细菌转座子的发现和转座因子被公认
1951年McClintock提出生物基因组中存在转座因子学说，但未被当时持基因在 染色体上具有固定位置的主流观点同行接受 20世纪60年代继P. A. Jacob 和L. Monod之后J. Shapiro ①发现由转导噬菌体λdgal＿引起的基因突变可恢复，但不能被核酸置换所回复， 因此不是一般的点突变和缺失造成的 ②运用密度梯度离心比较λdgal＿和λdgal＋， λdgal＿比λdgal＋密度大，并将两种 DNA变性和复性处理后进行电镜观察，发现双链分子中出现多余DNA环 由此证明λdgal＿突变是因一段称为转座因子的插入序列（insertion sequence） 造成的
ATGGGATCTTT TACCCTAGAAA
IR
AAAGATCCCAT TTTCTAGGGTA
IR
转座子两侧DR形成机制（Tn3）
转座子及其特点
①自主转座 ②除转座相关的基因外还含有抗性及其他基因 ③分子较大，2～25 kb,一般两端有相同的IR
某些Tn的IR便是已知的IS，带有IS的Tn称为复合转 座子（composite transposon），如Tn5、Tn10和 Tn903 不含IS称为简单转座子，如Tn3 有些没有IS的体积庞大转座子称为TnＡ家族
例如TnA转座子家族，其结构中两端有38 bp的 反向重复序列(IS)，中间有三个基因：编码β－内 酰胺酶的氨苄青霉素(ampicillin)抗性基因(ampr)、 转座酶基因(tnpA)和编码一种阻遏蛋白调节基因 (tnpR)，tnpR的产物抑制tnpA和其自身基因的 表达
res为内部解离位点(resolvation site)
有转座和复制相关的A、Ｂ基因，gin编 码转化酶（invertase），催化IR DNA链 的反向弯曲
❖ 转座因子的发现与分类 ❖ 原核生物中的转座因子 ❖ 真核生物中的转座因子 ❖ 转座作用的分子机制
❖ 转座因子的遗传学效应及应用
真核生物中的转座因子
酵母菌基因组中的转座子 果蝇基因组中的转座子 玉米基因组中的转座子 人类基因组中的转座子
C (color)
决定红色和紫色的 发生
R (red)
红色，以A、C为先 决条件
Pr (purple)
紫色，以A、C、R 为先决条件
I (inhibitor) 抑制C基因的作用
McClintock利用经典遗传学和细胞遗传学方法，跟踪和结
合最新分子遗传学研究理论，将控制玉米糊粉层颜色的5对 基因与所观察的玉米胚乳颜色（紫、白、白底紫斑）表型及 染色体断裂进行综合分析后提出：
发现花斑及不稳定现象
➢1914年 Emerson在 研究玉米果皮色素遗传 过程中，发现一种花斑 果皮的突变类型。
发生多次回复突变，产 生宽窄不同、红白相间 的花斑。花斑的产生在 于基因的不稳定性
➢1938年 Rhoades研究玉米籽
粒糊粉层色素遗传时，发现有色籽粒 纯种自交后代表现出一种意外的孟德 尔修饰分离比（类似显性上位），由 两对不连锁的基因控制，A1/a1控制色 素，Dt/dt控制斑点 有色：斑点：白色=12：3：1
精神与态度
方法与技术、复合转座因子及反转录转 座因子
2.按转座机制分类：直接转座、复制转座和反转录转座 3.按转座功能自主性分类：自主和非自主型转座因子 4.按照分子性质分类：DNA转座和反转录转座子 （以某段DNA序列作为转座成分及以RNA介导转座区分）
A1A1 dtdt
双突变？
A1a1 Dtdt 自交
显性上位
PPrr × ppRR
紫色
红色
PpRr 紫色
9A1-Dt- 3a1a1 Dt- 1a1a1 dtdt 3A1- dt dt
P-R-或P-rr ppR- pprr 12紫色 3红色 1白色
产生斑点的一种可能是在体细胞中产生了回复突变a1→A1, 但大量的斑点需要很高频率的回复突变。Rhoades能在 a1a1Dt_（花斑）特殊无性生殖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，结果所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，a1也成为首次发现 的不稳定突变等位基因的例子，但 Rhoades仍未揭示这种不 稳定性的遗传机制
果蝇基因组中的转座子
P因子（P element）：全长2907bp，两端有 31bp的反向重复序列，是P因子插入和切除必需的 元件；编码区包括四个外显子和三个内含子，编码 转座酶或转座阻遏蛋白
copia、412、279、Tip、FP等
杂种劣育
1977年M. G. Kidwell等首次证实黑腹果蝇的杂种劣育只出 现在特定的杂交组合中。黑腹果蝇中作为父方造成杂种劣 育的品系称为父方品系（Paternal strains），简称P品系； 与P品系杂交造成杂种劣育的品系称为母方品系 （Maternal strains），简称M品系。深入研究表明P因子 是导致杂种劣育的遗传因子。P因子基因转录物在体细胞 和生殖细胞拼接方式不同，分别产生转座阻遏蛋白和转座 酶。由于雌配子带有细胞质及从体细胞中合成的转座阻遏 蛋白，因此由P因子转座造成的劣育完全受杂交母本蝇是 否带有P基因影响，由无P基因母本蝇和带有P基因的父本 蝇杂交后代表现劣育
