7.11: 转座和重组概述

Overview of Transposition and Recombination
JoVE Core
Molecular Biology
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Overview of Transposition and Recombination
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November 23, 2020

Overview

转座子构成了各种生物体基因组的重要组成部分。因此,人们认为转座通过改变基因组大小和改变基因表达模式在物种形成中发挥了主要的进化作用。例如,在细菌中,转座可导致抗生素耐药性。转座因子在病原菌遗传库中的移动有助于抗生素耐药遗传元件的转移。在真核生物中,转座子可以通过在某些生理条件(如应激)下控制靶基因表达来发挥调节作用。事实上,转座子响应胁迫对基因的调控已在植物中得到广泛研究。

植物基因组为转座研究提供了极好的模型。转座子的发现是由 Barbara McClintock 在研究染色体断裂的玉米细胞时发现的。她发现,来自断裂染色体的遗传元件的转座会导致玉米的颜色杂色。

由于转座的有害影响,转座子很少移动。转座频率与供体和靶位点的序列规格和结构基序相关。这种低转座频率意味着需要遗传选择来检测转座的结果。直接取决于转座频率的一种结果是金鱼草植物的花朵上存在白色斑块。

Transcript

转座是一种特殊的重组形式,其中遗传元件(例如染色体片段)从基因组中的一个位置重新定位到另一个位置。这些移动元件称为转座子或跳跃基因。

除了其他基因外,每个转座子都包含一种称为转座酶的酶的编码序列,以及彼此反向互补的短侧翼序列。有三种类型的转座。

在第一种类型中,称为非复制性或保守性转座,转座酶编码基因产生二聚体酶,该二聚体酶在 DNA 转座子两侧的短反向序列处裂解。然后,倒置的序列聚集在一起形成一个 DNA 环,该 DNA 环可以通过转座酶介导的切口插入靶染色体。

在第二种类型中,称为复制转座性转座,转座酶会切割转座子末端和靶 DNA。然后,转座子的 3′ 端和靶 DNA 的 5′ 端在称为链转移的步骤中共价连接。

这会产生一个中间体,其中转座子的 5′ 端仍然附着在供体 DNA 上。未连接的末端被 DNA 聚合酶用作引物以复制转座子。这种中间体称为共整合物。

称为解析酶的酶在内部分辨率位点切割中间体,产生供体 DNA 和靶 DNA,每个 DNA 都有一个转座子拷贝。

在第三种类型的转座中,转座因子首先被转录成称为反转录转座子的 RNA 中间体。RNA 通过逆转录复制回 DNA 序列中,然后插入到靶位点。

尽管它们的机制不同,但所有这三个过程都可以改变基因组结构,并可能改变靶 DNA 的功能。

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