反转录转座子

由RNA介导的转座仅发生在真核生物中，它是由反转录病毒（retrovirues）以其RNA基因组的DNA拷贝插入到宿主细胞的染色体中而产生的。一些真核细胞的转座子和反转录病毒的前病毒的一般组成相关，并且通过RNA中间体进行转座。这一类转座子称为反转座子（retroposons）和反转录转座子（retrotransposons）。

包括：

• 反转录病毒本身（自由感染宿主细胞）
• [ ] 自已不能转座但可以通过RNA转录进行转座的序列（DNA序列）
  • RNA→cDNA→dsDNA→整合进染色体DNA上（原病毒/前病毒provirus）
  • DNA→RNA→cDNA→dsDNA→整合进染色体

<aside> ⭕ 反转录病毒

生活史

• [ ] 反转录病毒基因组的复制及LTR的形成

  合成起始是由tRNA作为引物结合到引物结合位点（PBS）上→反转录酶使该引物向病毒RNA模板5’端延伸，合成DNA：合成U5和R →RNase H降解RNA-DNA异源双链中的RNA链→反转录酶经DNA与RNA的杂交序列跳跃到病毒RNA链的3’端→反转录酶延伸引物，RNA-DNA异源双链被RNase H降解→RNA部分引发第二链DNA合成→DNA链延伸，RNA降解→RNase H 降解 tRNA→通过PBS 序列杂交产生第二次跳跃→完成DNA的合成

  • 图解（RNA→cDNA→dsDNA）及LTR长末端重复序列 long terminal repeats,的形成

• 反转录病毒基因组的结构、功能及转录

• 病毒基因组（RNA）、病毒线形DNA、前病毒DNA比较： </aside>

• 在哺乳基因组中有三种类型的反转录转座子：病毒超家族、LINES、非病毒超家族

果蝇基因组中的转座子—— P 因子

1977年M.G.Kidwell等报道：D.melanogaster某些品系进行杂交→F1多种遗传畸变：突变、染色体畸变；减数分裂的异常；分离和不育【“劣生性状”（dysgenic traits）】

已鉴定出两个系统与杂种不育有关：

第一系统：I（inducer）型、R（reactive）型

当 I型 ♂✕ R型♀ →F1育性降低 ，但R型♂ ✕I 型♀ →F1正常

第二系统：P型 （父本贡献的 Paternal contributing）、M型 (母本贡献的 Maternal contributing)

• P因子：一个具有转座活性的转座因子
• 携带完整P 因子—— P细胞型；不携带P因子—— M细胞型

• P ♀ ✕M ♂ →F1正常→F2正常

• M ♀ ✕ P ♂ →F1 Hybrid appears normal but is sterile(No progeny)

  不育主要是与生殖细胞（germ cells）有关的问题：在P-M系统的杂交后代中（F1）体细胞组织正常，但性腺不发育。配子发育中的形态缺陷（Morphological defect）从种系细胞分裂时开始

  子一代中：P因子在发育中的生殖细胞系中发生转座，染色体出现断裂和重排，导致大量生殖细胞无法发育成熟。

• [ ] 只有P (♂) x M (♀)杂交才会得到杂种不育的后代——说明杂种劣生是不对称的，它可被 Pmale x Mfemale 杂交而诱导，但其反交不能诱导出劣生

• 杂种不育依赖于杂交的性别的定向，表明细胞质和P因子同样重要。细胞质的贡献——细胞型（cytotype）：表现为一种可遗传的细胞质效应或细胞质因子

• 果蝇中的转座子除了P 因子外还有copia、412、279、Tip、FB 等。它们的结构虽有所不同，但两端都有反向重复序列

• [ ] Question

  • P (♂)和子一代都有完整的P因子，为什么转座没有影响到它们的表型?
  • 有完整P因子的P(♂)，为何可以产生正常的生殖细胞？

玉米基因组中的转座子 —— 激活-解离系统（Ac－Ds system）

• McClintock 1940-1950年对玉米进行遗传分析与细胞学观察：玉米籽粒的糊粉层上出现色斑与花纹的品系——9Chr.短臂经常发生断裂，断裂后的染色体接着发生**“Breakage-fusion-bridge Cycle”**，其后代籽粒→色斑
• 转座：Ds座位→移动到另一个位置→染色体在新的位置上发生断裂
• Ac 激活因子（Activator)：Ac位于另一条染色体上；只有Ac存在，Ds才 能发生断裂；Ac还能帮助Ds发生转座
• 色斑大小- - - 取决于断裂丢失事件发生的时期
• experiment

• [ ] 研究表明同一组控制成分的不同成员可以分成两大类

  • 自主成分（Autonomous element）- - - Ac【产生转座酶】
  • 非自主成分（Nonautonomous element ）- - - Dc【不产生转座酶】

  

Ac为自主性转座子，Ds为非自主性转座子。

Ac基因的产物扩散到Ds元件上，与其结合并帮助其发生转座。

• Ac-Ds的分子结构

酵母基因组中的转座子

在酵母中研究得较清楚的转座子是Ty（transposon yeast，Ty）系列。

其一般长度约为5900 bp，两端各含有一个δ正向长末端重复序列（LTR），LTR的长度约340 bp。δ因子大约由70%的AT组成，每一个δ因子都含有一个启动子和一段被转座酶识别的序列

Ty1插入酵母染色体后，受体上就会出现5 bp的DR。另外由于Ty1插入后，δ为DR，所以也有可能发生类似于细菌中复制重组过程形成的小环，丢失一个δ，而留在酵母中的δ称为Solo δ，这时酵母细胞表型则恢复正常，而人们可以通过对Solo δ的分析来判断此处曾插入过Ty1

一般认为Ty1 因子转座时，首先以其DNA为模板合成一个拷贝的RNA，然后再通过反转录合成一条新的Ty1 因子，最后这条新的Ty1 转座子再插入到新的位点上。

由于每一个细胞中有多个拷贝的Ty1因子，所以基因组中不同位置的Ty1因子也可能发生重组，从而导致染色体的易位、缺失和倒位等结构变异。

人类基因组中的转座子

已知重复序列占了人类基因组50%以上，其中转座子占重复序列的45% 。所有的转座子都是多拷贝的，这些转座子分为4种类型

• LINE(long interspersed element):长散在元件，如L1, 是唯一在人类和小鼠中都具有活性的一类成员,长为6 500 bp，含ORF1与ORF2两个阅读框。L1在哺乳动物基因组中的拷贝数可多达十万份。
• SINE（short interspersed element):短散在元件，如Alu元件，长度在100～ 300 bp之间，是非自主转座子，其3′端与L1有同源性，因此能依靠L1进行转座。
• Alu family：大量的长约300 bp的中度重复序列，广泛地分布在非重复DNA序列之间。用限制性内切酶Alu1，可将其切割为一个170 bp片段，和一个130 bp片段，说明这是一类长度和性质相似的重复序列。Alu家族有多个成员，总拷贝数有30万～ 50万个，大约平均每6 kbDNA序列中就有1个，占人体基因组的3% ～ 6% 。在小鼠中与Alu序列相关序列称为B 1家族，长度为130 bp。在中国仓鼠中则被称为Alu相应家族（Alu－equivalent family），该家族也存在于其他哺乳动物的基因组中。