转座 —— 可移动的遗传因子

 

来源公众号：春梅医生眼病解密　作者：李春梅

可移动的遗传因子（mobile genetic elements）有时也被称为跳跃基因，是一些特殊的短DNA片段，可以从细胞基因组的一个位置移动到另一个位置。

这些移动的遗传因子几乎可以插入到所有基因组序列中，但大多数不能离开它们所寄居的细胞，移动范围局限在单个细胞内。

可移动的遗传因子主要包括插入序列（insertion sequences，IS）和转座子（transposon，Tn）。由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座重组或转座（transposition）。

典型的插入序列（IS）长度为750～1500bp，两端有9～41bp的反向重复序列（inverted repeat sequence，IR），中间是转座酶（transposase）的编码基因。

插入序列保守型转座

保守型转座（conservative transposition）是指IS从原位置迁移到新位置。每个IS都是一个自主单位，含有的转座酶基因编码催化自身移动的转座酶。

图中的IR部分用数字代表碱基，用来体现序列的反向重复排列特征。

IS识别宿主DNA靶点序列后，插入宿主DNA中。IS插入后，IS的结构变为中间为转座酶基因，两侧为IR序列，IR序列的两侧翼为4～12bp的正向重复序列（direct repeat sequence，DR）。

插入序列复制型转座

IS在转座之前，如果提前复制了自身，其副本IS会插入宿主DNA，这种现象称为复制型转座。

原始IS拷贝则停留在原来的位置。图中最下方显示了插入后IS的特征结构，基因的两端为IR序列，侧翼为来源于宿主的DR序列。

当在一个基因中观察到这样的结构时，可以确认为IS，并表明该序列来源于转座事件。转座子（Tn）的结构与IS类似，只是转座子还含有抗生素抗性基因，或编码其他蛋白的基因。而且许多转座子的侧翼序列本身就是插入序列，而不是来源于宿主。

Tn3转座子结构示意图

Tn3转座子含有3个基因：转座酶基因、TnpR基因及β-内酰胺酶基因。转座酶基因TnpA编码转座酶，催化Tn3移动转座。

TnpR基因是编码阻遏蛋白及分解蛋白的基因，调节转座。β-内酰胺酶基因编码氨苄青霉素抗性蛋白。

Tn10转座子结构示意图

Tn10转座子的两侧含有2个插入序列IS10R和IS10L，Tn10主体中存在TetR基因家族。TetR蛋白为转录调节子，控制抗生素抗体基因的表达，如：抗四环素基因。

这些转座子的移动，在医学上是一个严重的问题。因为携带抗药性转座子的移动，导致很多致病细菌对抗生素产生耐药性。这篇文章根据移动和转座的机制，将可移动遗传因子进行了基本分类。

参考了几本相关书籍，分类方法都不尽相同，最终选择了比较容易理解的方式。

以上介绍的是细菌中最常见的DNA转座子，它们在移动过程中始终保持DNA的形式。与同源重组相比较，转座子是一种更加激进的遗传重塑形式。

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