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葡萄分子生物学读后感

时间:2014-02-21 03:45

转座子的作用是什么

Transposon a segment of DNA that can become integrated at many different sites along a chromosome (especially a segment of bacterial DNA that can be translocated as a whole) 转座因子或转座子是一类在很多后生动物中(包括线虫、昆虫和人)发现的可移动的遗传因子。

一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来,环化后插入另一位点,并对其后的基因起调控作用,此过程称转座。

这段序列称跳跃基因或转座子,可分插入序列(Is因子),转座(Tn),转座phage。

转座子是一类在细菌的染色体,质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分,是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列. 转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。

最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列(IS),它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分 转座(因)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。

复合型的转座因子称为转座子(trans—poson,Tn)。

这种转座因子带有同转座无关的一些基因,它的两端就是IS,构成了“左臂”和“右臂”。

两个“臂”可以是正向重复,也可以是反向重复。

这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座,也可以单独作为IS而转座。

转座子是细菌细胞里发现的一种复合型转座因子,这种转座因子带有同转座无关的一些基因,如抗药性基因;它的两端就是IS,构成了“左臂”和“右臂”。

两个“臂”可以是正向重复,也可以是反向重复。

这种复合型的转座因子称为转座子(trans—poson,Tn)。

这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座,也可以单独作为IS而转座。

Tn两端的IS有的是完全相同的,有的则有差别。

当两端的IS完全相同时,每一个IS都可使转座子转座;当两端是不同的IS时,则转座子的转座取决于其中的一个IS。

Tn有抗生素的抗性基因,Tn很容易从细菌染色体转座到噬菌体基因组或是接合型的质粒。

因此,Tn可以很快地传播到其他细菌细胞,这是自然界中细菌产生抗药性的重要来源。

两个相邻的IS可以使处于它们中间的DNA移动,同时也可制造出新的转座子。

Tn10的两端是两个取向相反的IS1O,中间有抗四环素的抗性基因(TetR),当TnlO整合在一个环状DNA分子中间时,就可以产生新的转座子。

当转座子转座插人宿主DNA时,在插入处产生正向重复序列,其过程是这样的:先是在靶DNA插入处产生交错的切口,使靶DNA产生两个突出的单链末端,然后转座子同单链连接,留下的缺口补平,最后就在转座子插入处生成了宿主DNA的正向重复。

已知的转座因子的转座途径有两种:复制转座和非复制转座。

1.复制转座(replicative transposition) 转座因子在转座期间先复制一份拷贝,而后拷贝转座到新的位置,在原先的位置上仍然保留原来的转座因子。

复制转座有转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)的参与。

转座酶作用于原来的转座因子的末端,解离酶则作用于复制的拷贝。

TnA是复制转座的例子。

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)。

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〕。

克隆转座子主要有两条途径:其一,利用抗体识别或cDNA探针从野生型植株中获得表达量降低或不稳定基因座的序列,再从突变体中分离得到相应的转座子:其二是根据序列同源性,在基因组的不同位置分离同一家族的转座子成员。

目前已经克隆的植物转座子约156种(来自Genbank的报告),表1列出了常用于转座子标签的一些植物转座子。

表1 常用植物转座子标签的转座子 名 称 来 源 类 型 Ac(Activator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Ds(Dissociation) 玉米 Ⅰ类非自主型转座子 Mu(Mutator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Spm\\\/En 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Tam 金鱼草 Ⅰ类自主型转座子 dTphl 拟南芥 Ⅰ类自主型转座子 Tos17 水稻 反转录转座子 2 转座子标签的转座元件体系 1984年首次用转座子标签法克隆了玉米bronze基因之后,在其它高等植物中一直没有发现象Ac\\\/Ds、Spm\\\/En类转座活性很高的转座子,因此在很长一段时间内都是利用玉米和金鱼草中转座性质较清楚的内源自主性转座子。

B.Baker等人首先证明了玉米的Ac\\\/Ds转座元件在转基因烟草中有作用,此后又发现Ac\\\/Ds在其他许多物种中如拟南芥、蕃茄、矮牵牛、亚麻、马铃薯、黄豆和水稻中都有活性〔5〕。

1993年用Ac元件从矮牵牛中成功地克隆了一个花色素苷合成基因,开创了用外源转座子在异源宿主中分离克隆基因的先河〔6〕。

目前植物基因工程常用的转座元件体系分为天然和人工改造两大类,前者包括自主元件单因子体系和反转录转座元件体系,后者主要是人工改造的双元因子体系。

2.1 自主转座元件单因子体系:自主转座元件单因子体系利用了转座活性较高的自主转座子如玉米的Mu转座子、Ac转座子和矮牵牛的dTpH1转座子,已经克隆了拟南芥白化病基因(albino)、雄性育性基因、蕃茄的抗病基因Cf-9等基因〔7〕。

这一转座体系具有两大优点:一是在植物中插入拷贝数高,如Mu元件每个基因组平均拷贝数可达100以上,因此可以在大田自然培养条件下获得大量突变个体;二是只需筛选相对较少量的植株就能标记所有基因。

然而,这一体系也存在一些问题:自主转座元件高频率的转座有可能切除转座酶而留下一些序列导致永久突变;自主转座在体细胞内可能造成基因功能自动恢复;自主元件切除留下一些片段使转座元件不能与突变表型共分离,这些都增加了筛选克隆的困难,阻碍了转座子标签的推广〔8〕。

2.2 反转录转座元件体系:虽然反转录转座子作为一个整体,在整个植物基因组中拷贝数很多甚至是最多的一类成分,但它包括了许多亚群,有的亚群仅由一个或几个拷贝组成,这些以单拷贝或低拷贝方式存在的成分比较容易识别,同时实验证明反转录转座子的转座活动在组织培养中能被激活,因此它们是一类很有潜力的转座子标签体系。

1996年Hirchick等人就利用水稻反转录转座子Tos17建立了水稻基因敲除体系(gene knock-out system),Tos17可以在组织培养过程中被激活,插入水稻基因组中,使基因失效〔3〕。

1999年Sato等利用这一体系分离了6个水稻kn1—型同源异型框基因,发现了引起水稻植株矮化的突变基因OSH15〔9〕。

最近Lucas等将烟草中的有活性的Ty1-copia类反转录转座子导入拟南芥〔8〕,发现它在后者中进行了转座,新的拷贝插入到其它基因的可读框中。

之后又相继将它导入蕃茄和水稻中,在新的宿主中进行了表达,而且宿主的内源反转录转座子不影响新导入转座子的转座,说明反转录转座子并不受植物种类差异的影响。

双子叶植物中的反转录转座子不仅可在异源双子叶植物中转座,也可以在单子叶植物中表达,这为反转录转座子用于转座子标签提供了更广阔的前景。

2.3 双元转座子体系:双元转座子体系由一个非自主转座元件和一个改造过后自身不能转座的自主转座元件组成,后者仍编码转座酶引起前者的转座,分别构建含两个元件的植物表达载体,转化植物培育了分别含有非自主性转座子和转座酶的株系,再通过转基因植株杂交,在F2代就能获得大量由转座子引起的突变体。

