转座子的分离克隆

跳跃基因也叫转座子，跳跃基因是那些能够进行自我复制，并能在生物染色体间移动的基因物质。它们具有扰乱被介入基因组成结构的潜在可能性，并被认为是导致生物基因发生渐变(有时候是突变)，并最终促使生物进化的根本原因。虽然像酵母这样的生物只有几十种跳跃基因，但哺乳动物体内一般却含有几十万数量的跳跃基因DNA，因此很难判断在哪里或是什么时候，甚至是否发生了跳跃。 科学家们说，人类的跳跃基因一般处于沉寂状态，因为它们所包含的指令很难被细胞阅读。于是，科研人员把这些跳跃基因的指令用一些细胞愿意接受的指令替代，从而制造出了一种非常活跃的人造跳跃基因。 科研人员发现，哺乳动物的细胞很好地接受了这种人造跳跃基因，并吸收了它所携带的信息，从而帮助这种基因跳跃。在一个对跳跃基因活性进行的标准测试中，这种人造跳跃基因跳跃的次数是自然跳跃基因的200倍。 科研人员已对这种人造基因申请了临时专利。 要想将一个基因从A位点转移到B位点，研究人员和基因治疗专家目前只有两个选择：使用一种能有效地将感兴趣基因输送到细胞中的病毒；质粒，一种能够做同样工作的经加工的DNA环。

跳跃基因又称之为转座子 在转座酶的帮助下,转座子自身进行复制,然后插入到另一段基因中；或者转座子直接从一个位点出来,转移到另一个位点. 其实人体内也有转座子,但是在500万年前已经全部失活,而相近的老鼠体内还是存在的. 具体可以百度“转座子”

跳跃基因的首先发现人是McClintock。1944年，麦克林托克因出色的工作当选了美国科学院院士，进步的脚步从未停下。40年代，首次发现了跳跃基因（转座子Transposon），30多年后，分子生物学技术发展起来证实了理论，科学界承认了跳跃基因的重要性，1983年她被授予了诺贝尔生理学或医学奖。

跳跃基因或转座子:一段可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用的DNA序列。 美国约翰斯·霍普金斯大学的科学家已经成功地将一种普通的人类跳跃基因转化成-种运动速度比普通老鼠和人类细胞中的跳跃基因快几百倍的超级跳跃基因。

巴巴拉·麦克林托克（barbaramcclintock，1902-1992）是20世纪具有传奇般经历的女科学家，她在玉米中发现了“会跳舞”的基因。基因在染色体上作线性排列，基因与基因之间的距离非常稳定。常规的交换和重组只发生在等位基因之间，并不扰乱这种距离。在显微镜下可见的、发生频率非常稀少的染色体倒位和相互易位等畸变才会改变基因的位置。可是，麦克林托克这位女遗传学家，竟然发现单个的基因会跳起舞来：从染色体的一个位置跳到另一个位置，甚至从一条染色体跳到另一条染色体上。麦克林托克称这种能跳动的基因为“转座因子”（目前通称“转座子”，transposon）。麦克林托克理论的影响是非常深远的，她发现能跳动的控制因子，可以调控玉米籽粒颜色基因的活动，这是生物学史上首次提出的基因调控模型，对后来莫诺和雅可布等提出操纵子学说提供了启发。转座因子的跳动和作用控制着结构基因的活动，造成不同的细胞内基因活性状态的差异，有可能为发育和分化研究提供新线索，说不定癌细胞的产生也与转座因子有关。转座因子能够从一段染色体中跑出来，再嵌入到另一段染色体中去，现代的dna重组和基因工程技术也从这里得到过启发。转座子的确是在内切酶的作用下，从一段染色体上被切下来，然后在连接酶的作用下再嵌入到另一切口中去的。我国遗传学者王身立教授曾在1982年与谈家桢教授一起预言，麦克林托克会获诺贝尔奖。翌年，麦克林托果然荣获诺贝尔生理学医学奖。

