转座因子

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转座因子(transposable element)

细胞中能改变自身位置的一段脱氧核糖核酸( DNA)序列。转座因子改变位置(例如从染色体上的一个位置转移到另一个位置,或者从质粒转移到染色体上)的行为称为转座

由于转座因子既能给基因组带来新的遗传物质,在某些情况中又能像一个开关那样启动或关闭某些基因,并常使基因组发生缺失、重复或倒位等DNA重排,所以它与生物演化有密切的关系,并可能与个体发育细胞分化有关。

此外,带有不同抗药性基因的转座因子在细菌质粒间的转座会导致多价抗药性质粒的形成,这将使多种药物药效降低,对人类的健康是一个威胁,因此需要研究解决的办法。另一方面具有独特功能的转座因子已经成为遗传学研究中一种有用的工具  

发现历史

虽然McClintock早在1951年就在玉米中发现了转座因子,但由于人们受到基因在染色体上有序排列的传统观念的桎梏而难以接受“跳跃基因”这一新的概念,所以直到1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子(transposable element)。

他在半乳糖操纵子中发现了一种极性突变。gal操纵子有三个基因:gal K,T,E,它们编码三种酶催化Gal的分解代谢。其中间产物Gal-1-p是有毒的,因此galT-在含半糖培养基上因使Gal-1-p积累而难以成活。那么在此培养基上能生长的各种突变型,应是galt-的回复突变及galK -galT-(因它不能产生Gal-1-p),但意外发的发现galE-galT-也能生存,按理说这种突变型可使Gal-1-p积累是不可能存活的,但却居然生长良好,其原因何在呢?经进一步研究发现galE-是极性突变,由于它的突变使远离操纵位点的galK活性大大下降,因而细胞中不会积累Gal-1-p之故。  

特点

以上的这种极性突变又和一般的极性突变不同,它有以下的特点:(1) 能因复突变,表明不可能属于缺失或移码突变;(2) 用诱变剂对其处理并不能提高回复突变率,因此推测可能不是点突变。既排除了点突变,缺失和移码突变,那么还有什么样的变异能引起极性突变呢?此时人们已知道了F因子和λ噬菌体的整合功能,因此他们想到galE-的突变可能也是部分DNA的插入(突变)和切离(回复突变)所致。接着他们设计了一系列实验末证实这一想法。

(1)密度梯度离心实验

E. Jordon等和P. Starlinger小组以及J. Shapiro分别进行了以下实验,他们将含有gal+和gelm(上述极性突变)λ噬菌体分别出离出,同时加入到离心管中进行CsCl密度梯度离心,结果出现了两条带,λdgalm的密度>dgal+,表明dgalm有可能具有小片断DNA的插入。

(2) 分子杂交实验

将ldgalm和ldgal+进行分子杂交,若有ldgalm有额外片段那么在电镜下可以观察到它们存在和所处的位置。实验结果在杂交链上出现了一个额外的单链茎环结构,长800nt,这就是插入序列1,或称为IS1(insertion sequence 1)。

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