《可移动的遗传因子》课件

可移动的遗传因子遗传因子是构成生物体内部结构和功能的基础单位它们不仅可以在细胞内部转移有些还能在不同的生物体之间穿梭这种可移动的性质对生物的进化和遗传,多样性产生了深远的影响作者JY JacobYan可移动遗传因子的定义基本定义特殊性质可移动遗传因子是一类能够在基因组内自主移动和复制的序可移动遗传因子具有自身复制和转座的能力能够独立增加在基因DNA,列片段它们可以在染色体间或染色体内发生转位组中的拷贝数从而对基因组结构和功能产生重要影响,可移动遗传因子的特点高度多样性自主复制能力高频转座能力可移动遗传因子包括转座子和逆转录可移动遗传因子具有自身复制的能力能够可移动遗传因子具有高频转座的特点能够DNA,,转座子具有复杂的结构和功能表现出广泛在基因组中进行扩散和积累成为基因组的在染色体上不断跳跃造成基因组的重组和,,,,的多样性重要组成部分突变可移动遗传因子的分类转座子逆转录转座子12能够自主移动和复制的序先转录为然后再逆转录成DNA RNA,列可以在基因组内部随机插入插入基因组的一种特殊转,DNA新的位置座子转座子非转座子3LTR4LTR具有长末端重复序列的不含序列的一种转座子可LTR LTR,一种转座子广泛存在于真核生直接从复制插入新的位置,DNA物基因组中转座子DNA转座子是一类可以在基因组中移动和复制的遗传因子它们DNA可以自行切割并粘贴到新的位置在此过程中可能会引发基因突变,并改变基因组结构转座子由一个编码转座酶的基因组成转DNA,座酶负责识别和剪切序列实现其移动DNA,转座子的结构及功能DNA基本结构DNA转座子由两端的重复序列和中间的编码区组成编码区通常包含转座酶基因转座机制转座酶能够识别和切割DNA转座子两端的重复序列,然后将其插入到新的位点上功能分类•自身复制转座•无自身复制转座•切割型转座•复制型转座生物学特性DNA转座子可以改变基因组结构,引起基因突变,对生物体产生重要影响转座子的复制机制DNA复制1DNA转座子通过自身编码的复制酶和连接酶在染色体上进行复制增殖复制产生了新的DNA拷贝，这些拷贝可以进一步移动和插切割与插入入到其他基因组位点2转座子编码的酶可以切割染色体并将自身DNA片段插入到新的位置这个过程中转座子的DNA序列被复制并保留在原位点和新位裂解与连接3点插入位点的DNA被裂解并与转座子DNA两端的特定序列连接在一起这样转座子就被整合到新的基因组位点上，形成了新的拷贝转座子的转座方式DNA切割式转座1转座子切断宿主然后插入新位点DNA,复制式转座2转座子复制自身然后插入新位点,双向转座3转座子可以在正反向两个方向移动转座子有多种不同的转座方式包括切割式、复制式以及双向式转座切割式转座涉及转座子切断宿主并插入新的位点而复制式DNA,DNA,转座则是复制自身后再插入新位点此外还有一些转座子可以在正反向两个方向移动展现出双向转座的能力,,转座子的转座调控DNA转座子表达调控转座子的表达由多种转录因子和调控元件精细调控以维持基因组稳定性,表观遗传调控甲基化和组蛋白修饰等表观遗传机制参与调控转座子的活性和移动DNA环境响应细胞的各种应激反应如细胞凋亡、热休克等都能影响转座子的活性,,转座子自身扩增复制性转座非复制性转座转座子可通过复制性转座机制自有些转座子则采取剪切粘贴的非身复制并插入到新的位置从而实复制性转座模式直接从一处移动,,现扩增这是转座子能够大量积到新的位置这种方式虽然不会累并影响基因组结构和功能的关导致拷贝数增加但也能使转座子,键过程在基因组内扩散转座酶驱动转座子自身编码的转座酶是实现自身扩增的关键因素控制着转座的整个过,程这些专门的转座酶可以识别和切割目标位点实现转座插入,转座子对基因组的影响基因组结构改变转座子的插入会造成基因结构的改变如基因中断、基因融合等,基因表达调控转座子的插入可能会影响附近基因的表达造成基因功能的改变,基因组大小变化转座子的扩增会导致基