Shimamoto等培育了含Ds转座元件和含Ac转座元件转座酶(AcTPase)基因的两种水稻株系(图1),通过杂交筛选得到了大量矮化、花期改变的突变体〔10〕。

图1 含有Ds元件和Ac转座酶的 双元转座体系的构建 A:缺失Ac元件的部分片段获得非自主性转座子Ds元件,加上35S启动子和潮霉素抗性基因。

B:构建编码转座酶的转座因子,Ac元件的转座酶片段与35S启动子相连。

为了减少筛选子代突变体的工作量,可以在构建的转座元件上插入用于筛选转化和切除的标记基因如抗生素抗性基因、除草剂抗性基因等。

Knapp等构建了带潮霉素磷酸转移酶基因的Ds元件DsHPT,并将该元件插入除草剂抗性基因(ABR)中(图2),潮霉素抗性基因用于筛选含Ds元件的转基因植株,BAR基因用于筛选Ds从T-DNA位点切除的转基因植株〔7〕。

图2 Ds元件的改造 注:BL T-DNA左边界区; BR T-DNA左边界区; Pnos胭脂碱合成酶启动子;HPT潮霉素磷酸转移酶基因; BAR抗除草剂基因;P35S烟草花叶病毒35S启动子; NPTII新霉素磷酸转移酶II。

3 标签的策略 根据利用转座子标签的目的不同,可以采取两种方式的标签策略:定向标签和随机标签。

3.1 定向标签(directed tagging):定向标签是用一个稳定遗传的稳性纯合体与一个带有活跃转座元件的显性纯合体杂交,杂交后代可能产生3种表型:跟显性亲本表型一致,新的表型与隐性亲本表型一致,后两种子代是由于转座子插入了显性等位基因座。

这一策略可以在F1代直接“标签”感兴趣的目的基因〔11〕。

3.2 随机标签(random tagging):随机标签是将带有功能性转位因子的显性纯合系植株与不带转位因子的同种植株杂交,产生的F1子代再自交,在F2代中就可筛选到转座子随机插入引起突变表型的突变株,这一策略的目的是为了发现、鉴定带有多种不同特征的新突变〔11〕。

4 标签基因的分离和克隆 4.1 Southern-based分离法:这是转座子标签分离克隆“标签”基因的常用方法,它是通过杂交得到纯合突变株,构建该类突变株的核基因文库,以转座子片作作为探针从该基因文库中筛选中同源的转座子,因为转座子已插入目的基因中,于是就筛选得到含突变基因的片段,再将这一片段亚克隆标记作为探针,去筛选另一个正常植株的核基因文库,获得完整的正常目的基因。

为了增加转座子插入特定基因的机率,需要采用高效转座子体系,如玉米的Mu元件,但它的标签群在一个基因组内可达100个拷贝,这又给Southern-based分离法分析突变现象,鉴定特定插入序列的工作带来了相当大的工作量,只能通过多代与含低拷贝数元件的株系杂交来减少每一植株中插入序列的数量〔12〕。

4.2 PCR-based分离法 4.2.1 反向PCR分离法:Souer等1995年设计了将反向PCR(Inverse polymerase chain reaction, IPCR)和差别筛选结合的方法,从矮牵牛W138中分离了高效转座子标签dTph1标记的基因(图3)〔13〕。

W138中含有200个拷贝以上的内源dTph1元件,自交后代形成大量不稳定的突变本,包括花色素合成、植物和花发育、育性或叶绿素合成等方面的突变体,用常规方法分离新基因需花大量的时间将突变株与含低拷贝数转座元件的株系多次杂交。

Souer等利用反向PCR扩增突变体和野生型的dTph侧翼序列,其中突变体的扩增产物克隆到M13mp18载体上,感染细菌,再以突变体和野生型的扩增片段为探针与噬菌斑复制滤膜杂交,筛选差示克隆,分离dTph1插入的侧翼片段作为探针,再从野生型基因文库中筛选基因。

反向PCR和差别筛选结合的方法不仅仅可以用于分离高拷贝转座子元件标签的基因,而且可以用于克隆基它植物轻微变异株中被标签基因,加速低拷贝转座元件标签基因的分离。

此外,采用嵌套的反向PCR引物可以提高有效扩增dTph1侧翼序列的产量〔13〕。

图3 特异性克隆突变植株转座元件侧翼序列 4.2.2 TAIL-PCR分离法:刘耀光等设计热不对称交错PCR方法,(Thermal asymmetric interla ced PCR TAIL-PCR)最初用于YAC和Pl载体克隆基因的分离,后又用于转座子标签基因的分离,取得了成功〔14〕。

其基本原理是利用多个嵌套的转座子插入序列特异性引物和一个短的随机简并引物(Arbitrary degenerate primer AD)组合,以突变体基因组DNA为模板,进行多次PCR反应,特异性引物的Tm值一般在57-62℃间,而AD引物的Tm值则在44-46℃范围,采取高温特异性扩增与低温随机扩增相间进行的方法,最后获得转座子插入侧翼区特异性扩增片段,可作为探针,筛选分离基因(图4)。

图4 TAIL-PCR特异性扩增插入位点 侧翼基因组序列流程图 TAIL-PCR分离法可以降低非侧翼区特异产物的背景,同时它可以产生2个以上嵌套的目的片段,与其它方法相比TAIL-PCR方法具有简便、特异、高效、快速和灵敏等特点,已经在拟南芥和水稻中获得了成功。

4.2.3 AIMS分离法:Gierl等建立的插入突变位点扩增法(Amplification of insertion Mutagenised sites AIMS)是以PCR为基础的分离转座子标签基因的方法,用它已经成功地从玉米Mu元件标签系统中分离了Bx1基因〔12〕。

其原理如图5所示,用2种限制性内切酶消化突变植株的基因组DNA,酶切片段一侧加上接头序列,再采用一组嵌套的插入序列特异引物和一个接头序列互补的引物进行PCR反应扩增插入序列的侧翼序列,为了减少扩增产物的复杂性,在与接头互补引物3’末端加上一个碱基(A\\\/T\\\/C\\\/G),分离的侧翼序列可作为探针筛选目的基因。

利用AIMS进行转座子插入侧翼序列的分离可以减少分析片段的复杂性,同时扩增产物可以不经任何纯化步骤,直接用作探针从cDNA文库或基因组文库中筛选目的基因。

但是AIMS也存在一些问题,如难获得500bp以上的片段,可能是由于人工的未切动的DNA片段存在或是TaqDNA聚合酶不能完全扩增,解决这一问题就需要寻找一些更合适的限制性内切酶。

