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第十章 转 座 基因组是相对稳定的，基因组中的序列通常处于恒定的位置。因此，我们可以通过构建遗传图谱(genetic map)来鉴定已知基因的基因座。 转座元件（transposable element）或转座子（transposons）的存在可以造成基因位置甚至是基因组的改变。 遗传图谱示基因座位置 转座子的概念及发现 转座子 (transposon 或 transposable element)是基因组内相对独立的、可移动序列，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）。 转座子每次移动时携带着转座必需的基因一起在基因组内跃迁，所以转座子又称跳跃基因（jumping gene）。 转座子是基因组的正常组成成分，不以噬菌体或质粒DNA等独立形式存在。 转座的发生不依赖于转座子和靶位点之间任何的序列同源性，在基因组内由一个部位直接转移到另一个部位。 转座以很低的频率发生，而且转座子的插入是随机的。 转座子有时插入到一个结构基因或基因调节序列内，引起基因表达的改变。 转座子也可以引起基因组序列的重排，它们的移动也和进化有关。 转座元件首先是由Barbara McClintock于40年代在玉米的遗传学研究中发现的，她称之为控制元件（controlling element），因为它不仅能够在基因组内转移，而且还能够改变基因的活性并引起功能的改变。 现在认为转座子存在于地球上所有的生物。 Barbara McClintock在接受Nobel Prize 转座子的分类 转座子分为两个基本类型： 一种是以编码蛋白质的DNA序列的形式存在，其编码的蛋白能直接操作DNA，从而使转座子能够在基因组内繁殖其自身。 另一种与反转录病毒有关，并且它们可移动的特性来自于它们能由RNA转录物产生DNA拷贝，这种DNA拷贝然后被整合到基因组的新位点。 转座子的作用 转座元件可直接或间接地促进基因组的重排。 转座子的间歇的活动性似乎为自然选择提供了一个不确定的靶部位。 插入序列 最简单的转座子被称为插入序列IS（insertion sequences, IS）。IS元件是细菌染色体和质粒的正常组成部分。 最早被鉴定的转座元件是细菌操纵子中的自主插入序列。这种插入阻止了插入部位基因的转录和/或翻译。 IS元件是独立的结构单位，每个元件只编码为自身转座所需要的蛋白质。 IS元件的末端为短的反向末端重复序列（inverted terminal repeats），通常这两个拷贝密切相关，但并不完全一样。 在插入部位，IS DNA总是和很短的正向重复序列（direct repeats）相连。转座后在转座子的两侧各存在一个此序列的拷贝。但在插入之前靶部位只有这两个重复序列中的一个。 转座的结果是靶部位序列形成了两个正向重复序列。 IS序列及其靶序列列表 IS元件具有一个典型的结构，它的末端为反向重复序列，而与其相连的宿主DNA的末端为短的正向重复序列。 当在一段DNA序列中见到这种结构类型时，可被用来鉴别转座子。 反向重复序列标明了转座子的末端。所有类型转座子的转座皆需转座酶（transposase）对末端的识别。 阻止转座的“顺式作用”（cis-acting）突变位于末端。 除IS1之外，所有的IS元件皆含有一个单一的长编码区，其起始于一端的反向重复序列之内，而刚好终止于另一端的反向重复序列之前或之内，它编码转座酶。 复合型转座子 一些转座子除了具有与转座有关的功能外，还携带药物抗性（或其他）标志，这些转座子被命名为Tn。 复合型转座子（composite transposons）的中心区携带药物抗性标志，两侧为由IS元件组成的臂。 复合型转座子的结构 常见的复合型转座子 复合型转座子具有同样的短的反向重复末端。 对于复合型转座子来说，随着中央序列的增长，转座的频率降低。所以长度的依赖性是决定普通复合型转座子大小的一个因素。 转座发生的机制 转座子插入到一个新的部位的通常步骤是：在靶DNA上制造一个交错的切口，然后转座子与突出的单链末端相连接，并填充切口。 交错末端的产生和填充解释了在插入部位产生靶DNA正向重复的原因。链的切口之间的交错决定了正向重复的长度。 转座发生的机制 反转座子和反转录病毒 转座元件或转座子是基因组中可移动的独立的DNA序列，一个转座子可由基因组的一个位置移到另一个位置。从DNA到DNA的转移过程称为转座。从DNA到RNA再到DNA的过程称为反转座。 反转座是经RNA介导的转座过程。 反转座子共有的可鉴定的特性为：插入位点会产生短的靶序列的正向重复。 反转录病毒首先被观察到的是以传染性病毒颗粒的形式存在，并能在细胞间传播；而反转座子是被当作基因组中的一部分而被发现的，