机制？
Rhoades Genetics 1938 23 377
玉米As-Ds转座系统的提出
➢1940~1950年 McClintock研究玉米花斑糊粉层和和植株 色素产生的遗传基础时，也发现了玉米籽粒上色素斑点的变 化。当时已知至少有5对控制玉米糊粉层颜色的基因：
A (anthocyan) 花色素，如突变则 不会产生色素
这就是著名的As-Ds转座系统
④Ds导致所存在的９号染色体发生断裂，产生无端粒的染
色体断裂融合桥（breakage-fusion-bridge）
⑤ 1951年McClintock提出转座（Transposition）和跳 跃基因(jumping gene)的新概念
转座模型
Ds可导致染色体断裂
花斑表型的形成
不同Tn家族转座子结构比较
转座噬菌体
1963年Taylor发现Mu噬菌体 (Mutator phage)，为温和噬菌体， 基因组为38 kb线状DNA，可随 机整合到大肠杆菌基因组中，其 线性DNA末端带有宿主DNA一 小段序列，转座频率高于一般转 座子
Mu DNA右侧的3 kb序列(G区)两 端有34 bp反向重复序列(IR)，两 端IR之间是两套反向编码基因， 通过DNA反向弯曲(倒转)，一条 单链反向利用另一条单链的启动 子转录，同时抑制了互补链基因 的转录
至此，转座因子的概念才被遗传学界所公认！！
以后在细菌和其他生物中相继发现不同的转座因子
转座子存在的直接证据
λdgal＋
λdgal—
分子杂交
转座因子：是基因组内一段相对独立的可移 动序列，它们不必借用噬菌体或质粒的形式 就可以从基因组的一个部位直接转移到另一 个部位，这个过程称为转座（transposition）。
P转座引起的果蝇劣育和突变
形成杂种劣育
不形成杂种劣育
玉米基因组中的转座子
Ac-Ds系统：
Ac因子（Activator）即激活因子，一种结构和功能都比较完 整的转座子，能自主转座 Ds因子(Dissociator)即解离因子，一种结构和功能都不完整的 转座子，不能自主转座。能在Ac因子的作用下在玉米基因组 内移动，它的存在会使染色体上该位置发生断裂的机会增加， 并由此改变邻近基因的表达 Ac存在，能解除Ds对色素基因C的抑制作用，使C基因表达， 颗粒出现色素斑点 Ac丢失，插入C基因的Ds趋于稳定，抑制了C基因的表达，玉 米颗粒呈无色
Ac和Ds 的结构
玉米Ac-Ds系统的作用模式
Ds
(a) Ac激活因子的位置不稳定，在无Ds转位因子时，C基因不受抑制，颗 粒呈深色
转座酶（transposase） 和解离酶（resolvase） 即拆分酶。
（2）非复制型转座
转座子序列通过 供体DNA与受 体DNA连接， 或直接被切割而 转移到受体 DNA上，直接 转移的方式只需 要转座酶
（3）保守型转座
转座元件从供体位点上切除并通过一 系列过程插入到靶位点，其所有碱基 均被保留。一般此类转座序列比较大， 并能将供体DNA一同转移，也称为附 加体(episome) 。多为复合转座因子， 除转座功能外还携带抗药性(或其它) 标记(marker) 两臂既可以相同方向，也可(大多数是) 相反方向排列。 保守型转座多属于非复制转座，有些 可兼备非复制或复制两种方式转座
①不稳定的“花斑”表型不是一般的基因突变造成的，而是 由于控制因子的存在所致
②决定红、紫色的C基因突变阻断花色素的合成，胚乳呈白 色；C基因突变回复致花斑产生
③ C基因的无色突变是由“可移动的遗传因子”即Ｉ抑制基 因（解离因子dissociator,Ds）插入造成的。另一个可移动 因子As（激活因子，activator）激活Ds进出C基因中，
插入序列(insertion sequence, IS) 转座子(transposon, Tn) Mu噬菌体(Mu phage)
插入序列（IS）
自主转座的简单结构，只有转座酶基因和两端反向重复 序列，一般自身没有任何表型，是一类最小的转座因子
末端反向重复序列 (Inverted repeats, IR)
❖ 转座因子的遗传学效应及应用
转座因子的发现与分类
转座因子的发现
转座因子(transposable element）
也称为跳跃基因（ jumping gene）或可移动的遗传因 子（ mobile genetic element），最早由Barbala McClintock发现。McClintock 是美国著名的遗传学家， 1944 当选美国国家科学院院士，1945成为美国遗传学 会主席。 1948年她首先确认和提出了复合转座子 的概 念，70年代后在大肠杆菌、酵母、果蝇、玉米等原核 和真核生物中不断发现有转位因子。因此， 35年后将 可动基因重大发现归功于她