5 展望 目前转座子元件是植物分子生物学操作和植物基因工程中分离克隆基因和研究基因功能最有力的工具之一,其中的一大类—反转录转座子具有分布广、异源转座高和受组织培养诱导激活等优势,因此它的发现和利用又为转座子标签的应用提供了更广阔的前景。

此外通过对现有转座元件的改造以及转座元件作为载体改造的工具,也将大大加速植物基因和功能序列的分离与研究,如利用转座子元件构建启动子捕捉载体,效率比T-DNA标签高〔11〕。

但转座子标签推广还存在一些困难,例如筛选鉴定转座元件引起的表型突变体。

目前,各种突变体筛选方法都在植物个体水平进行研究,先要得到基因型包含转座子插入突变的植株的种子,再在104~106个后代的群体中筛选突变体,工作量非常大,定向标签还要求有隐性纯合系可进行杂交。

最近开始研究利用单倍体进行细胞水平的突变体筛选,因为单倍体可直接表达隐性基因,瞿绍洪等鉴定了玉米转座因子Ac在单倍体烟草中的转座活性,这将有助于在单倍体细胞中进行转座因子研究〔15〕。

对转座子标签突变体筛选、标签基因分离等方面的改进将使这一技术更为完整,不仅为植物基因工程发展分离了更多的基因,同时可以大大促进植物基因表达机制等基础理论的研究。

生物—名词解释:转座子

转座(因)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。

复合型的转座因子称为转座子(trans—poson,Tn)。

这种转座因子带有同转座无关的一些基因,它的两端就是IS,构成了“左臂”和“右臂”。

两个“臂”可以是正向重复,也可以是反向重复。

这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座,也可以单独作为IS而转座。

-----------------------以下仅供了解-----------------转座子是细菌细胞里发现的一种复合型转座因子,这种转座因子带有同转座无关的一些基因,如抗药性基因;它的两端就是IS,构成了“左臂”和“右臂”。

两个“臂”可以是正向重复,也可以是反向重复。

这种复合型的转座因子称为转座子(trans—poson,Tn)。

这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座,也可以单独作为IS而转座。

Tn两端的IS有的是完全相同的,有的则有差别。

当两端的IS完全相同时,每一个IS都可使转座子转座;当两端是不同的IS时,则转座子的转座取决于其中的一个IS。

Tn有抗生素的抗性基因,Tn很容易从细菌染色体转座到噬菌体基因组或是接合型的质粒。

因此,Tn可以很快地传播到其他细菌细胞,这是自然界中细菌产生抗药性的重要来源。

两个相邻的IS可以使处于它们中间的DNA移动,同时也可制造出新的转座子。

Tn10的两端是两个取向相反的IS1O,中间有抗四环素的抗性基因(TetR),当TnlO整合在一个环状DNA分子中间时,就可以产生新的转座子。

当转座子转座插人宿主DNA时,在插入处产生正向重复序列,其过程是这样的:先是在靶DNA插入处产生交错的切口,使靶DNA产生两个突出的单链末端,然后转座子同单链连接,留下的缺口补平,最后就在转座子插入处生成了宿主DNA的正向重复。

已知的转座因子的转座途径有两种:复制转座和非复制转座。

1.复制转座(replicative transposition) 转座因子在转座期间先复制一份拷贝,而后拷贝转座到新的位置,在原先的位置上仍然保留原来的转座因子。

复制转座有转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)的参与。

转座酶作用于原来的转座因子的末端,解离酶则作用于复制的拷贝。

TnA是复制转座的例子。

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)。

------------------------以下仅供参考-------------------------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〕。

克隆转座子主要有两条途径:其一,利用抗体识别或cDNA探针从野生型植株中获得表达量降低或不稳定基因座的序列,再从突变体中分离得到相应的转座子:其二是根据序列同源性,在基因组的不同位置分离同一家族的转座子成员。

目前已经克隆的植物转座子约156种(来自Genbank的报告),表1列出了常用于转座子标签的一些植物转座子。

表1 常用植物转座子标签的转座子名 称 来 源 类 型 Ac(Activator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Ds(Dissociation) 玉米 Ⅰ类非自主型转座子 Mu(Mutator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Spm\\\/En 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Tam 金鱼草 Ⅰ类自主型转座子 dTphl 拟南芥 Ⅰ类自主型转座子 Tos17 水稻 反转录转座子 2 转座子标签的转座元件体系 1984年首次用转座子标签法克隆了玉米bronze基因之后,在其它高等植物中一直没有发现象Ac\\\/Ds、Spm\\\/En类转座活性很高的转座子,因此在很长一段时间内都是利用玉米和金鱼草中转座性质较清楚的内源自主性转座子。

B.Baker等人首先证明了玉米的Ac\\\/Ds转座元件在转基因烟草中有作用,此后又发现Ac\\\/Ds在其他许多物种中如拟南芥、蕃茄、矮牵牛、亚麻、马铃薯、黄豆和水稻中都有活性〔5〕。

1993年用Ac元件从矮牵牛中成功地克隆了一个花色素苷合成基因,开创了用外源转座子在异源宿主中分离克隆基因的先河〔6〕。

目前植物基因工程常用的转座元件体系分为天然和人工改造两大类,前者包括自主元件单因子体系和反转录转座元件体系,后者主要是人工改造的双元因子体系。

2.1 自主转座元件单因子体系:自主转座元件单因子体系利用了转座活性较高的自主转座子如玉米的Mu转座子、Ac转座子和矮牵牛的dTpH1转座子,已经克隆了拟南芥白化病基因(albino)、雄性育性基因、蕃茄的抗病基因Cf-9等基因〔7〕。

这一转座体系具有两大优点:一是在植物中插入拷贝数高,如Mu元件每个基因组平均拷贝数可达100以上,因此可以在大田自然培养条件下获得大量突变个体;二是只需筛选相对较少量的植株就能标记所有基因。

然而,这一体系也存在一些问题:自主转座元件高频率的转座有可能切除转座酶而留下一些序列导致永久突变;自主转座在体细胞内可能造成基因功能自动恢复;自主元件切除留下一些片段使转座元件不能与突变表型共分离,这些都增加了筛选克隆的困难,阻碍了转座子标签的推广〔8〕。

2.2 反转录转座元件体系:虽然反转录转座子作为一个整体,在整个植物基因组中拷贝数很多甚至是最多的一类成分,但它包括了许多亚群,有的亚群仅由一个或几个拷贝组成,这些以单拷贝或低拷贝方式存在的成分比较容易识别,同时实验证明反转录转座子的转座活动在组织培养中能被激活,因此它们是一类很有潜力的转座子标签体系。

1996年Hirchick等人就利用水稻反转录转座子Tos17建立了水稻基因敲除体系(gene knock-out system),Tos17可以在组织培养过程中被激活,插入水稻基因组中,使基因失效〔3〕。

