7.11
Транспозоны составляют значительную часть геномов различных организмов. Таким образом, считается, что транспозиция сыграла важную эволюционную роль в…
транспозиция является специализированной формой рекомбинации, генетические элементы в которой, например, хромосомные сегменты, перемещены из одного положения в геноме к другому. Эти мобильные элементы называются транспозоны или прыгающие гены. Каждый транспозон содержит кодирующую последовательность для фермента, называемого транспозазой помимо других генов, а также короткие фланговые последовательности, которые обратно дополняют друг друга.
Существует три типа транспозиции. В первом типе, известном как нерепликативная, или консервативная транспозиция, ген, кодирующий транспозозу производит диамерный фермент, который делает засечки через короткие инвертированные последовательности, фланкирующие транспозон ДНК. Затем инвертированные последовательности объединяются, чтобы сформировать ДНК-петлю, которая может вставлена в целевую хромосому с помощью опосредованных транспозазой разрезов.
Во втором типе, именуемом воспроизводительная транспозиция, транспозоза расщепляет оба конца транспозона и целевую ДНК. Затем концы праймера 3 транспозона и концы праймера 5 целевой ДНК ковалентно прикрепляются в процессе, который называется переносом нитей. При этом создается промежуточное состояние, где конец праймера 5 транспозон по-прежнему присоединён к донорской ДНК.
Нелигированные концы используются в качестве примеров ДНК-полимеразой для репликации транспозона. Это промежуточное состояние называется коинтеграцией. Ферменты под названием резольвазы расслаивают промежуточный продукт на сайте внутреннего разрешения, генерируя донорскую и целевую ДНК, у каждой из которых есть одна копия транспозона.
В третьем типе транспозиции, транспонируемый элемент первым транскрибирован в промежуточный РНК, известный как ретротранспозон. РНК копируется обратно в последовательность ДНК в обратной транскрипции, а затем вставляется в целевой сайт. Несмотря на их различные механизмы, всех три процесса могут изменять геномную структуру и, возможно, функция целевой ДНК.
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.