1、一、转座子种类一、转座子种类自主转座子自主转座子非自主转座子非自主转座子反转录转座子反转录转座子表表12-1 玉米的玉米的3个转座遗传因子系统及其控制的部分结构基因个转座遗传因子系统及其控制的部分结构基因1、确定基因突变发生的座位、确定基因突变发生的座位2、确定转座子类型、确定转座子类型3、确定自主因子类别、确定自主因子类别4、确定转座系统、确定转座系统 1A1A1(有色有色):2A1a1(有色有色):1a1a1(花斑花斑)自主转座子自主转座子9Ac-A1-(有色有色):3Ac-a1a1(Ds花斑花斑):3acacA1- (有色有色):acaca1a1(无色无色)非自主转座子非自主转座子自交自
2、交自主转座子的确定自主转座子的确定与已知非转座子测验种杂交与已知非转座子测验种杂交一、一、Dt-rDt系统系统Dt系统是系统是30年代在墨西哥黑甜玉米中发现的，其自主控制年代在墨西哥黑甜玉米中发现的，其自主控制因子因子Dt，位于，位于9号染色体短臂末端。至今已经发现了号染色体短臂末端。至今已经发现了6个独个独立的立的Dt基因突变，它们只能特异性地引起基因突变，它们只能特异性地引起a1座某些等位基座某些等位基因的不稳定突变。它的非自主控制因子为因的不稳定突变。它的非自主控制因子为rDt。rDt能够插入能够插入a1座，并对座，并对Dt发出的信号作出反应，引起发出的信号作出反应，引起a1的回复突变。
3、的回复突变。没有活性的没有活性的a1和和a1-m，在，在dt存在时，表现是稳定的，但在存在时，表现是稳定的，但在Dt存在时，存在时，都能发生特定频率的回复突变，出现不同活性水平的都能发生特定频率的回复突变，出现不同活性水平的A1。回复突变可。回复突变可以发生在个体发育的任何时期。在能够产生花青素的组织，引起叶片、以发生在个体发育的任何时期。在能够产生花青素的组织，引起叶片、花药、籽粒等产生大小不同的有色斑点（图花药、籽粒等产生大小不同的有色斑点（图12-1）。）。 图12-1 Dt-rDt系统对花药和叶片色素的影响图12-2 Dt-rDt系统的遗传自主因子自主因子AC-活化状态和失活状态活化状
4、态和失活状态 自主转座不引起染色体断裂自主转座不引起染色体断裂非自主因子三种作用状态非自主因子三种作用状态 1、抑制结构基因表达程度不同、抑制结构基因表达程度不同 2、结构基因恢复突变时间不同、结构基因恢复突变时间不同 3、回复突变频率不同、回复突变频率不同AC与与DS互作互作AC在活化状态时可引起在活化状态时可引起DS转座，可导致染色体断裂并产生转座，可导致染色体断裂并产生 BBF循环循环图12-3 Ac因子自主转座和对Ds的控制作用图图12-4 玉米玉米9号染色体在号染色体在Ac-Ds作用下引起的染色单体作用下引起的染色单体“断裂断裂-融合融合-桥桥”循循环环图图12-7 玉米玉米C座位控
5、制因子突变座位控制因子突变 a. 显性基因显性基因C产生有色糊粉层；产生有色糊粉层；b. Ds因子因子插入插入C座位，使座位，使C突变为突变为c-m，使糊粉层无色；，使糊粉层无色；c. 在在Ac存在时，可引起存在时，可引起Ds在在某些细胞转座，产生回复突变，故整个子粒呈现出在无色背景下散布着有色斑点。某些细胞转座，产生回复突变，故整个子粒呈现出在无色背景下散布着有色斑点。自主因子自主因子-SPm非自主因子非自主因子-I自主因子作用特点自主因子作用特点-SPm分为两个部分分为两个部分抑制基因抑制基因SP：通过控制因子对结构基因的表达起到完全抑制作用：通过控制因子对结构基因的表达起到完全抑制作用增
6、变基因增变基因m：能够引起控制因子的转座和状态变化，控制整个：能够引起控制因子的转座和状态变化，控制整个SPm因因 子转座。子转座。SP和和m的互作：只有的互作：只有SP正常，正常，m才能发挥作用。才能发挥作用。SP正常，正常，m发生状态变化，则影响发生状态变化，则影响 回复突变发生的时间和频率，回复突变发生的时间和频率，m失活，失活，SPm不能转座，非自主因子不能转座，非自主因子I 亦不能转座，但亦不能转座，但SP可以出现活化和失活状态的周期性变化。可以出现活化和失活状态的周期性变化。非自主因子非自主因子I作用特点：插入结构基因时，可部分抑制结构基因表达，在作用特点：插入结构基因时，可部分抑
7、制结构基因表达，在m基因活化时基因活化时可以转座，引起结构基因的回复突变。可以转座，引起结构基因的回复突变。图图12-9 Spm系统与结构基因系统与结构基因A的相互作用，以及玉米糊粉层的性状表现的相互作用，以及玉米糊粉层的性状表现图图12-10 不同不同Spm突变引起突变引起I因子转座时间与频率对玉米糊粉层的影响因子转座时间与频率对玉米糊粉层的影响左：转座发生得晚但频率高；中：转座发生得晚，频率低；右：转座发生得早左：转座发生得晚但频率高；中：转座发生得晚，频率低；右：转座发生得早图图12-11 Spm系统中，引变因子系统中，引变因子m失活，抑制因子失活，抑制因子Sp发生周期性变化对发生周期性