1999年Sato等利用这一体系分离了6个水稻kn1—型同源异型框基因,发现了引起水稻植株矮化的突变基因OSH15〔9〕。

最近Lucas等将烟草中的有活性的Ty1-copia类反转录转座子导入拟南芥〔8〕,发现它在后者中进行了转座,新的拷贝插入到其它基因的可读框中。

之后又相继将它导入蕃茄和水稻中,在新的宿主中进行了表达,而且宿主的内源反转录转座子不影响新导入转座子的转座,说明反转录转座子并不受植物种类差异的影响。

双子叶植物中的反转录转座子不仅可在异源双子叶植物中转座,也可以在单子叶植物中表达,这为反转录转座子用于转座子标签提供了更广阔的前景。

2.3 双元转座子体系:双元转座子体系由一个非自主转座元件和一个改造过后自身不能转座的自主转座元件组成,后者仍编码转座酶引起前者的转座,分别构建含两个元件的植物表达载体,转化植物培育了分别含有非自主性转座子和转座酶的株系,再通过转基因植株杂交,在F2代就能获得大量由转座子引起的突变体。

Shimamoto等培育了含Ds转座元件和含Ac转座元件转座酶(AcTPase)基因的两种水稻株系(图1),通过杂交筛选得到了大量矮化、花期改变的突变体〔10〕。

图1 含有Ds元件和Ac转座酶的双元转座体系的构建A:缺失Ac元件的部分片段获得非自主性转座子Ds元件,加上35S启动子和潮霉素抗性基因。

B:构建编码转座酶的转座因子,Ac元件的转座酶片段与35S启动子相连。

为了减少筛选子代突变体的工作量,可以在构建的转座元件上插入用于筛选转化和切除的标记基因如抗生素抗性基因、除草剂抗性基因等。

Knapp等构建了带潮霉素磷酸转移酶基因的Ds元件DsHPT,并将该元件插入除草剂抗性基因(ABR)中(图2),潮霉素抗性基因用于筛选含Ds元件的转基因植株,BAR基因用于筛选Ds从T-DNA位点切除的转基因植株〔7〕。

图2 Ds元件的改造注:BL T-DNA左边界区; BR T-DNA左边界区;Pnos胭脂碱合成酶启动子;HPT潮霉素磷酸转移酶基因;BAR抗除草剂基因;P35S烟草花叶病毒35S启动子;NPTII新霉素磷酸转移酶II。

3 标签的策略 根据利用转座子标签的目的不同,可以采取两种方式的标签策略:定向标签和随机标签。

3.1 定向标签(directed tagging):定向标签是用一个稳定遗传的稳性纯合体与一个带有活跃转座元件的显性纯合体杂交,杂交后代可能产生3种表型:跟显性亲本表型一致,新的表型与隐性亲本表型一致,后两种子代是由于转座子插入了显性等位基因座。

这一策略可以在F1代直接“标签”感兴趣的目的基因〔11〕。

3.2 随机标签(random tagging):随机标签是将带有功能性转位因子的显性纯合系植株与不带转位因子的同种植株杂交,产生的F1子代再自交,在F2代中就可筛选到转座子随机插入引起突变表型的突变株,这一策略的目的是为了发现、鉴定带有多种不同特征的新突变〔11〕。

4 标签基因的分离和克隆4.1 Southern-based分离法:这是转座子标签分离克隆“标签”基因的常用方法,它是通过杂交得到纯合突变株,构建该类突变株的核基因文库,以转座子片作作为探针从该基因文库中筛选中同源的转座子,因为转座子已插入目的基因中,于是就筛选得到含突变基因的片段,再将这一片段亚克隆标记作为探针,去筛选另一个正常植株的核基因文库,获得完整的正常目的基因。

为了增加转座子插入特定基因的机率,需要采用高效转座子体系,如玉米的Mu元件,但它的标签群在一个基因组内可达100个拷贝,这又给Southern-based分离法分析突变现象,鉴定特定插入序列的工作带来了相当大的工作量,只能通过多代与含低拷贝数元件的株系杂交来减少每一植株中插入序列的数量〔12〕。

4.2 PCR-based分离法4.2.1 反向PCR分离法:Souer等1995年设计了将反向PCR(Inverse polymerase chain reaction, IPCR)和差别筛选结合的方法,从矮牵牛W138中分离了高效转座子标签dTph1标记的基因(图3)〔13〕。

W138中含有200个拷贝以上的内源dTph1元件,自交后代形成大量不稳定的突变本,包括花色素合成、植物和花发育、育性或叶绿素合成等方面的突变体,用常规方法分离新基因需花大量的时间将突变株与含低拷贝数转座元件的株系多次杂交。

Souer等利用反向PCR扩增突变体和野生型的dTph侧翼序列,其中突变体的扩增产物克隆到M13mp18载体上,感染细菌,再以突变体和野生型的扩增片段为探针与噬菌斑复制滤膜杂交,筛选差示克隆,分离dTph1插入的侧翼片段作为探针,再从野生型基因文库中筛选基因。

反向PCR和差别筛选结合的方法不仅仅可以用于分离高拷贝转座子元件标签的基因,而且可以用于克隆基它植物轻微变异株中被标签基因,加速低拷贝转座元件标签基因的分离。

此外,采用嵌套的反向PCR引物可以提高有效扩增dTph1侧翼序列的产量〔13〕。

图3 特异性克隆突变植株转座元件侧翼序列4.2.2 TAIL-PCR分离法:刘耀光等设计热不对称交错PCR方法,(Thermal asymmetric interlaced PCR TAIL-PCR)最初用于YAC和Pl载体克隆基因的分离,后又用于转座子标签基因的分离,取得了成功〔14〕。

其基本原理是利用多个嵌套的转座子插入序列特异性引物和一个短的随机简并引物(Arbitrary degenerate primer AD)组合,以突变体基因组DNA为模板,进行多次PCR反应,特异性引物的Tm值一般在57-62℃间,而AD引物的Tm值则在44-46℃范围,采取高温特异性扩增与低温随机扩增相间进行的方法,最后获得转座子插入侧翼区特异性扩增片段,可作为探针,筛选分离基因(图4)。

图4 TAIL-PCR特异性扩增插入位点侧翼基因组序列流程图 TAIL-PCR分离法可以降低非侧翼区特异产物的背景,同时它可以产生2个以上嵌套的目的片段,与其它方法相比TAIL-PCR方法具有简便、特异、高效、快速和灵敏等特点,已经在拟南芥和水稻中获得了成功。

4.2.3 AIMS分离法:Gierl等建立的插入突变位点扩增法(Amplification of insertion Mutagenised sites AIMS)是以PCR为基础的分离转座子标签基因的方法,用它已经成功地从玉米Mu元件标签系统中分离了Bx1基因〔12〕。

其原理如图5所示,用2种限制性内切酶消化突变植株的基因组DNA,酶切片段一侧加上接头序列,再采用一组嵌套的插入序列特异引物和一个接头序列互补的引物进行PCR反应扩增插入序列的侧翼序列,为了减少扩增产物的复杂性,在与接头互补引物3’末端加上一个碱基(A\\\/T\\\/C\\\/G),分离的侧翼序列可作为探针筛选目的基因。

