7.11
Présentation de la transposition et de la recombinaison
Les transposons constituent une partie importante des génomes de divers organismes. Par conséquent, on pense que la transposition a joué un rôle évolu…
La transposition est une forme spécialisée de recombinaison dans laquelle les éléments génétiques tels que les segments chromosomiques sont déplacés d'une position du génome à une autre. Ces éléments mobiles sont appelés transposons ou gènes sauteurs. Chaque transposon contient une séquence codant pour une enzyme appelée transposase en plus d'autres gènes, ainsi que de courtes séquences flanquantes qui sont des compléments inverses les uns des autres.
Il existe trois types de transposition. Dans le premier type, connu sous le nom de transposition non réplicative ou conservatrice, le gène codant la transposase produit l'enzyme dimérique qui se clive à de courtes séquences inversées qui bordent un transposon d'ADN. Ensuite, les séquences inversées se rassemblent pour former une boucle d'ADN qui peut être insérée dans un chromosome cible par des coupes médiées par la transposase.
Dans le deuxième type appelé transposition réplicative, la transposase clive à la fois les terminaux du transposon et l'ADN cible. Ensuite, les extrémités trois prime du transposon et les extrémités cinq prime de l'ADN cible sont reliées de façon covalente dans une étape appelée transfert de brin. Cela crée un intermédiaire où l'extrémité cinq prime du transposon est encore attachée à l'ADN donneur.
Les extrémités non liées sont utilisées comme des amorces par l'ADN polymérase pour répliquer le transposon. Cet intermédiaire est appelé un cointégré. Les enzymes appelées résolvases clivent l'intermédiaire au niveau du site de résolution interne générant des ADN donneurs et cibles qui ont chacun une copie du transposon.
Dans le troisième type de transposition, l'élément transposable est d'abord transcrit dans un intermédiaire d'ARN connu comme rétrotransposon. L'ARN est recopié dans une séquence d'ADN par transcription inverse, puis inséré dans un site cible. Malgré leurs différents mécanismes, ces trois processus peuvent modifier la structure génomique et potentiellement la fonction de l'ADN cible.
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.