应。

b. 两侧有重复序列。c. 有的转座子的重复顺序就是 IS 。

♣ 功能：和 IS 一样可以从一个位点转座到另一个位点。

Tn1681

大肠杆菌热稳定毒素 I 基因

552 bp

IR IR IR IR

复合转座子结构示意图

IS1

IS1

a) Tn / TnA family

具有 IR 、转座酶基因、 调节基因（解离酶）、

抗抗生素基因

2.5 kb 20 kb

Tn3 IR TnpA TnpR AmpR IR

38bp 38bp 转座酶 regulator β- 内酰胺酶

♣♣ 两种类型

b ）两端重复序列为 IS 的复合转座子

e.g. IS 插入到功能基因两端，可能形成复合转座因子

其两翼往往是两个相同或高度同源的其两翼往往是两个相同或高度同源的 ISIS 序列，序列，表明表明 ISIS 序列插入到某个功能基因两端时就可能产生序列插入到某个功能基因两端时就可能产生复合转座子。一旦形成复合转座子，复合转座子。一旦形成复合转座子， ISIS 序列就不能序列就不能再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为复合体移动。复合体移动。

IS

IS IS

IS L IS R

臂 中心区 臂

transposition

♣♣ 当两个 IS 组件相同时，其中任一个都可行使转座功能

♣♣ 不同时，主要依不同时，主要依靠一个靠一个

♣♣ 两侧的 IS 既可以是 IR ，又可以是 DR

状态（ IR 多）

2 、转座噬菌体 Mu phage （巨型转座子 ）

C repressor for A, B

B 33 kd 与转座有关A 70 kd 转座酶U, S 毒性蛋白attL, attR 与寄主同源，反向重复，转座必需 Gin G 区倒位酶

G 倒位区 38kb

att L C A B S U att R

150bp 1.5kb

P gin

以 E.coli 为寄主的温和型噬菌体（溶源、裂解）

Mu 的插入途径

a ） 侵入的 Mu 在溶源化过程中任意插入寄 DN

A

b ） 进入裂解生长后，复制产生后代 Mu DNA

几乎全部插入寄主 DNA

中，并可继续转座（形成寄主 DNA 和 Mu 的共合体），噬菌体成熟时，切段共合体包装

1 ）转座的一般模式

3 、转座子的转作机制与模式

转座子插到新的位点上，靶转座子插到新的位点上，靶 DNADNA 上产生交错切口，上产生交错切口，所形成的单链末端与转座子两端的反向重复序列相连，所形成的单链末端与转座子两端的反向重复序列相连，由由 DNADNA 聚合酶填补缺口，聚合酶填补缺口， DNADNA 连接酶封闭切口。连接酶封闭切口。

转座结束后，靶转座结束后，靶 DNADNA发生一个整向重复序列。发生一个整向重复序列。

2 ）复制型转座模式（ replicative transposition ）

转座子作为可移动的元件被复制，一个拷贝保留在供转座子作为可移动的元件被复制，一个拷贝保留在供体原来的部位不变；另一个拷贝则插入到受体的位点上，体原来的部位不变；另一个拷贝则插入到受体的位点上，结果供体和受体都有一个转座子的拷贝。结果供体和受体都有一个转座子的拷贝。

需两种酶：需两种酶：转座酶转座酶 (transposase)(transposase) ：：作用于靶位点和原来转座子两作用于靶位点和原来转座子两端。端。解离酶解离酶 (resolvase)(resolvase) ：：作用于复制后的拷贝。作用于复制后的拷贝。

过程

a) a) 共合体形成共合体形成 切口－连接－复制切口－连接－复制

b) 拆分

靶位点的 DR 形成

33 ） 非复制型转座（） 非复制型转座（ nonreplicative transposition)nonreplicative transposition)

转座子从供体一个位点转移到受体新位点处，供体转座子从供体一个位点转移到受体新位点处，供体位点留下缺口，受到损伤（严重时致死）或宿主修复系位点留下缺口，受到损伤（严重时致死）或宿主修复系统识别修复。统识别修复。

只需只需转座酶转座酶

4 ） 保守型复制（ conservative transpositionJ)

另一种非另一种非复制型。复制型。与与 λλ整合机制相似整合机制相似其转座酶与其转座酶与 λλ整合酶家族有整合酶家族有关。关。

5 ） TnA 转座模式♣♣ 复制型转座 转座酶 (tnpA) 、 解离酶 (tnpR)