利用AIMS进行转座子插入侧翼序列的分离可以减少分析片段的复杂性,同时扩增产物可以不经任何纯化步骤,直接用作探针从cDNA文库或基因组文库中筛选目的基因。

但是AIMS也存在一些问题,如难获得500bp以上的片段,可能是由于人工的未切动的DNA片段存在或是TaqDNA聚合酶不能完全扩增,解决这一问题就需要寻找一些更合适的限制性内切酶。

5 展望 目前转座子元件是植物分子生物学操作和植物基因工程中分离克隆基因和研究基因功能最有力的工具之一,其中的一大类—反转录转座子具有分布广、异源转座高和受组织培养诱导激活等优势,因此它的发现和利用又为转座子标签的应用提供了更广阔的前景。

此外通过对现有转座元件的改造以及转座元件作为载体改造的工具,也将大大加速植物基因和功能序列的分离与研究,如利用转座子元件构建启动子捕捉载体,效率比T-DNA标签高〔11〕。

但转座子标签推广还存在一些困难,例如筛选鉴定转座元件引起的表型突变体。

目前,各种突变体筛选方法都在植物个体水平进行研究,先要得到基因型包含转座子插入突变的植株的种子,再在104~106个后代的群体中筛选突变体,工作量非常大,定向标签还要求有隐性纯合系可进行杂交。

最近开始研究利用单倍体进行细胞水平的突变体筛选,因为单倍体可直接表达隐性基因,瞿绍洪等鉴定了玉米转座因子Ac在单倍体烟草中的转座活性,这将有助于在单倍体细胞中进行转座因子研究〔15〕。

对转座子标签突变体筛选、标签基因分离等方面的改进将使这一技术更为完整,不仅为植物基因工程发展分离了更多的基因,同时可以大大促进植物基因表达机制等基础理论的研究。

清华大学的师资力量有多强

北大是人文学科的比较多,清华大学是理工的为主,在研究问题上理工需要实验。

当然需要的经费比较多了。

就象中国搞硬件,要花费很多的经费。

而印度主攻软件,只要几台电脑就可以了。

这就是成本问题。

转座子的序列组成有何特点

两个相邻IS可以使处于中间的DNA移动,同时也可制造出新的转座子。

Tn10端是两个取向相反的IS1O,中间有抗素的抗性基因(TetR),当TnlO整合在一个环状DNA分子中间时,就可以产生新的转座子。

当转座子转座插人宿主DNA时,在插入处产生正向重复序列,其过程是这样的:先是在靶DNA插入处产生交错的切口,使靶DNA产生两个突出的单链末端,然后转座子同单链连接,留下的缺口补平,最后就在转座子插入处生成了宿主DNA的正向重复。

已知的转座因子的转座途径有两种:复制转座和非复制转座。

1.复制转座(replicative transposition) 转座因子在转座期间先复制一份拷贝,而后拷贝转座到新的位置,在原先的位置上仍然保留原来的转座因子。

复制转座有转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)的参与。

转座酶作用于原来的转座因子的末端,解离酶则作用于复制的拷贝。

TnA是复制转座的例子。

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)。

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〕。

克隆转座子主要有两条途径:其一,利用抗体识别或cDNA探针从野生型植株中获得表达量降低或不稳定基因座的序列,再从突变体中分离得到相应的转座子:其二是根据序列同源性,在基因组的不同位置分离同一家族的转座子成员。

目前已经克隆的植物转座子约156种(来自Genbank的报告),表1列出了常用于转座子标签的一些植物转座子。

表1 常用植物转座子标签的转座子 名 称 来 源 类 型 Ac(Activator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Ds(Dissociation) 玉米 Ⅰ类非自主型转座子 Mu(Mutator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Spm\\\/En 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Tam 金鱼草 Ⅰ类自主型转座子 dTphl 拟南芥 Ⅰ类自主型转座子 Tos17 水稻 反转录转座子 2 转座子标签的转座元件体系 1984年首次用转座子标签法克隆了玉米bronze基因之后,在其它高等植物中一直没有发现象Ac\\\/Ds、Spm\\\/En类转座活性很高的转座子,因此在很长一段时间内都是利用玉米和金鱼草中转座性质较清楚的内源自主性转座子。

B.Baker等人首先证明了玉米的Ac\\\/Ds转座元件在转基因烟草中有作用,此后又发现Ac\\\/Ds在其他许多物种中如拟南芥、蕃茄、矮牵牛、亚麻、马铃薯、黄豆和水稻中都有活性〔5〕。

1993年用Ac元件从矮牵牛中成功地克隆了一个花色素苷合成基因,开创了用外源转座子在异源宿主中分离克隆基因的先河〔6〕。

目前植物基因工程常用的转座元件体系分为天然和人工改造两大类,前者包括自主元件单因子体系和反转录转座元件体系,后者主要是人工改造的双元因子体系。

2.1 自主转座元件单因子体系:自主转座元件单因子体系利用了转座活性较高的自主转座子如玉米的Mu转座子、Ac转座子和矮牵牛的dTpH1转座子,已经克隆了拟南芥白化病基因(albino)、雄性育性基因、蕃茄的抗病基因Cf-9等基因〔7〕。

这一转座体系具有两大优点:一是在植物中插入拷贝数高,如Mu元件每个基因组平均拷贝数可达100以上,因此可以在大田自然培养条件下获得大量突变个体;二是只需筛选相对较少量的植株就能标记所有基因。

然而,这一体系也存在一些问题:自主转座元件高频率的转座有可能切除转座酶而留下一些序列导致永久突变;自主转座在体细胞内可能造成基因功能自动恢复;自主元件切除留下一些片段使转座元件不能与突变表型共分离,这些都增加了筛选克隆的困难,阻碍了转座子标签的推广〔8〕。

2.2 反转录转座元件体系:虽然反转录转座子作为一个整体,在整个植物基因组中拷贝数很多甚至是最多的一类成分,但它包括了许多亚群,有的亚群仅由一个或几个拷贝组成,这些以单拷贝或低拷贝方式存在的成分比较容易识别,同时实验证明反转录转座子的转座活动在组织培养中能被激活,因此它们是一类很有潜力的转座子标签体系。

1996年Hirchick等人就利用水稻反转录转座子Tos17建立了水稻基因敲除体系(gene knock-out system),Tos17可以在组织培养过程中被激活,插入水稻基因组中,使基因失效〔3〕。

