尹洋

（信阳师范学院 生命科学学院，河南 信阳 464000）

转座子中关于转座机制及相关技术的探究

尹洋

（信阳师范学院 生命科学学院，河南 信阳 464000）

转座子是基因组上可自主复制和移动的DNA片段，广泛存在于生物界.转座子及相关技术在后基因组时代是研究基因组功能的重要手段和强大武器.概述转座子的基本性质、类型、调控机制及相关技术手段.

转座子；调控机制；相关技术

转座子即跳跃基因，它是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位，是基因组中可移动的一段DNA序列，可以从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置.转座子在实质就是基因组上一段不必借助于同原序列就可直接从基因组内的一个点跳跃到另一个点的可移动的DNA片段，也被称作可移动元件.目前，转座子标签技术、转座子激活标签技术等已被人们广泛关注与应用，相关研究也取得了一定成就.

1 转座子特征及类型

转座子具有末端反向重复序列，当转座发生插入作用时，受体分子中也会有一段靶序列自我复制，使插入的转座子至于其中；在转座子重新整合的位点会有一段正向DNA重复序列，其长度也会因转座子系统种类的不同而有所差异.转座子插入发生时，会使受体基因失活，或者引起DNA缺失、倒位等变化.相反的，转座子的插入作用也具有很强的作用.转座子系统本身也会因为其转座作用、平行移动、繁殖等活动进行扩散，也会因自然选择的压力或者自我选择性删除作用而使转座子丢失.

根据不同的转座机制，可以将转座子分为两种类型：一类是DNA转座子，也被称作ClassII元件.DNA转座子是通过“剪切-粘贴”机制进行转座.获得可移动片段有两种方式：DNA复制或直接切出，得到移动序列之后进行转座子的插入作用，引起基因的突变或重排.DNA转座子有可以分为自主转座子和非自主转座子.前者本身可以编码转座酶进行转座，后者则要在自主转座子存在是才能实现转座.二类是逆转座子，也被称为Class I元件.逆转座子通过“复制-粘贴”机制进行转座，其途径为转录DNA-RNA-反转录DNA.逆转座子的不断复制积累使宿主的基因组扩大.由于有启动子、增强子等元件的存在，影响被插入基因组的表达，在生物进化过程中具有不可忽略的影响.

2 转座子分布特征

伴随多种生物基因组测序序列的公布，基因组学和生物信息学等学科的快速发展，在对这些测序的基因组的研究发现转座子在这些生物的基因组中分布有一定的特征：（1）物种间的分布变化大；（2）转座子的插入是非随机模式；（3）转座子的分布与重组率存在负相关；（4）具有靶点特异性.

己有研究表明转座子占果绳基因组中的10-15%，在鼠基因组中转座子的比例为40%，而人类基因组有44%为转座子.在有些植物中转座子所占比例更高,如在小麦中转座子达到其基因组的80%,玉米中则达到基因组的84.2%.某些类型的转座子可能倾向于分布在基因间区,有的则倾向于基因内部,在近着丝粒区域也有转座子集中分布,而有的转座子可插入到同类型转座子内部等，如蒋宁等的研究表明4个MITE家族序列倾向于插入到自身内部，在对Copia和Gypsy转座子的免疫炎光定位研究中表明这些转座子倾向于分布在基因组的近着丝粒区一域.不同转座子类型具有不同的生物学功能，转座子分布的不随机性也与其所具有的不同功能有关.

3 转座子的调控机制

3.1 转座子系统本身介导的调控

主要有母本遗传以及过量抑制两种机制.就以DNA转座子型中的piggyBac转座子为例，来自棉铃虫HnPLE和来自银纹夜蛾AaPLE的转座酶,构建了Helper辅助质粒构建二元转化系统，用不同转座子的亚末端类型对不同宿主进行转座，在转座子酶AaPLE没有活性的情况下，但HaPLE可以识别自身与赤拟谷盗亚末端反向重复序列组合的重组供体，表明HaPLE具有转座活性并可以正常进行转座活动.当转座子缺失自身亚末端反向重复序列时,在宿主细胞中几乎不会表现出精确剪切.

3.2 宿主介导的调控

主要有转座子结合因子、DNA甲基化等因素影响.转座子结构以反向重复序列、转座酶基因、调控基因、阻遏物基因构成，另外，在复合型转座子中还会有较多类型的附加基因.在其构成中，转座子结合不同的因子，会影响基因组的调控和表达.例如玉米Mu转座子中，由于Mu1因子发生不同程度的切离转座，两种不同活性的Mu突变体中Mu1因子的多态性水平明显地比对照植株要高，再通过限制性酶切和重亚硫酸盐测序两种方法相结合，对玉米MuDR调控因子的TIRA和TIRB末端区域的DNA甲基化位点进行检测，结果表明，在突变体MuDR调控因子的TIRA和TIRB末端，发生了不同程度的去甲基化变异，这些位点的去甲基化变异直接影响着MuDR调控因子的活性变化，从而影响玉米Mu转座子的功能表达.