8、变化对A基因的影响，以及引起玉米糊粉层色素的变化。基因的影响，以及引起玉米糊粉层色素的变化。a. 无无Spm；b. Spm存在，但存在，但m无活性；无活性；c. Spm存在，存在，m无活性，无活性，Sp发生周期性变化发生周期性变化玉米果皮颜色玉米果皮颜色P基因的研究：基因的研究：P基因位于基因位于1号染色体长臂上，控制果皮和穗轴色素的形成。号染色体长臂上，控制果皮和穗轴色素的形成。AC即即MP可以引起此基因的回复突变。其因转座时间不同而产生不可以引起此基因的回复突变。其因转座时间不同而产生不同的表现型。同的表现型。图图12-13 Mp因子在染色体复制中转座的类型。因子在染色体复制中转座的类型。
9、a. Mp随染色体复制而复制，没有发生转座；随染色体复制而复制，没有发生转座；b. 复制后的复制后的Mp因子转座到尚未复制的染色体上，随着染色体再复制一次，结果一条染色因子转座到尚未复制的染色体上，随着染色体再复制一次，结果一条染色 体有两个；体有两个；c. 复制后的复制后的Mp因子转座到已经完成复制的染色子体上，结果，一条染色体有两个因子转座到已经完成复制的染色子体上，结果，一条染色体有两个Mp， 另一条没有另一条没有Mp一、分子基础一、分子基础ACDS系统系统图图12-14 带有带有Ac因子的因子的wx基因的单股基因的单股DNA与不带与不带Ac因子的回复突变因子的回复突变Wx基因单基因单股
10、股DNA分子杂交示意：分子杂交示意：Wx基因与基因与wx基因基因大部分区段可以发生联会，形成双链。只大部分区段可以发生联会，形成双链。只有有wx上的上的Ac因子因无互补序列而形成单因子因无互补序列而形成单股环股环图15 Ac因子与三个不同Ds因子的分子组成比较 Ds-a 只在Ac大基因编码区缺失了194个核苷酸Ds-b缺失了Ac核苷酸的1/2；Ds-c只保留了Ac因子的反向重复区从分离到的几个从分离到的几个Ds因子来看，其大小差别很大。第一个因子来看，其大小差别很大。第一个Ds很像很像Ac，只是缺失了，只是缺失了194个核苷酸，这部分缺失恰好发生在大基因编码区。由于个核苷酸，这部分缺失恰好发生
11、在大基因编码区。由于Ds的转座必须有的转座必须有Ac存存在，所以可以想象，这在，所以可以想象，这194个核苷酸的缺失，正好破坏了转座酶基因。第二个个核苷酸的缺失，正好破坏了转座酶基因。第二个Ds只有只有Ac长度的一半。一个最小的长度的一半。一个最小的Ds因子只有因子只有Ac长度的长度的1/10，仅仅包括了，仅仅包括了Ac因子因子的末端反向重复区。染色体上任何具有与的末端反向重复区。染色体上任何具有与Ac相似的反向末端重复序列的成分都相似的反向末端重复序列的成分都可能起到可能起到Ds的作用。这部分序列很可能已经包含了全部有关转座酶需要的识别、的作用。这部分序列很可能已经包含了全部有关转座酶需要的
12、识别、切除和转座的信息。切除和转座的信息。Ac因子则不然，在结构上不可能有太大的区别，因为它必因子则不然，在结构上不可能有太大的区别，因为它必须具有编码和表达转座酶的能力。从已经分离到的须具有编码和表达转座酶的能力。从已经分离到的3个个Ac的情况来看，它们几乎的情况来看，它们几乎是完全相等的。是完全相等的。Spm因子（从因子（从wx-84-4得到）和得到）和I因子（从因子（从wx-m8得到）分子的基本结构与得到）分子的基本结构与Ac和和Ds因子很因子很相似。它们分子的两端有一个由相似。它们分子的两端有一个由13个碱基对组成的反向重复序列个碱基对组成的反向重复序列TIR（CACTACAAGAAA
13、A）。紧挨着）。紧挨着TIR，是由以，是由以12个碱基对为基本单位个碱基对为基本单位（CCGACACTCTTA），以顺向或反向重复若干次，形成的各由大约），以顺向或反向重复若干次，形成的各由大约200个碱基对组成的个碱基对组成的“柄柄”（stem），柄中间是它们的功能单位。），柄中间是它们的功能单位。Spm因子由因子由8248bp组成，组成，I因子由因子由2.2kb组组成。它们之间的成。它们之间的6.2kb的差异导致了的差异导致了I因子转座能力的丧失。因子转座能力的丧失。Spm因子在因子在883碱基处失去了碱基处失去了6.2kb的的DNA序列，就形成了序列，就形成了I因子。对一系列分离到的因子
14、。对一系列分离到的I因子测定的结果，发现它们大都因子测定的结果，发现它们大都是由于是由于Spm因子内部缺失造成的。但有一个因子内部缺失造成的。但有一个I（dSpm）因子，其分子长度与）因子，其分子长度与Spm完全相完全相同，可能是由于点突变或者同，可能是由于点突变或者DNA分子的某些修饰作用所致，这种点突变或分子的某些修饰作用所致，这种点突变或DNA修饰作用修饰作用使使Spm丧失了自主转座能力。丧失了自主转座能力。图图12-16 I-8因子的分子结构因子的分子结构 它包含它包含3个外显子，它和个外显子，它和Spm之间的之间的差异在于在差异在于在883碱基处缺失了碱基处缺失了6.2kb的的DNA序列序列1、组培、组培2、病毒感染、病毒感染3、环境因素刺激、环境因素刺激图12-8 C基因与不同状态转座子互作的籽粒遗传表现