1999年Sato等利用这一体系分离了6个水稻kn1—型同源异型框基因,发现了引起水稻植株矮化的突变基因OSH15〔9〕。

最近Lucas等将烟草中的有活性的Ty1-copia类反转录转座子导入拟南芥〔8〕,发现它在后者中进行了转座,新的拷贝插入到其它基因的可读框中。

之后又相继将它导入蕃茄和水稻中,在新的宿主中进行了表达,而且宿主的内源反转录转座子不影响新导入转座子的转座,说明反转录转座子并不受植物种类差异的影响。

双子叶植物中的反转录转座子不仅可在异源双子叶植物中转座,也可以在单子叶植物中表达,这为反转录转座子用于转座子标签提供了更广阔的前景。

2.3 双元转座子体系:双元转座子体系由一个非自主转座元件和一个改造过后自身不能转座的自主转座元件组成,后者仍编码转座酶引起前者的转座,分别构建含两个元件的植物表达载体,转化植物培育了分别含有非自主性转座子和转座酶的株系,再通过转基因植株杂交,在F2代就能获得大量由转座子引起的突变体。

Shimamoto等培育了含Ds转座元件和含Ac转座元件转座酶(AcTPase)基因的两种水稻株系(图1),通过杂交筛选得到了大量矮化、花期改变的突变体〔10〕。

图1 含有Ds元件和Ac转座酶的 双元转座体系的构建 A:缺失Ac元件的部分片段获得非自主性转座子Ds元件,加上35S启动子和潮霉素抗性基因。

B:构建编码转座酶的转座因子,Ac元件的转座酶片段与35S启动子相连。

为了减少筛选子代突变体的工作量,可以在构建的转座元件上插入用于筛选转化和切除的标记基因如抗生素抗性基因、除草剂抗性基因等。

Knapp等构建了带潮霉素磷酸转移酶基因的Ds元件DsHPT,并将该元件插入除草剂抗性基因(ABR)中(图2),潮霉素抗性基因用于筛选含Ds元件的转基因植株,BAR基因用于筛选Ds从T-DNA位点切除的转基因植株〔7〕。

图2 Ds元件的改造 注:BL T-DNA左边界区; BR T-DNA左边界区; Pnos胭脂碱合成酶启动子;HPT潮霉素磷酸转移酶基因; BAR抗除草剂基因;P35S烟草花叶病毒35S启动子; NPTII新霉素磷酸转移酶II。

3 标签的策略 根据利用转座子标签的目的不同,可以采取两种方式的标签策略:定向标签和随机标签。

3.1 定向标签(directed tagging):定向标签是用一个稳定遗传的稳性纯合体与一个带有活跃转座元件的显性纯合体杂交,杂交后代可能产生3种表型:跟显性亲本表型一致,新的表型与隐性亲本表型一致,后两种子代是由于转座子插入了显性等位基因座。

这一策略可以在F1代直接“标签”感兴趣的目的基因〔11〕。

3.2 随机标签(random tagging):随机标签是将带有功能性转位因子的显性纯合系植株与不带转位因子的同种植株杂交,产生的F1子代再自交,在F2代中就可筛选到转座子随机插入引起突变表型的突变株,这一策略的目的是为了发现、鉴定带有多种不同特征的新突变〔11〕。

4 标签基因的分离和克隆 4.1 Southern-based分离法:这是转座子标签分离克隆“标签”基因的常用方法,它是通过杂交得到纯合突变株,构建该类突变株的核基因文库,以转座子片作作为探针从该基因文库中筛选中同源的转座子,因为转座子已插入目的基因中,于是就筛选得到含突变基因的片段,再将这一片段亚克隆标记作为探针,去筛选另一个正常植株的核基因文库,获得完整的正常目的基因。

为了增加转座子插入特定基因的机率,需要采用高效转座子体系,如玉米的Mu元件,但它的标签群在一个基因组内可达100个拷贝,这又给Southern-based分离法分析突变现象,鉴定特定插入序列的工作带来了相当大的工作量,只能通过多代与含低拷贝数元件的株系杂交来减少每一植株中插入序列的数量〔12〕。

4.2 PCR-based分离法 4.2.1 反向PCR分离法:Souer等1995年设计了将反向PCR(Inverse polymerase chain reaction, IPCR)和差别筛选结合的方法,从矮牵牛W138中分离了高效转座子标签dTph1标记的基因(图3)〔13〕。

W138中含有200个拷贝以上的内源dTph1元件,自交后代形成大量不稳定的突变本,包括花色素合成、植物和花发育、育性或叶绿素合成等方面的突变体,用常规方法分离新基因需花大量的时间将突变株与含低拷贝数转座元件的株系多次杂交。

Souer等利用反向PCR扩增突变体和野生型的dTph侧翼序列,其中突变体的扩增产物克隆到M13mp18载体上,感染细菌,再以突变体和野生型的扩增片段为探针与噬菌斑复制滤膜杂交,筛选差示克隆,分离dTph1插入的侧翼片段作为探针,再从野生型基因文库中筛选基因。

反向PCR和差别筛选结合的方法不仅仅可以用于分离高拷贝转座子元件标签的基因,而且可以用于克隆基它植物轻微变异株中被标签基因,加速低拷贝转座元件标签基因的分离。

此外,采用嵌套的反向PCR引物可以提高有效扩增dTph1侧翼序列的产量〔13〕。

图3 特异性克隆突变植株转座元件侧翼序列 4.2.2 TAIL-PCR分离法:刘耀光等设计热不对称交错PCR方法,(Thermal asymmetric interla ced PCR TAIL-PCR)最初用于YAC和Pl载体克隆基因的分离,后又用于转座子标签基因的分离,取得了成功〔14〕。

其基本原理是利用多个嵌套的转座子插入序列特异性引物和一个短的随机简并引物(Arbitrary degenerate primer AD)组合,以突变体基因组DNA为模板,进行多次PCR反应,特异性引物的Tm值一般在57-62℃间,而AD引物的Tm值则在44-46℃范围,采取高温特异性扩增与低温随机扩增相间进行的方法,最后获得转座子插入侧翼区特异性扩增片段,可作为探针,筛选分离基因(图4)。

图4 TAIL-PCR特异性扩增插入位点 侧翼基因组序列流程图 TAIL-PCR分离法可以降低非侧翼区特异产物的背景,同时它可以产生2个以上嵌套的目的片段,与其它方法相比TAIL-PCR方法具有简便、特异、高效、快速和灵敏等特点,已经在拟南芥和水稻中获得了成功。

4.2.3 AIMS分离法:Gierl等建立的插入突变位点扩增法(Amplification of insertion Mutagenised sites AIMS)是以PCR为基础的分离转座子标签基因的方法,用它已经成功地从玉米Mu元件标签系统中分离了Bx1基因〔12〕。

其原理如图5所示,用2种限制性内切酶消化突变植株的基因组DNA,酶切片段一侧加上接头序列,再采用一组嵌套的插入序列特异引物和一个接头序列互补的引物进行PCR反应扩增插入序列的侧翼序列,为了减少扩增产物的复杂性,在与接头互补引物3’末端加上一个碱基(A\\\/T\\\/C\\\/G),分离的侧翼序列可作为探针筛选目的基因。

