转座子及其相关技术的研究
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黄 春, 张万江
转座子系统;转座子相关技术,黄春,张万江,通讯作者,摘要,关键词:,0,引言,1转座子,1.1各种生物转座子的研究情况,1.1.1病毒基因组,1.1.2细菌基因组,1.1.3
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黄春, 张万江, 石河子大学医学院病理生理学教研室/石河子大学新疆地方与民族高发病省部共建教育部重点实验室 新疆维吾尔自治区石河子市 832002
国家自然科学基金资助课题, No. 30460129
通讯作者: 张万江, 832002, 新疆维吾尔自治区石河子市, 石河子大学医学院病理生理学教研室/石河子大学新疆地方与民族高发病省部共建教育部重点实验室. zwj1117@sina.com
电话: 0993-2057100
收稿日期: 2006-03-14 接受日期: 2006-05-08
摘要
本综述目的在于对转座子及其相关技术成果进行归纳总结. 人们已经用各种方法, 在生物界各个领域证实了转座子系统广泛存在. 利用转座子特有的转座功能, 将带有标记的转座子插入目的基因甚至基因组, 产生转座子标签技术、转座子定点杂交技术、转座子基因打靶技术和非病毒载体基因增补技术. 结果, 人们利用这些技术, 可以确定基因组的功能, 基因组间的功能差异; 可以改变目的基因的活性, 获得转基因生物; 可以阻断毒力基因, 获得基因疫苗; 可以促进基因整合, 进行基因治疗等. 转座子及其相关技术是后基因组时代, 人们解开基因组功能之谜的强有力武器.
关键词: 转座子系统; 转座子相关技术
黄春, 张万江. 转座子及其相关技术的研究. 世界华人消化杂志 2006;14(17):1714-1720
0 引言
“睡美人”转座子系统(sleeping beauty transpo-son system)于1930年由McClintock[1]提出, 因该系统自然状态下发生转座的能力不足, 大多数突变基因处于抑制“睡眠”状态而得名. 现已证实, 该系统普遍存在于生物基因组中, 甚至在人类细胞中也有发现[2]. 他对基因设计和基因调节有很大影响. 作为基因工具, 已大量用于基因功能的研究[3]. 由此发展起来的转座子标签技术, 已实现人工插入突变而不破坏原有基因功能的目的; 转座子定点杂交技术, 可全面确定微生物必需基因组功能差异; 转座子基因打靶技术, 能阻断毒力基因并鉴定他们在感染过程中的功能及其机制; 非病毒载体基因增补技术即转座子“睡美人苏醒”技术, 克服了基因治疗中缺乏转入基因整合, 阻碍长期表达的难题. 本文就转座子及其相关技术应用做一综述.
转座子(transposon)是存在于DNA上可自主复制和移位的基本单位. McClintock[1]首次在玉米中发现, 从此改变了人们对基因组序列稳定性的认识, 打破了遗传物质在染色体上呈线性固定排列的传统理论. 转座子插入新的位点后, 该位点附近的基因即受到抑制呈现隐性的“睡美人”表型. 一旦转座子在转座酶的作用下从这一位点上转走, 该位点的基因隐性表型又恢复为显性表型, 即“睡美人苏醒”. 调控转座酶和转座子活性的系统称为青蛙王子(Frog Prince). 目前认为, 多数生物体有自发突变且有重要表型效应出现的原因, 都源于转座子的可动性, 并且可以导致宿主基因组发生从点突变到染色体重排的一系列变化. 转座子在进化上为建立宿主基因特性起着重要作用. 用特异的开放阅读框捕获技术, 可以使自然散在的转座酶编码基因高表达, 人为催化激活转座子使其苏醒, 执行插入、黏贴、切除等任务, 目前已经应用于微生物、昆虫、植物、动物及人类基因组功能的研究[4]. 例如蛙类基因组含有Tc1水手转座子超家族, 呈自然失活状态, 转座酶与转座增强子序列末端结合, 在HMGB1蛋白协助下, 激活转座子, 使睡美人转座子苏醒[5].
转座子学说使McClintock荣获1983年诺贝尔生理医学奖[6]. 需要指出的是, 并不是所有具有转座子基因的个体都可以发生转座子转座. 转座能力个体间有很大差别, 通常情况下需要一个激活因子Ac. 当细胞中有Ac时转座子才发生转座, 细胞中无Ac时转座子处于静止状态, 他所控制的基因不能突变, 细胞中的染色体突变现象也就停止下来. 转座子的转座活动控制着结构基因的活性, 造成不同细胞内基因活性状态的差异. 这就为生物体发育和分化研究提供了新线索, 也为认识远缘杂交后代及组织培养中出现大量不稳定的变异类型提供了创建新技术的平台. 转座子学说首次在生物学史上提出基因调控模型[7], 对后来法国著名分子生物学家Monad提出操纵子学说提供了重要启示 ......
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