♣♣ 解离酶需要特异的内部位点 双重功能：解离功能 tnpA及自身的阻遏物

♣♣ 拆分位点 – res 共合体拆分位点

♣♣ 转座结果产生 5bp

的正向重复序列

a) 不依赖供体序列与靶位点间序列的同源性

b) 转座不是简单的转移，涉及转座子的复制

Hotspots ( 热点 )

Regional preference ( 在 3kb 区域内的随机插入 )

d) 某些转座因子（ Tn3 ）对同类转座因子的插入具有排他性

（免疫性）

e) 靶序列在转座因子两侧会形成正向重复

f) 转座因子的切除与转座将产生复杂的遗传学效应

●● 转座的特点转座的特点

c) 转座插入的靶位点并非完全随机（插入专一型）

4、转座子转座频率的调控

♥ 每个转座子控制自身转座的核心 ----控制转座酶的水平 不到一个转座酶分子／世代／细胞

1 ）、 Tn10 转座机制

♥ Tn10 为复合型转座子

♥ IS10R 元件提供转座酶活性 ----- 合成转座酶的序列

♥ 自发转座频率 ---10 － 7

♥ Tn10 转座酶水平是控制转座的关键

♥ 有两种控制转座的方式

a ） 通过反义 RNA 的翻译水平控制♥♥ IS10RIS10R 外侧边缘两个启动子外侧边缘两个启动子

♥♥ PPININ 控制控制 IS10RIS10R 的转录的转录

－－弱启动子－－弱启动子♥♥ PPOUTOUT ：强启动子：强启动子

向右转录宿主向右转录宿主 DNADNA

♥♥ INRNAINRNA 和和 OUTRNAOUTRNA

有有 36bp36bp 的重叠的重叠 稳定性：稳定性： OUTRNAOUTRNA››››INRNAINRNA

♥♥ 大量大量 OUTRNAOUTRNA 作为作为 INRNAINRNA 的反义的反义 RNARNA

b ） 甲基化作用控制转座酶合成及其与 DNA 的结合

♥♥ Tn10Tn10 转座酶启动子含有转座酶启动子含有 GATCGATC 序列（其它转座子）序列（其它转座子）

♥♥ E.coliE.coli 中中 DamDam甲基化酶甲基化酶 作用使启动子相对钝化作用使启动子相对钝化 只能利用刚刚复制完成只能利用刚刚复制完成 时出现少数转座酶时出现少数转座酶

♥♥ IS10RIS10R 的末端的末端 IRIR 也含有也含有 GATCGATC ，， 甲基化的甲基化的 GATCGATC 不能不能 结合转座酶结合转座酶

♥♥ Tn10Tn10 在在 DNADNA 刚刚刚刚 复制后发生转座复制后发生转座

55 、、转座子的某些遗传学效应转座子的某些遗传学效应

①① 转座引起插入突变转座引起插入突变 ;;ISIS 、、 Tn Tn 和 和 Mu Mu 噬菌体都可能引起插入突变。噬菌体都可能引起插入突变。插入位点若在一个顺反子（插入位点若在一个顺反子（ cistron)cistron) 的前端的前端功能基因功能基因中，可能造成中，可能造成极性突变极性突变（移码或终止密码突变）。（移码或终止密码突变）。

指减低蛋白质合成速度的基因突变

② 造成插入位点靶 DNA 的少量碱基对重复IS1 、 Tn10 ： 造成 9bp 的重复。

IS3 ： 造成 3 或 4bp 的重复。 IS4 ： 造成 11bp 的重复。

③ ③ 插入位点出现新基因 复合转座子带有抗性基因（如抗药性基因 amp

c) ，可产生两方面效应：一个基因的插入突变；出现抗药基因。

④ 引起染色体畸变 在一个染色体上（甚至不同染色体上）若有同一转座子的两个拷贝，其提供的相同重组位点，可导致缺失、倒位、插入。

方向相同：产生缺失。 方向相反：发生倒位。

⑤ 转座引起的生物进化

通过转座子介导的姐妹染色单体间的染色体内异位交换

⑥⑥ 切除效应切除效应

指转座子从原来位置上消失。指转座子从原来位置上消失。准确切除：使原插入发生恢复突变。准确切除：使原插入发生恢复突变。不准确切除：留下转座子残迹，产生插入突变，但不准确切除：留下转座子残迹，产生插入突变，但转座子标志消失。转座子标志消失。