利用AIMS进行转座子插入侧翼序列的分离可以减少分析片段的复杂性,同时扩增产物可以不经任何纯化步骤,直接用作探针从cDNA文库或基因组文库中筛选目的基因。

但是AIMS也存在一些问题,如难获得500bp以上的片段,可能是由于人工的未切动的DNA片段存在或是TaqDNA聚合酶不能完全扩增,解决这一问题就需要寻找一些更合适的限制性内切酶。

5 展望 目前转座子元件是植物分子生物学操作和植物基因工程中分离克隆基因和研究基因功能最有力的工具之一,其中的一大类—反转录转座子具有分布广、异源转座高和受组织培养诱导激活等优势,因此它的发现和利用又为转座子标签的应用提供了更广阔的前景。

此外通过对现有转座元件的改造以及转座元件作为载体改造的工具,也将大大加速植物基因和功能序列的分离与研究,如利用转座子元件构建启动子捕捉载体,效率比T-DNA标签高〔11〕。

但转座子标签推广还存在一些困难,例如筛选鉴定转座元件引起的表型突变体。

目前,各种突变体筛选方法都在植物个体水平进行研究,先要得到基因型包含转座子插入突变的植株的种子,再在104~106个后代的群体中筛选突变体,工作量非常大,定向标签还要求有隐性纯合系可进行杂交。

最近开始研究利用单倍体进行细胞水平的突变体筛选,因为单倍体可直接表达隐性基因,瞿绍洪等鉴定了玉米转座因子Ac在单倍体烟草中的转座活性,这将有助于在单倍体细胞中进行转座因子研究〔15〕。

对转座子标签突变体筛选、标签基因分离等方面的改进将使这一技术更为完整,不仅为植物基因工程发展分离了更多的基因,同时可以大大促进植物基因表达机制等基础理论的研究。

影响世界的50名著是什么

按照人类自身的细胞端粒结构,即时活十万岁也不是不可能的,按照哺乳动物的怀孕期与实际寿命的关系,人也起码可以活到200岁。

那么为什么人总是在100岁不到就死去了

中国有句古话:吃五谷杂粮,自身百病。

这句话就是揭示一切的真理。

人之所以,会死去,都是因为,慢性中毒

如果一个人可以拥有完美的解毒脏器,完美的细胞分裂系统,把每天因为摄入事物而带如体内的毒素全部分解并排除体外,那么就可以非常长久的活下去,因为,每天我的细胞都在死去,新的细胞又在新生,在我们年幼的时候,细胞分裂使我们不断的长大,当我们成年后,新细胞的产生和旧细胞的死去基本持平,理论上来讲,这个时候,只要我们的躯体够完美,就可一直保持不老,等到端粒因细胞分离而彻底断绝而死,这个过程会非常非常久。

但是我们的身体不是完美的,我们的脏器,会不断的积累自然中的毒素,导致各个方面的问题,我们的心情会直接影响细胞的健康,在不断的毒素积累下,最终导致人类的老化……后面的,你就知道了

上个世纪中,人类的平均寿命增加了30年,这可以说是人类五千年历史中最大的进步。

而百岁老人的人数从1990年到2000年间也增加了51%。

如何解释这些巨变呢

健康、教育、疾病预防和治疗方面的进步当然是必不可少的因素。

但你也许不知道,一些表面上看来似乎是不重要的生活习惯,或是你曾经的生活环境都能影响你的寿命。

一项最新的有关长寿的研究列出了一系列有科学依据的长寿征兆。

另外研究者们还给出了一些有助于长寿的建议。

来看看你是否具备长寿因素吧。

  1、你出生时母亲还很年轻  芝加哥大学的科学家们发现,一个出生时母亲年龄小于25岁的人活到100岁的几率是出生时母亲大于25岁的人的两倍。

他们认为大概是由于年轻母亲最先受孕的是她最好的卵子,因此产生更健康的后代。

  2、你很爱喝茶  每天喝1至2杯茶对心脏很有好处,不过要确保茶是当天新沏的。

超市里的即饮红茶则没有这样的健康效果。

另外,还有一些研究表明,喝牛奶会降低茶对心血管系统的保护效果。

因此如果要往茶水中添加其它的调味品,最好加蜂蜜或柠檬。

  3、多数时候你更愿意步行  一项对2603名男女进行的最新研究表明,每天坚持步行30分钟的人可定义为身体健康的人。

不管他们体内脂肪含量有多高,都要比每天步行少于30分钟的人更长寿。

同样,也有研究称肥胖妇女可通过每天增加10分钟的运动来改善其心脏健康状况。

因此午饭后不妨走路散散步,每天尽量以各种方式多做一点运动。

  4、你很少喝碳酸饮料  波士顿大学的科学家发现,每天饮一次或多次可乐会使你患代谢症候群的风险加倍。

代谢症候群是一种代谢异常聚集现象,主要包括高血压、血脂异常、糖尿病、腹部肥胖以及高尿酸与凝血因子的不正常等等,这些因素会增加患心血管疾病和糖尿病的风险。

实验发现,可乐中的一种着色添加剂会增加动物患代谢症候群的风险。

另外,科学家们推测,爱喝碳酸饮料的人由于其味蕾长期接触人造甜味剂,逐渐使其习惯于各种甜食,因此更易导致肥胖。

  应对策略:如果感到自己咖啡因瘾上来,改成喝茶;或者实在难忍,在饮料中加入一些果汁。

通过控制好血压和血脂、预防糖尿病和不吸烟,你就能增加6-9年的健康寿命。

  5、你有一双强健的腿  背靠墙站立,脚慢慢往前走,然后再退回来直到你保持一个平稳状态,但是背的下半部要始终紧贴着墙壁。

尽最大可能保持这种姿势,每天做一次,并且每次增加几秒钟的时间。

  6、你爱吃紫色食物  一项最新研究显示,紫葡萄、蓝莓和红葡萄酒富含多酚,多酚能使血管保持韧性,有助预防心脏病和老年痴呆症。

美国辛辛那提大学认知障碍研究中心主任马克·克里科瑞安博士称,凡是对冠状动脉有益的食物对脑血管也很有帮助。

对动物的初步研究表明,在饮食中增加黑葡萄能帮助改善大脑功能。

另有研究显示,每天喝一杯蓝莓果汁有助提升脑细胞功能,增加记忆力。

  7、你在青少年时期,体重保持在正常范围内  发表在《儿科学》杂志上的一项针对137名非裔美国人的研究,对他们从出生到28岁之间做了跟踪调查,研究表明,14岁时体重超重会增加成年时患Ⅱ型糖尿病的几率。

另外据美国心脏学会的数据显示,糖尿病患者得心脏病的几率是正常人的2-4倍。

  8、你不喜欢吃富含肉类的快餐  美国癌症研究院的一项报告显示,每周吃红肉超过18盎司会增加患结肠癌的风险;每天吃3.5盎司加工过的熟食肉类,比如热狗、腌熏腊肉等,患结肠癌的几率会增加42%。

