7.11
Transpozony stanowią znaczną część genomów różnych organizmów. Dlatego uważa się, że transpozycja odegrała główną rolę ewolucyjną w specjacji, zmienia…
Transpozycja to wyspecjalizowana forma rekombinacji, w której elementy genetyczne, takie jak segmenty chromosomów, są przenoszone z jednej pozycji w genomie do drugiej. Te ruchome elementy nazywane są transpozonami lub skaczącymi genami.
Każdy transpozon zawiera sekwencję kodującą enzym zwany transpozazą, a także inne geny, a także krótkie sekwencje flankujące, które są odwrotnymi dopełnieniami. Istnieją trzy rodzaje transpozycji.
W pierwszym typie, znanym jako transpozycja niereplikacyjna lub konserwatywna, gen kodujący transpozazę wytwarza enzym dimeryczny, który rozszczepia się w krótkich odwróconych sekwencjach otaczających transpozon DNA. Następnie odwrócone sekwencje łączą się, tworząc pętlę DNA, którą można wprowadzić do docelowego chromosomu za pomocą cięć za pośrednictwem transpozy.
W drugim typie, zwanym transpozycją replikacyjną, transpozaza rozszczepia zarówno zakończenia transpozonu, jak i docelowe DNA. Następnie końce 3' transpozonu i końce 5' docelowego DNA są kowalencyjnie przyłączane w kroku zwanym transferem nici.
W ten sposób powstaje produkt pośredni, w którym koniec transpozonu 5' jest nadal przyłączony do DNA dawcy. Nieligowane końce są używane jako startery przez polimerazę DNA do replikacji transpozonu. Ten produkt pośredni nazywa się kointegratem.
Enzymy zwane resollawazami rozszczepiają produkt pośredni w miejscu wewnętrznej rozdzielczości, generując DNA dawcy i celu, z których każdy ma jedną kopię transpozonu.
W trzecim typie transpozycji element transpozycyjny jest najpierw transkrybowany do produktu pośredniego RNA znanego jako retrotranspozon. RNA jest kopiowane z powrotem do sekwencji DNA przez odwrotną transkrypcję, a następnie wprowadzane do miejsca docelowego.
Pomimo różnych mechanizmów, wszystkie te trzy procesy mogą zmieniać strukturę genomu i potencjalnie funkcję docelowego DNA.
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.