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转座子

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一段细菌DNA转座子

转座因子(英語: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,移動到其他基因座[來源請求]

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]

請求來源转座子的发现,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。[來源請求]

芭芭拉·麦克林托克的發現

芭芭拉·麥克林托克 (Barbara McClintock) 在紐約冷泉港實驗室發現了玉米 (Zea mays) 中的第一個转座子。 麥克林托克正在試驗染色體斷裂的玉米植株[2]

在1944-1945年的冬天,麥克林托克種植了自花授粉的玉米粒,這意味著花的絲(花柱)從自己的花藥中接受了花粉[2]。 這些穀粒來自一長串自花授粉的植物,導致第九條染色體末端的斷臂[2]。 隨著玉米植株開始生長,麥克林托克注意到葉子上出現了不尋常的顏色圖案[2]。例如,一片葉子有兩個大小幾乎相同的白化斑塊,並排位於葉子上[2]。 麥克林托克假設,在細胞分裂過程中,某些細胞會失去遺傳物質,而其他細胞則獲得了它們失去的東西[3]。 然而,當她將當代植物的染色體與親代進行比較時,她發現染色體的某些部分已經改變了位置[3]。 這駁斥了當時流行的基因理論,即基因在染色體上的位置是固定的。 麥克林托克發現,基因不僅可以移動,而且還可以根據特定環境條件或在細胞發育的不同階段打開或關閉[3]

麥克林托克還表明,基因突變是可以逆轉的[4]。 她於1951年提交了關於她的發現的報告,並於1953年11月在《遺傳學》上發表了一篇題為《在玉米中選定基因座處誘導不穩定性》(Induction of Instability at Selected Loci in Maize)的文章[5]

在1951年的冷泉港研討會上,她首次公佈了她的發現,但她的演講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駁回和忽視,當時在細菌中發現转座子後,它被重新發現[7]。 1983年,她因發現转座子而獲得諾貝爾生理學或醫學獎,距她最初的研究已有30多年了[8]

分类

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

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

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)。[來源請求]

转座子与假基因

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。[來源請求]

参考文献

  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頁
  4. ^ McGrayne 1998,第167頁
  5. ^ McClintock B. Induction of Instability at Selected Loci in Maize. Genetics. November 1953, 38 (6): 579–99. PMC 1209627可免费查阅. 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可免费查阅. PMID 23236127. doi:10.1073/pnas.1219372109可免费查阅. 
  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). 

參考文獻

外部連結