转座子

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转座因子(英语:Transposable element,亦称为转座元件跳跃子)是一类DNA序列,它们能够在基因组中通过转录逆转录,在内切酶(Nuclease)的作用下,移动到其他基因座[来源请求]

一段细菌DNA转座子

转座因子的这种行为,与假基因(Pseudogene)的出现颇有相似甚至相同之处。有些科学家将后者视为“基因化石”,是物种进化的痕迹之一[1]

请求来源转座子的发现,证明了基因组并不是一个静态的集合,而是一个不断在改变自身构成的动态有机体。根据转座因子“跳跃”方式的不同,转座因子被分为I型和II型转座子。[来源请求]

芭芭拉·麦克林托克的发现

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芭芭拉·麦克林托克 (Barbara McClintock) 在纽约冷泉港实验室发现了玉米 (Zea mays) 中的第一个转座子。 麦克林托克正在试验染色体断裂的玉米植株[2]

在1944-1945年的冬天,麦克林托克种植了自花授粉的玉米粒,这意味着花的丝(花柱)从自己的花药中接受了花粉[2]。 这些谷粒来自一长串自花授粉的植物,导致第九条染色体末端的断臂[2]。 随着玉米植株开始生长,麦克林托克注意到叶子上出现了不寻常的颜色图案[2]。例如,一片叶子有两个大小几乎相同的白化斑块,并排位于叶子上[2]。 麦克林托克假设,在细胞分裂过程中,某些细胞会失去遗传物质,而其他细胞则获得了它们失去的东西[3]。 然而,当她将当代植物的染色体与亲代进行比较时,她发现染色体的某些部分已经改变了位置[3]。 这驳斥了当时流行的基因理论,即基因在染色体上的位置是固定的。 麦克林托克发现,基因不仅可以移动,而且还可以根据特定环境条件或在细胞发育的不同阶段打开或关闭[3]

麦克林托克还表明,基因突变是可以逆转的[4]。 她于1951年提交了关于她的发现的报告,并于1953年11月在《遗传学》上发表了一篇题为《在玉米中选定基因座处诱导不稳定性》(Induction of Instability at Selected Loci in Maize)的文章[5]

在1951年的冷泉港研讨会上,她首次公布了她的发现,但她的演讲遭到了一片死寂一般的沉默[6]。 直到1960年代末至1970年代,她的工作在很大程度上被驳回和忽视,当时在细菌中发现转座子后,它被重新发现[7]。 1983年,她因发现转座子而获得诺贝尔生理学或医学奖,距她最初的研究已有30多年了[8]

分类

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转座子作为几种可动遗传因子之一,还可以根据其是复制-粘贴还是剪切-粘贴分为I型转座子和II型转座子两类[9]

I型转座子

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I型转座子转座中间体是RNA。I型转座子又被称为逆元件(Retro element)。该型转座子会先被转录为RNA,然后该RNA被逆转录,再次成为DNA,才被插入到目标位点中。

II型转座子

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相比起I型转座子的“复制后粘贴”,II型转座子的转座行为就是“剪切后粘贴”。II型转座中间体是DNA,其实就是它本身。因此II型转座子又被称为不复制转座子。这类型的转座子在结构上有其特点。首先是转座子序列的两端,是两段正向重复序列(direct repeat,简称dR),与它们接壤的是反向重复序列(invert repeat,简为iR),就是所谓的“回文”序列。然后才是中间的插入序列(Insert sequence,简为IS)。[来源请求]

转座子与假基因

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只要考察一下某些假基因的出现过程,就会发现转座子与假基因的出现颇有相似相同之处。假基因是一类本来正常,但后来因为突变或转座,而可能失去了原来功能的基因。说是可能,因为目前的一些研究发现,在环境压力下,某些假基因可以重新被激活,而某些假基因则有着调控基因表达的作用。可总结为“假作真时真亦假”。它们与原来的基因可能很相似,但又可以有很大差异,例如DPRX基因有7组假基因,DPRXP4(就是说DPRX的第四假基因)与原基因经过比对(Alignment),存在95%的相似序列。[来源请求]

参考文献

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  1. ^ Gerstein M.; Zheng D.: The real life of Pseudigenes; Scientific American 2006.08
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 McGrayne SB. Nobel Prize Women in Science: Their Lives, Struggles, and Momentous Discoveries 2nd. Carol Publishing. 1998: 165. ISBN 978-0-9702256-0-3. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 McGrayne 1998,第166页
  4. ^ McGrayne 1998,第167页
  5. ^ McClintock B. Induction of Instability at Selected Loci in Maize. Genetics. November 1953, 38 (6): 579–99. PMC 1209627 . PMID 17247459. doi:10.1093/genetics/38.6.579. 
  6. ^ Ravindran, S. Proceedings of the National Academy of Sciences Dec 2012, 109 (50) 20198-20199; DOI: 10.1073/pnas.1219372109. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2012, 109 (50): 20198–20199. PMC 3528533 . PMID 23236127. doi:10.1073/pnas.1219372109 . 
  7. ^ Des Jardins J. The Madame Curie Complex: The Hidden History of Women in Science. Feminist Press at CUNY. 2010: 246. ISBN 978-1-55861-655-4. 
  8. ^ Fedoroff N, Botstein D (编). The Dynamic Genome: Barbara McClintock's Ideas in the Century of Genetics. Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1 January 1992: 2. ISBN 978-0-87969-422-7. 
  9. ^ Wicker, Thomas; Sabot, François; Hua-Van, Aurélie; Bennetzen, Jeffrey L.; Capy, Pierre; Chalhoub, Boulos; Flavell, Andrew; Leroy, Philippe; Morgante, Michele; Panaud, Olivier; Paux, Etienne. A unified classification system for eukaryotic transposable elements. Nature Reviews Genetics. 2007-12, 8 (12) [2022-09-27]. ISSN 1471-0064. doi:10.1038/nrg2165. (原始内容存档于2022-11-23) (英语). 

参考文献

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外部链接

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