3.3 重复诱导的基因沉默

在转座子转座中，DNA序列的复制、插入等作用影响宿主基因组，为基因组的结构和功能进化提供了重要的机制，影响着基因的表达和调控.在其中主要因素有基因诱导的点突变，以及RNA的干扰.RNA干扰是指进化过程中与靶基因序列同源的双链RNA诱导的转录后特异性降解引发基因沉默现象，也是一种抑制转座子生理活动、影响基因表达调控的监查控治机制.

3.4 环境影响

通过实验研究发现，植物在逆境胁迫条件下表观遗传变化是引起转座子活性变异的重要机制.通过对一些模式植物如拟南芥和水稻的研究，人们已经对植物在逆境胁迫条件下控制转座子活性的表观遗传现象已经有了初步的认识.反转录转座子中长末端重复（LTR)是类似于反转录病毒的元件，其活性受到自身甲基化和环境因素的影响，反转录转座子的转座因DNA甲基化抑制，而外界环境的刺激却能够刺激并激活转座子，从而影响转座子插入位点周边基因的表达.通过对LTR反转录转座子中Gypsy超家族和Copia超家族编码部分同义非同义突变的分析表明，它们仍然受到较强的选择压力,而且似乎Gypsy超家族受到比Copia超家族更强的选择压力.

4 转座子相关技术

随着DNA测序及分子生物学的发展，关于转座子也出现许多新技术的应用.运用Southern杂交、原位杂交等方法捕获转座子，然后对其进行进一步研究.

4.1 转座子标签技术

由转座子的插入可能引起生物体的突变，以引起突变的转座子序列作为探针，再从突变体DNA文库中筛选以得到突变基因，再根据此片段从野生型基因文库中便可获得完整的基因，这段插入序列像是在宿主基因上的一张标签，因此被称作转座子标签.转座子标签技术就是运用转座子标签从野生型个体中分离并克隆出野生型基因，最终得到完整的基因的技术方法.转座子标签技术是在功能基因的研究中占有重要地位.转座子标签技术的科学依据是转座子的随机插入会引起突变，从而发展起来的用于研究基因功能的方法,在初期仅用于克隆植物基因,近年来成功地应用于酵母基因组功能研究之后,该技术才得以逐渐发展完善.设计转座子标签的时一般只保留完成转座过程的必需的转座子的片段,同时加入筛选标记与报道基因以便于后续基因的表达和筛选.转座标签中插入ORF,在其启动子控制下使不含有启动子的报道基因得以表达,以便于用于检测直接插入基因内部的标签.

利用转座子标签法分离基因时，通过含转座子质粒载体的构建，将之导入目的生物细胞中，然后对突变体进行分离和鉴定、检测转座子在宿主体内的活动性能，就可以分离克隆得到我们所需的目的基因.转座子进行转座时会因T-DNA整合到染色体中引起插入突变,并进而分离基因，提高了分离基因的效率.目前应用较为广泛的转座标签基础是细菌中的Tn3转座子、Mu噬菌体和酵母里的Ty结构.转座子标签技术可以精准、高效的的找到与表型相关的基因，切操作简便，在细菌、酵母以及植物、动物中对基因组功能的研究起到重要作用.

4.2 基因增补技术

“睡美人”转座子系统是一种易变的基因序列,在所有生物基因组中普遍存在并在其基因组中占据很大比例,对基因的表达调控产生很大影响,由于突变转位能力不足使转座子处于抑制状态，引起基因沉默，影响基因组功能的表达.基因增补技术，也就是非病毒转座子“睡美人苏醒”技术.在“睡美人”转座子系统中具有两套重复序列.当转座发生时，会插入到两重复序列之间，致使携带有基因的质粒载体在重复序列的末端形成转座酶的作用位点，接着定位在两重复序列外的转座酶活化，进而发生催化作用，使导入的基因可以很好的与宿主的基因组整合在一起，转座子系统会在两个重复序列末端分别加上特征性的标志，整个系统从沉默中苏醒进行基因的表达或遗传.

在植物中，具有转座子标签激活技术.激活标签技术是指将增强子或强启动子随机插入植物基因组，使增强子或强启动子插入位点侧翼原先不表达或弱表达的基因得到过量表达，从而产生显性的功能获得型突变.激活标签诱变法在1992年被提出，并构建启动子增强子序列载体，将其转入植物中，获得基因表达增强的突变体.激活标签技术的发明促进了对植物等基因功能的研究.

4.3 转座子定点杂交技术

运用DNA基因芯片绘图技术将一个突变体系中所有插入转座子的靶序列处理，可以确定全基因组样本在不同情况下的差别，用来判断基因的功能的技术.转座子定点杂交中宿主基因断裂比较均匀，利于杂交而且杂交完全，又快速又准确.

5 结语

转座子普遍存在于几乎每种生物中，在基因组功能的研究过程中，转座子是高效的研究手段.转座子在寻找新基因，确定生物体基因组功能，培养转基因物种，具有的修复与治疗，转座子插入微生物种群使之具有更高的生物降解能力改善并修复生态环境，另外还可以进行群体多样性的鉴别及系统发育分析等方面均有较多的应用.

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1673-260X（2015）09-0190-02