7.11
Descripción general de la transposición y la recombinación
Los transposones constituyen una parte importante de los genomas de varios organismos. Por lo tanto, se cree que la transposición jugó un papel evolut…
La transposición es una forma especializada de recombinación en la que los elementos genéticos, como los segmentos cromosómicos, se reubican de una posición del genoma a otra. Estos elementos móviles se llaman transposones o genes saltarines.
Cada transposón contiene una secuencia codificante para una enzima llamada transposasa, además de otros genes, así como secuencias cortas de flanqueo que son complementos inversos entre sí. Hay tres tipos de transposición.
En el primer tipo, conocido como transposición no replicativa o conservadora, el gen que codifica la transposasa produce la enzima dimérica que se escinde en secuencias cortas invertidas que flanquean un transposón de ADN. Luego, las secuencias invertidas se unen para formar un bucle de ADN que se puede insertar en un cromosoma objetivo mediante cortes mediados por transposasa.
En el segundo tipo, llamado transposición replicativa, la transposasa escinde tanto los terminales del transposón como el ADN diana. Luego, los extremos 3' del transposón y los extremos 5' del ADN objetivo se unen covalentemente en un paso llamado transferencia de hebra.
Esto crea un intermediario en el que el extremo 5' del transposón todavía está unido al ADN del donante. Los extremos no ligados son utilizados como cebadores por la ADN polimerasa para replicar el transposón. Este intermediario se denomina cointegrar.
Las enzimas llamadas resolvasas escinden el intermediario en el sitio de resolución interna, generando ADN donante y objetivo que tienen cada uno una copia del transposón.
En el tercer tipo de transposición, el elemento transponible se transcribe primero en un intermediario de ARN conocido como retrotransposón. El ARN se copia de nuevo en una secuencia de ADN mediante transcripción inversa y luego se inserta en un sitio objetivo.
A pesar de sus diferentes mecanismos, estos tres procesos pueden alterar la estructura genómica y, potencialmente, la función del ADN diana.
Q1: What are transposons and how do they move within the genome?
Transposons, also called jumping genes, are mobile genetic elements that relocate from one genomic position to another through transposition. Each transposon contains a transposase gene encoding an enzyme that catalyzes movement, plus flanking sequences and other genes. This specialized recombination process can alter genomic structure and potentially affect target DNA function.
Q2: What is the difference between non-replicative and replicative transposition?
Non-replicative transposition involves transposase cleaving inverted flanking sequences to form a DNA loop inserted into a target chromosome without copying. Replicative transposition creates a cointegrate intermediate where the transposon is copied during insertion, resulting in both donor and target DNA retaining one transposon copy after resolvase cleavage.
Q3: How does retrotransposition differ from DNA transposition mechanisms?
Retrotransposition first transcribes the transposable element into an RNA intermediate called a retrotransposon. Reverse-transcriptase then copies this RNA back into DNA, which is inserted into a target site. This RNA-mediated mechanism contrasts with direct DNA-based transposition, yet all three transposition types can alter genomic structure and function.
Q4: Why do transposons rarely move within genomes?
Transposons rarely move because transposition can have deleterious effects on genome stability and gene function. The frequency of transposition correlates with sequence specifications and structural motifs at donor and target sites. This low frequency means genetic selection is required to detect transposition outcomes, such as color variegation in maize or white patches on Snapdragon flowers.
Q5: What evolutionary roles have transposons played in organisms?
Transposons comprise significant portions of many organism genomes and likely drove speciation by changing genome sizes and modifying gene expression patterns. In bacteria, transposition confers antibiotic resistance by transferring resistant genetic elements. In eukaryotes, transposons regulate target genes under physiological stress conditions, a mechanism extensively studied in plants.
Q6: What structural features do all transposons share?
All transposons contain a transposase-encoding gene and short flanking sequences that are reverse complements of each other. These inverted sequences are critical recognition sites where transposase cleaves DNA during movement. Additionally, transposons carry other genes beyond transposase, enabling their diverse functions across different genomic contexts.
Q7: How does the cointegrate intermediate form during replicative transposition?
During replicative transposition, transposase cleaves both transposon terminals and target DNA. The 3' ends of the transposon are covalently attached to the 5' ends of target DNA through strand transfer, creating a cointegrate where the transposon's 5' end remains attached to donor DNA. DNA polymerase then uses unligated ends as primers to replicate the transposon.