因组的整体增大影响基因组的稳定性,基因重组频率增加转座子的移动会提高基因重组的机会促进基因组的动态变化,转座子在进化中的作用转座子在生物进化中起着重要作用可移动遗传因子通过自身复制和插入到新位点能产生基因变异为生物适应环境变化提供遗传多样性这些变异有利于物种,,在自然选择中获得优势从而推动生物进化,40%2/3基因组植物基因组占比45%90%人类基因组占比真核生物基因组占比转座子与疾病的关系基因组不稳定性基因断裂和重排基因调控失衡免疫系统紊乱过度活跃的转座子可引起基因转座子的插入可能导致基因的转座子的插入可能干扰基因的一些转座子可能影响免疫相关组不稳定性导致染色体畸变断裂或重排破坏基因的正常正常调控导致基因表达失调基因的表达造成免疫系统失,,,,,和基因突变从而增加患疾病功能引发各种遗传性疾病引发疾病发生衡增加自身免疫疾病的发生,,,的风险细菌中的可移动遗传因子细菌基因组中的转座子细菌质粒中的转座子元件转座子IS细菌基因组中广泛存在各种类型的转座子细菌质粒也是重要的转座子场所许多转座元件是一类短的转座子序列能在细,,IS DNA,它们能够在基因组内随机整合和转移在细子能够在质粒与染色体之间来回移动增加菌基因组中进行简单的切割粘贴转座对细,,,菌的适应和进化过程中起重要作用了基因的可塑性菌基因表达和进化产生重要影响原核生物中转座子的作用基因重组适应环境12转座子在原核生物中可以促进转座子驱动了细菌和古细菌的基因组的重组和重排带来新的快速进化帮助它们适应不同的,,遗传变异环境获得耐药性调控基因表达34转座子能携带抗生素抗性基因转座子可以整合到操纵子区域,,通过转座实现耐药性的水平传对附近基因的表达产生调控作播用真核生物中转座子的作用基因重组调控基因表达产生功能性基因转座子可引发基因重组改变基因编码并转座子可整合到基因启动子区域影响相转座子在染色体上随机插入有时可能会,,,产生新的表型特征在真核生物的进化过邻基因的表达水平从而参与调控基因的产生有利的基因突变增加物种适应性,,,程中起重要作用时空表达人类基因组中的转座子人类基因组中含有大量可移动遗传因子包括长散在重复序列、短散在重,LINE复序列和长末端重复序列转座子这些转座子占据了人类基因组的SINE LTR近是构成人类基因组结构和功能的重要组成部分50%,研究表明这些转座子通过多种机制参与基因表达调控、染色体重塑等过程对人,,类生命活动和进化发挥着关键作用同时转座子异常活化也与多种疾病的发生,相关成为一个重要的研究热点,转座子在医学研究中的应用基因编辑肿瘤研究利用转座子技术可进行高效准确的基转座子在帮助研究癌症发生机理和筛因编辑在治疗遗传性疾病方面有广阔查新的治疗靶点方面发挥重要作用,前景基因组分析基因传递转座子标记可用于基因组结构和进化利用转座子作为载体可实现有效的基的研究为疾病诊断和个性化医疗提供因转染在基因治疗中有广泛应用前景,,依据反向转录转座子反向转录机制逆转录病毒基因组改变反向转录转座子利用逆转录为然反向转录转座子的复制过程类似于逆转录病反向转录转座子的整合可引起基因突变增RNA DNA,,后整合到基因组中形成新的基因拷贝毒使用自身编码的酶完成逆转录过程加基因组的多样性影响基因表达,,,真核生物中的元件LINE元件简介元件的结构元件的转座过程元件的影响LINE LINE LINE LINE（元件包含有编码自身反元件利用其编码的反转元件的大量拷贝数可以LINE LongInterspersed LINE LINELINE）是真核转录酶和核酸结合蛋白的编码录酶将自身的逆转录成改变基因的表达同时也可能Nuclear Elements,RNA,生物基因组中最常见的自身转区以及在两端的非编码重复并插入到新的基因组位导致基因突变和染色体重排,DNA,座子之一元件能够自序列这些结构域使得置这个过程被称为切切粘它们在真核生物基因组中扮演LINELINE主复制并在基因组中插入新的元件能够自主复制并转座贴式的转座着重要的作用拷贝真核生物中的元件SINE短间隔重复序列无自主转座能力元件是真核生物基因组中最常见的可移动序列之一它们元件不能自主转座需要借助于其他转座子如元件才能进SINE