  至于为什么红肉不健康,专家也不是很清楚,但有专家推测可能是因为肉类在烧烤、烟熏、腌干或用硝酸盐一类的防腐剂做防腐处理的过程中产生了致癌原。

  9、你曾经受过高等教育  哈佛医学院的一项最新研究表明,接受过12年正规教育的人,哪怕只受过1年的高等教育,要比受教育年限少于12年的人多活18个月。

据说,受教育越高,吸烟的可能性越小。

美国疾控中心的数据表明,受过高等教育的成人中约有10%的人吸烟,而学历为中学或者更低的人中约有35%的人吸烟。

  10、你有真心喜欢自己的朋友  美国西达克瑞斯特学院的心理学副教授迈卡·萨丁称,良好的人际关系是很好的减压剂,而知道有人一直支持着你,会让你身心都保持健康。

有研究显示,慢性压力削弱免疫系统的功能,使细胞加快老化,最终会使一个人寿命缩短4-8年。

  11、你的朋友也很健康  《新英格兰医学杂志》上的一项研究表明,如果你最要好的朋友体重增加了,那么同样情形发生在你身上的可能性是72%。

主要研究者尼古拉斯·克里塔基博士称,要想维持一种健康的生活方式,就应该与那些和自己有相同生活目标的人交往。

比如参加一个减肥健身的俱乐部,或者发展一个能和你长期一起散步的朋友等等。

  12、你喜欢接受新的挑战  有两项研究显示,那些自认为生活更有条理的、更自律的人活得更久,并且他们患老年痴呆症的几率要比没有他们勤奋认真的人低89%。

主要研究者罗伯特·威尔逊教授称,如果你善于控制你的注意力,那么你将能启用你大脑中的更多智慧。

设立一些个人或职业上的目标,并设定期限挑战自己,努力完成它们。

也可以尝试做一些新事情来刺激大脑,比如你爱读科幻小说,那么下次可以尝试读本传记,然后第二天再回忆一下阅读内容。

  13、你喜欢自己动手整理东西  一项研究表明,拖地、擦玻璃这些日常家务只要做一小时左右就能消耗约285大卡的热量,从而将死亡几率降低了30%。

  14、你是个乐天派  据《美国心理学家杂志》报道,约有17%的美国人是乐天派,他们对生活有着积极的态度,有明确的目的和很强的社会认同感,他们要比悲观派的人更健康。

美国埃默里大学的社会学教授科里·凯斯博士建议我们应该努力保持乐观的态度,积极寻求生活的意义。

在意大利的撒丁岛或日本的冲绳,那里有世界上最长寿的人们。

他们都很勤劳地工作,但是他们更注重和家人一起度过时间,提升自己的精神状态,并且喜欢帮助别人。

急须减肥

很好解决,你学习紧张可以试一试这个方法,每天早上用400毫升矿泉水,浸泡8粒天然果蔬纤维片,分2-3次喝完,持续一段时间,再加上适量的运动会有很好的效果的,这个方法很简单,又有实用,减肥不见健康。

建议还是不要轻易相信减肥药,不要拿自己的健康来开玩笑,  另外可以试一试这个方法  经过对茶饮料的多年研究,日本朝日啤酒和朝日饮料两家公司发现,原产于中国的普洱茶对维持减肥效果有非常明显的作用。

在通常情况下,人们仅通过节食就能减轻体重。

然而,饮食稍加放松,体重就会回到减肥前的状况,即所谓的“体重反弹”。

研究人员称,这是因为仅节食而不运动的减肥会使肌肉萎缩,从而导致基本的卡路里消耗量减少。

因此,节食减肥成功后,即使正常的饮食也会造成卡路里过剩,体重随之反弹。

  为了寻求抑制“体重反弹”的方法,研究人员对具有抑制脂肪吸收效果的茶饮料进行了研究。

研究人员给4组老鼠喂食富含类脂质的食物,使它们增加体重。

一段时间后,转而给这些老鼠喂食普通食物,各组老鼠的食物分别加入普洱茶、茉莉花茶、乌龙茶和混合茶四种茶叶的粉末。

  结果是令人振奋的。

除了食物中喂食拌有茉莉花茶粉末的老鼠11天后暂时减轻的体重又出现增长外,喂食其他茶叶粉末的老鼠体重基本没有增加。

尤其是喂食中加入普洱茶粉末的老鼠,体重下降非常明显,比其他组老鼠平均轻了8克。

  以普洱茶减肥最好在饭后饮用,每天1000毫升,就是两瓶矿泉水的量。

减肥效果因人而异,一般自律神经较活跃的人,一星期后体重就会有减轻。

普洱茶不但可以减肥,还可将体质调节到最佳状态。

所以,当减肥成功后,应该继续保持喝普洱茶的习惯,这样可以保证体重不会反弹。

  从古老的关于普洱茶药用功效的记述到现代物理、化学研究手段和方法的更新,不仅依赖于经验偏方及临床效果,而是从 生物化学、生物物理,分子生物学、遗传学的深度进行机理的研究.并从实验动物活体上取得可靠的结果。

普洱茶的药用功效, 自古以来就被广泛利用。

今日 能在曰本、韩国、德国、意大利、台湾及东南亚地区享有 “美容茶”、“减肥茶”、“益寿茶”、“窈窕茶”和 “瘦身茶”之誉,实在是除了解渴与品茗之处,最意外的收获了,而这也注定普洱茶将会有着更加辉煌的未来。

世界经典名著有那些

太多了 ~~ 不知道楼主想看哪一类哦 我简单说下~美国的《飘》《老人与海》《麦田里的守望者》《愤怒的葡萄》《第二十二条军规》《喧哗与躁动》《马丁伊登》《教父》《红字》《洛丽塔》法国的 《伪君子》《忏悔录》《红与黑》《茶花女》《局外人》《约翰。

克里斯朵夫》《包法利夫人》英国的《莎士比亚全集》《简爱》《大卫科波菲尔》《牛虻》《福尔摩斯探案记》《儿子与情人》苏俄的有《死灵魂》《罪与罚》《安娜卡列尼娜》《静静的顿河》《钢铁是怎样炼成的》《童年德国的《阴谋与爱情》《西线无故事》西班牙《堂吉柯德》澳大利亚《荆棘鸟》《老人与海》——“硬汉子”小说的杰作《变形记》——表现主义的典型之作。

《小王子》——关于生命和生活的寓言。

《麦田里的守望者》——被誉为美国当代文学中的“现代经典小说”之一《契诃夫短篇小说选》——世界最有影响的短篇小说。

等等楼主 这些名著大都是小说 很多人看名著只看情节 没有吸收到真正的养分 希望楼主看的时候可以参考网上的名著解析 或者专门的解析书籍 你会更加体会到这些作品的用意和伟大 它反映的社会现实 以及作者刻画人物形象的良苦用心

现在的社会太浮躁 很少大学生会静下来好好读名著了 楼主加油哦 文学 相信它会让你成为一个有修养有内涵的人 ~

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