转座子切离所造成的序列变异

⑦外显子改组

当二个转座子被同一转座酶识别而整合到染色体的邻近位置时，则位于它们之间的序列有可能被转座酶作用而转座，如果这 DNA 序列中含有外显子，则被切离并可能插入另一基因中，这种效应称为外显子改组 (exon shufflin

g)( 图 ) 。

外显子改组将导致基因组中新基因的产生。

双转座子插入所引起的外显子改组示意图

（ 1 ） 可使原来相距较远的基因组合在一起，形成一个操纵子。（ 2 ） 产生一个新蛋白，把原来两段分离的 DNA 序列连在一 起。（ 3 ） 启动子部位的插入可使基因打开或关闭。（ 4 ）过多转座（频率过高）对细胞不利，细胞在长期进化中形成 了一些不利于转座的代谢途径，可与转座过程平衡。（ 5 ） 转座基因插入时，大多数受体基因均被钝化，但也有基因被 激活。（这是因为转座子有自己的启动子，在使转位酶转录 的同时，也可使相邻基因转录）。

6、转座子效应的意义

7 、真核生物的转座成分

a) 转座机制与细菌的转座子类似 遗传信息： DNA→DNA

♥ 玉米的 Ac-Ds元件、果蝇的 P元件和 FB 元件等

b) 转作机制类似逆转录病毒 遗传信息： RNA→DNA→RNA

♥ 如：逆转录病毒、果蝇的 Copia元件、酵母的 Ty 元件

根据转座机制目前分为两类：

Ac 和 Ds 这两个因子都位于玉米的第九号染色体短臂，在色素基因 C

的附近。

Ac 因子全长 4.5kb ，有 5 个外显子，其产物是转座酶。 Ac 因子两端是长 11bp 的反向重复序列 (IR)；

Ds 因子长 0.4-4kb ，它的中间 ( 在转座酶基因中 ) 有许多种长度不等的缺失 , 如 Ds9 只缺失 194bp ，而 Ds6则缺失 2.5kb ， Ds 的两端也都有 11bp 的反向重复序列。

Ac 和 Ds 的末端反向重复几乎是一样的，只有一个不同之处： Ac 两端最外边的核苷酸是彼此不互补的 T:G ，而 Ds 是互补的 T:A( 图 ) 。

　 Ac-Ds 转座元件结构示意图。右边示 Ac及 Ds 元件的单链 DNA 末端反向重复配对所形成的茎环结构，这种结构可能对转座有意义

由于缺失转座酶， Ds 因子不能自主移动，因此 Ds 因子是非自主移动的受体因子 (dissociator) ，而 Ac则为自主移动的调节因子 (activator ) ， Ds 的转座依赖于 Ac 元件的存在。

Ac 、 Ds 的转座属于非复制机制，即不是复制一份拷

贝后将拷贝转移，而是直接从原来位置消失。

玉米转座因子对胚乳颜色的影响

　 果蝇的 P 因子有两种类型，一类是全长 P 因子，长 29

07bp ，两端有 33bp 的反向重复序列 (IR) ，有 4 个外显子(4 个 ORF) ，编码转座酶 ( 图 )；另一类为缺失型 P 因子，它不能编码转座酶，它的转座依赖于全长 P 因子。缺失型P 因子都是由活性 P 因子的中段缺失衍生而来的，长度从500bp 到 1400bp 不等。

不带有 P 因子的品系称为 M品系，带有 P 因子的品系称为 P品系。

P 因子的转座也属于非复制型。

果蝇 P 因子的结构

果蝇杂种不育仅发生在 P♂ X M♀ 中

果蝇杂种不育取决于基因组中 P 因子和不同细胞型中阻遏蛋白的相互作用

Copia 因子是果蝇的一种反转录转座子 (retrotranspo

son 或 retroposon) ，所谓反转录转座子是指通过 RNA 为中介，反转录成 DNA 后进行转座的可动元件。

Copia 因子由于存在大量密切相关的编码高丰度 mRN

As 的序列而得名。

家族数量巨大，分布广泛。

　 Copia 因子全长 5000bp左右，两端各有 - 个相同的 276bP 的正向重复序列 (DR) ，每个正向重复序列本身的两端还各有一个反向重复序列 (IR) 。当 Copia 因子转座插入染色体时，在插入位点上产生 5bp 的正向重复序列。

Copia 因子的转录产物是 po1y(A)+mRNA ，它有两种形式，一种是完整全长的转录本，另一种是部分长度即截短的转录本，二者都有相同的 5' 末端。翻译产生的蛋白质可能参与 RNA 的剪接和多肽的切割。关于 Copia 因子转座的具体过程和细节目前还不十分清楚。

小结• DNA 的结构、复制• DNA 的损伤、修复• 转座