在当时,占统治地位的染色体遗传学理论 认为,生物细胞内的遗传物质比较稳定, 遗传基因以一定的顺序在染色体上作线 性排列,彼此之间的距离也非常稳定.常 规的交换和重组只发生在等位基因之间, 并不扰乱这种距离.除了在显微镜下可见 的,发生频率极为稀少的染色体倒位和相 互易位等畸变可以改变基因的位置外,人 们还从未认识到,也难以设想出基因会从 一处跳跃到另一处.
Barbara McClintock USA Cold Spring Harbor Laboratory Cold Spring Harbor, NY, USA 1902 - 1992
Barbara McClintock discovered the first mobile elements while doing classical genetic experiments in maize.
转座子标签法的主要步骤
（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;

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
转座作用的遗传学效应

① ② ③ ④
转座引起插入突变 转座产生新的基因 转座产生的染色体畸变 转座引起的生物进化.
转座子标签技术克隆基因的基本原理：

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




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
Barbara McClintock，在某些玉米籽粒 中发现了玉米色素显现着一些稀奇古怪 的模式.她观察到玉米籽粒颜色的遗传很 不稳定,有时籽粒上还出现一些斑斑点点. 她通过耐心的记录和仔细的分析,发现使 籽粒着色的色素基因是在某一特定代上" 接上"或"拉断"的.


1951年,在冷泉港生物学专题讨论会上,麦克林 托克递交了自己的学术论文,向科学界同行报 告了她的新理论.她提出遗传基因可以转移,能 从染色体的一个位置跳到另一个位置,甚至从 一条染色体跳到另一条染色体上.她把这种能 自发转移的遗传基因称为“转座因子” . “转 座因子”除了具有跳动的特性之外,还具有控 制其他基因开闭的作用,因此"转座因子"又可 叫做"控制因子". Ac/Ds转座系统

非复制转座


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
转座子插入突变克隆
1983年,美国遗传学家巴巴拉.麦克
林托克(B.McClintock)由于发现了 可移动的遗传物质,被授予诺贝尔医 学奖. 人们把B.McClintock的成就比之为 一百年前另一位伟大的遗传学家孟 德尔的成就.
转座子的发现
1951年美国冷泉港实验室的科学家 Barbara McClintock，首先发现的， 但没有被当时的其他学者所接受。
最简单的转座子不含有任何宿主基
因而常被称为插入序列(insertion sequence,IS),它们是细菌染色体或 质粒DNA的正常组成部分.一个细菌 细胞常带有少于10个IS序列.转座子 常常被定位到特定的基因中,造成该 基因突变.IS序列都是可以独立存在 的单元,带有介导自身移动的蛋白.

复合型的转座因子称为转座子(trans— poson，Tn)。这种转座因子带有同转座 无关的一些基因，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
转座作用的机制

转座时发生的插入作用有一个普遍的特征, 那就是受体分子中有一段很短的(3-12bp), 被称为靶序列的DNA会被复制,使插入的转座 子位于两个重复的靶序列之间.不同转座子 的靶序列长度不同,但对于一个特定的转座 子来说,它所复制的靶序列长度都是一样的, 如IS1两翼总有9个碱基对的靶序列,而Tn3两 端总有5bp的靶序列.
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。
非复制转座(non-replicative transposition)
直到1961年，Jacob和Monod的乳糖操纵模 型核控制理论发表之后， McClintock，的 “控制因子”假说才开始重新引起人们的注意。 之后，于60年代末，J.A.Shapiro 在研究大肠 杆菌高效突变时，首次，在细菌中发现了移动 基因。

值得庆幸的是,尽管麦克林托克采用了孟 德尔式的工作方式,利用了大体相同 的 实验材料(都是高等植物),得出了相同性 质的超时代发现,也遭受了大体相同的命 运,但她毕竟在晚年看到了自己理论的胜 利,并获得了科学界的最高奖励—— 诺 贝尔奖.
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。
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。

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。
Ac、Ds转座子作基因标签时遇到的问题

玉米的Ac/Ds转座子家族是研究较为深入的植 物转座子。
Ac、Ds转座子作基因标签时遇到的问题
1 Ac属于自主性转座子，自己能编码转位酶， 因此可直接用于基因标签。但是由于Ac能自由 地在基因组中转座，结果使转座产生的变异不 稳定，给确定和分析突变基因带来困难。 2 Ds属非自主性转座子，本身不能编码转位酶， 必须依靠Ac转座子产生的转位酶才能产生转座， 因此Ds只有和Ac联合使用才能做为基因标签。
复制转座Biblioteka 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。
常用植物转座子标签的转座子
名称 来源 Ac(Activator) 玉米 Ds(Dissociation) 玉米 Mu(Mutator) 玉米 Spm/En 玉米 Tam 金鱼草 dTphl 拟南芥 Tos17 水稻
类型 Ⅰ类自主型转座子 Ⅰ类非自主型转 Ⅰ类自主型转座子 Ⅰ类自主型转座子 Ⅰ类自主型转座子 Ⅰ类自主型转座子 反转录转座
转座作用的机制

转座可被分为复制性和非复制性两大类. 在复制性转座中,所移动和转位的是原转 座子的拷贝.转座酶(transposase)和解 离酶(resolvase)分别作用于原始转座子 和复制转座子.TnA类转座主要是这种形 式. 在非复制性转座中,原始转座子作为一个 可移动的实体直接被移位,IS序列,Mu及 Tn5等都以这种方式进行转座.

SG是一个产生紫色色素的结构基因,它附近的 一个控制因子Ds(称为离解因子或分化变异因 子)以一定的速率关闭SG,使玉米籽粒不能产生 紫色色素,而成为黄色.DS从SG附近跳开,SG所 受的控制作用即被解除,玉米籽粒又变成紫色. 而DS跳到远离AC处,或者AC本身跳开,DS即不受 AC的控制,它又可以发挥对结构基因SG的抑制 作用,使玉米籽粒成为黄色.这些控制因子跳动 得如此之快,使得受它们控制的颜色基因时关 时开,于是玉米籽粒便出现了斑斑点点.
转座子的分类
转座子可以分为两大类：
以DNA-DNA方式转座的转座子和反转
录转座子(retrotransposon)。 第二类转座子又称为返座元 (retroposon)〔
第一类转座子

第一类转座子可以通过DNA复制或直接切除两 种方式获得可移动片段，重新插入基因组DNA 中。根据转座的自主性，这类元件又可以分为 自主转座元件和非自主转座元件，前者本身能 够编码转座酶而进行转座，后者则需在自主元 件存在时方可转座，以玉米的Ac/Ds体系为例， Ac(Activator)属于自主元件， Ds(Dissociation)则是非自主元件，必需在Ac 元件存在下才能转座。
第二类转座子

第二类转座子又称为返座元 (retroposon)，是近年新发现的由RNA介 导转座的转座元件，它通过转录合成 mRNA,再逆转录合成新的元件整合到基因 组中完成转座，每转座1次拷贝数就会增 加1份，因此它是目前所知高等植物中数 量最大的一类可活动遗传成分。