农杆菌介导的转基因玉米种子的获得?( 七 )


2.非复制转座(non-replicative transposition) 转座因子直接从原来位置上转座插入新的位置,并留在插入位置上,这种转座只需转座酶的作用 。非复制转座的结果是在原来的位置上丢失了转座因子,而在插入位置上增加了转座因子 。这可造成表型的变化 。
保留转座(conservative transposition)也是非复制转座的一种类型 。其特点是转座因子的切离和插人类似于入噬菌体的整合作用,所用的转座酶也是属于入整合酶(integrase)家族 。出现这种转座的转座因子都比较大,而且转座的往往不只是转座因子自身,而是连同宿主的一部分DNA一起转座 。非复制转座可以是直接从供体分子的转座子两端产生双链断裂,使整个转座子释放出来,然后在受体分子上产生的交错接口处插入,这是“切割与黏接”(“cut and paste")的方式 。另一种方式是在转座子分子同受体分子之间形成一种交换结构(crossover structure),受体分子上产生交错的单链缺口,与酶切后产生的转座子单链游离末端连接,并在插入位点上产生正向重复序列;最 后,由此生成的交换结构经产生缺口(nick)而使转座子转座在受体分子 。供体DNA分子上留下双链断裂,结果 或是供体分子被降解,或是被DNA修复系统识别而得到修复 。
在复制转座过程中,转座和切离是两个独立事件 。先是由转座酶分别切割转座子的供体和受体DNA分子 。转座子的末端与受体DNA分子连接,并将转座子复制一份拷贝,由此生成的中间体即共整合体(cointegrat,)有转座子的两份拷贝 。然后在转座子的两份拷贝间发生类似同源重组的反应,在解离酶的作用下,供体分子同受体分子分开,并且各带一份转座子拷贝 。同时受体分子的靶位点序列也重复了一份拷贝 。
酵母接合型的相互转换也是复制转座所产生 。酿酒酵母(Saccharomvcescerf—visiae)的生命周期中有双倍体细胞和单倍体细胞两种类型 。单倍体细胞则有a型和α型两种接合型(mating type) 。单倍体酵母是a型还是α型,由单个基因座MAT所决定 。MAT有一对等位基因MAT 。和MATα,在同宗接合(homothallic)的酵母菌株中,酵母菌十分频繁地转换其接合型,即从a转换成α,然后在下一代又转换为a 。这种转换和回复的频率已远远高于通常的自发突变,表明这不是通常的突变机制 。现在已经知道,在MAT基因座两侧有两个基因带有MATα和ATα的拷贝,这就是HMLα和HMRα基因 。这两个基因贮存了两种接合型等位基因,当转座给MAT基因座时就发生了接合型的转换 。因此,MAT基因座是通过转座而转换其接合型的 。MAT基因座的序列转换成另一个基因的序列,这种机制称为基因转换(gene convertion) 。
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1951年Barbara Mclintock首先在玉米中发现了控制元件,后来命名为转座元件或转座子(transposon) 。转座子是基因组中一段可移动的DNA序列,可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置 。这一元件不仅可用于分析生物遗传进化上分子作用引起的一些现象,还为基因工程和分子生物学研究提供了强有力的工具,可以在不了解基因产物的生化性质和表达模式的情况下,分离克隆植物基因,即转座子标签(transposon tagging),又称为转座子示踪法 。其原理是利用转座子的插入造成基因突变,以转座子序列为基础,从突变株的基因文库中筛选出带有此转座子的克隆,它必定含有与转座子序列相邻的突变基因的部分序列,再利用这部分序列从野生型基因文库中获得完整的基因〔1〕 。1984年,用转座子标签法首先在玉米中分离了bronze基因,该基因编码了玉米花色素合成途径的关键酶——UDP-葡萄糖类黄3-O-葡萄糖基转移酶〔2〕 。此后还利用转座子标签技术分离了许多植物基因 。
1 转座子概述
转座子可以分为两大类:以DNA-DNA方式转座的转座子和反转录转座子(retrotransposon) 。第一类转座子可以通过DNA复制或直接切除两种方式获得可移片段,重新插入基因组DNA中 。根据转座的自主性,这类元件又可以分为自主转座元件和非自主转座元件,前者本身能够编码转座酶而进行转座,后者则需在自主元件存在时方可转座,以玉米的Ac/Ds体系为例,Ac(Activator)属于自主元件,Ds(Dissociation)则是非自主元件,必需在Ac元件存在下才能转座〔1〕 。第二类转座子又称为返座元(retroposon)〔3〕,是近年新发现的由RNA介导转座的转座元件,在结构和复制上与反转录病毒(retrovirus)类似,只是没有病毒感染必须的env基因,它通过转录合成mRNA,再逆转录合成新的元件整合到基因组中完成转座,每转座1次拷贝数就会增加1份,因此它是目前所知高等植物中数量最大的一类可活动遗传成分 。目前共发现了3种类型反转录转座子:Tyl-copia类,Ty3-gypsy类和LINE(long interspersed nuclear Clements)类转座子,前两类是具有长末端重复的转座子,LINE类转座子没有长末端重复 。高等植物中的反转录转座子主要属于Tyl-copia类,分布十分广泛,几乎覆盖了所有高等植物种类〔4〕 。

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