7.11
トランスポゾンは、さまざまな生物のゲノムの重要な部分を構成します。したがって、転位はゲノムサイズを変化させ、遺伝子発現パターンを変更することにより、種分化において主要な進化的役割を果たしたと考えられています。たとえば、細菌では、転移が抗生物質耐性の付与につながる可能性があります。病原性細菌の遺伝子プ…
転位は、染色体セグメントなどの遺伝的要素がゲノムのある位置から別の位置に移動する特殊な組換えの形態です。これらの可動性要素は、トランスポゾン、またはジャンピング遺伝子と呼ばれます。
すべてのトランスポゾンには、他の遺伝子に加えて、トランスポザーゼと呼ばれる酵素のコード配列と、互いに逆補体する短い隣接配列が含まれています。転置には3つのタイプがあります。
第1のタイプは、非複製的転位または保存的転位として知られており、トランスポゼースをコードする遺伝子は、DNAトランスポゾンに隣接する短い逆配列で切断する二量体酵素を産生します。次に、逆転した配列が集まってDNAループを形成し、トランスポザーゼを介した切断によって標的染色体に挿入できます。
2番目のタイプは反復転位と呼ばれ、トランスポゼースはトランスポゾン末端と標的DNAの両方を切断します。次に、トランスポゾンの3'末端とターゲットDNAの5'末端が、ストランドトランスファーと呼ばれるステップで共有結合します。
これにより、トランスポゾンの5'末端がドナーDNAにまだ結合している中間体が作成されます。結紮されていない末端は、トランスポゾンを複製するためのDNAポリメラーゼによるプライマーとして使用されます。この中間体は共和分と呼ばれます。
リソルバースと呼ばれる酵素は、内部分解能部位で中間体を切断し、トランスポゾンのコピーをそれぞれ1つ持つドナーDNAとターゲットDNAを生成します。
3番目のタイプの転位では、転位可能な要素が最初にレトロトランスポゾンとして知られるRNA中間体に転写されます。RNAは逆転写によってDNA配列にコピーされ、標的部位に挿入されます。
メカニズムは異なりますが、これら3つのプロセスはすべて、標的DNAのゲノム構造と潜在的に機能を変えることができます。
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.