DNASINE,,LINE,通常长度在个碱基对之间行扩增和转位100-500丰富多样影响基因表达元件可分为多个家族如、和等它们在不同物种基因元件的插入可能影响基因的表达模式从而影响生物体的表型SINE,Alu MIRB1,SINE,组中广泛分布真核生物中的转座子LTR结构复制机制1LTR2转座子包含两个长末端重转座子通过逆转录机制进LTR LTR复序列，这些序列起到行复制这样可以产生新的拷贝LTR,调控基因表达和转座的重要作插入到基因组其他位置用主要特征功能和影响34转座子在真核生物中广泛转座子可通过插入改变基LTR LTR存在是真核基因组中最常见和因表达在真核生物基因组演化,,最重要的可移动遗传元件之一中起重要作用外源性逆转录病毒逆转录病毒的结构逆转录病毒的感染过程逆转录病毒的复制机制逆转录病毒由基因组和逆转录酶组成逆转录病毒首先通过病毒包膜受体与宿主细逆转录病毒利用宿主细胞的复制系统复制自RNA它们入侵宿主细胞并将自身的遗传物质整合胞结合注入细胞内并转录为再整合进身产生新的病毒粒子并通过细胞释放感染,DNA,,,进宿主基因组宿主细胞基因组其他细胞内源性逆转录病毒逆转录病毒的特征拥有基因组通过逆转录过程复制自己的遗传物质RNA,整合到宿主DNA逆转录病毒能够整合到宿主细胞的基因组中成为染色体的一部分,在生物进化中的作用内源性逆转录病毒在生物进化过程中产生了重要的作用转座子在植物中的作用基因调控基因组重组对环境的响应植物转座子能影响基因表达和调控从而参转座子的插入和剪切活动可引发基因组的重转座子的活性受生物和非生物胁迫的影响,,与植物生长发育的调控过程组产生新的遗传变异参与植物对环境的适应,转座子在动物中的作用基因组重塑基因调控12转座子在动物基因组中不断增殖和扩散导致基因组结构的转座子可以插入到基因调控区域影响基因的表达和调控,,不断变化和重组新物种形成疾病发生34转座子带来的基因重组和变异有助于物种产生新的表型特征转座子的跳跃性插入可能导致基因功能的破坏诱发某些遗,,促进新物种的形成传性疾病可移动遗传因子研究的前沿生物信息学分析单细胞测序技术高通量测序基因编辑技术利用大数据和复杂算法分析基通过对单个细胞中转座子的分利用大规模并行测序技术可通过等基因编辑工具,CRISPR,因组序列可以发现新型的转析可以研究转座子在不同细以更全面和精确地鉴定基因组可以研究转座子对基因功能的,,座子及其分布规律胞类型和发育时期的动态变化中的各类转座子影响并开发新的应用,可移动遗传因子研究的意义深入了解生命演化揭示基因调控机制可移动遗传因子在中的复制可移动遗传因子参与基因表达调DNA和转位过程为探究生命体的起源控有助于认识复杂生物体的基因,和进化提供了重要线索调控网络应用于基因工程研究疾病发生机制可移动遗传因子的转座特性可用异常的可移动遗传因子活动与多于基因标记和基因转移在农业、种遗传性疾病和肿瘤的发生有关,,医药等领域有广泛应用为疾病机理研究提供线索可移动遗传因子未来的应用基因治疗基因编辑12利用转座子技术可以精准地插入治疗基因为各类遗传性疾转座子可被用作基因编辑工具实现精准的基因切割和插入,,,病患者带来希望在农业和医学上广泛应用生物信息学分析生物传感检测34转座子在基因组中的分布和活动模式为研究基因组结构和进利用转座子的特性可开发出新型的生物传感器实现快速、,化提供了重要依据高灵敏度的检测小结与展望本课程全面介绍了可移动遗传因子的定义、特点、分类及其在生物体中的作用和影响从转座子到真核生物中的、和转座子再到外源性和内DNA LINESINE LTR,源性逆转录病毒我们深入探讨了可移动遗传因子的多样性及其在进化和疾病发,生中的关键作用。