研究显示，章鱼在地上不会跳。但是章鱼的“跳跃基因”是高智商行为的关键原因。科学家们曾发现章鱼比一般的无脊椎动物更聪明，一项新研究或许找到个中原因：章鱼有着与人类类似的“跳跃基因”。据英国《每日邮报》27日报道，《BMC生物学》杂志近期刊登了一项全世界20多名学者的共同研究成果。他们利用基因测序技术检测章鱼神经系统中活跃基因的分子构成，在普通章鱼和加利福尼亚章鱼大脑中的同一位置发现“跳跃基因”。人类基因组和章鱼基因组都含有大量的“跳跃基因”，它们能够通过“复制和粘贴”的机制在基因组内移动。在人体内，这类“跳跃基因”与学习、记忆和其他认知能力息息相关，而在章鱼大脑中，“跳跃基因”也位于和认知能力相关的区域，这可能是章鱼经常表现高智商行为的关键原因。科学家们表示，人类和章鱼之间的这种相似性可能是一种趋同进化的案例，即两个相距甚远的物种为应对相同的需求，他们的分子独立地表现出相同的进化趋势。

断裂基因是指绝大部分真核基因编码区中的编码序列（外显子）被若干内含子序列（非编码序列）隔开了。跳跃记忆是基因组中有些片段可能从一个位置转移到另一位置，这些叫做转座子哦。有不同的转座机制，在基因组进化中有重要作用，现在活跃的转座子不多，可引起变异。有女科学家麦克林托克最先发现并在几十年后才被认可并获诺奖。

(1)结构基因：可编码RNA或蛋白质的一段DNA序列 (2)调控基因：其产物参与调控其他结构基因表达的基因 (3)重叠基因：指同一段DNA的编码顺序 ，由于阅读框架(ORF)的不同或终止早晚的不同，同时编码两个或两个以上多肽链的现象(4)隔裂基因：指一个结构基因内部为一个或更多的不翻译的编码顺序， 如内含子所隔裂的现象(5)跳跃基因：可作为插入因子和转座 因子移动的DNA序列，有人将它作为转座因子的同义词(6)假基因：同已知的基因相似，但位于不同位点，因缺失或突变而不能 转录或翻译，是没有功能的基因

芭芭拉·麦克林托克芭芭拉·麦克林托克是一位女科学家。19世纪下半叶到20世纪上半叶，遗传学界有三位伟大的科学家，他们的姓氏都以字母M开头。他们就是众所周知的孟德尔(Gregor Johann Mendel、摩尔根(Thomas Hunt Morgan)和麦克林托克(Barbara McClintock)。她以玉米遗传学的研究成果推动和促进了细胞遗传学这一遗传学分支学科的建立。但是，真正使她名垂科学史册的却是她在玉米中对可移动基因——转座基因（俗称“跳跃基因”）的研究。转座因子或转座子是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。 一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子，可分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。复旦生命学院为您解答，希望您能采纳，谢谢

转座因子或转座子是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子，可分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。转座子是一类在细菌的染色体,质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分,是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列.转拙子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。最简单的转座子不含又任何宿主基因而常被称为插入序列（IS），它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分转座(因)子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。 复合型的转座因子称为转座子(trans—poson，Tn)。这种转座因子带有同转座无关的一些基因，它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。 转座子是细菌细胞里发现的一种复合型转座因子，这种转座因子带有同转座无关的一些基因，如抗药性基因；它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这种复合型的转座因子称为转座子(trans—poson，Tn)。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。Tn两端的IS有的是完全相同的，有的则有差别。当两端的IS完全相同时，每一个IS都可使转座子转座；当两端是不同的IS时，则转座子的转座取决于其中的一个IS。Tn有抗生素的抗性基因，Tn很容易从细菌染色体转座到噬菌体基因组或是接合型的质粒。因此，Tn可以很快地传播到其他细菌细胞，这是自然界中细菌产生抗药性的重要来源。 两个相邻的IS可以使处于它们中间的DNA移动，同时也可制造出新的转座子。Tn10的两端是两个取向相反的IS1O，中间有抗四环素的抗性基因(TetR)，当TnlO整合在一个环状DNA分子中间时，就可以产生新的转座子。当转座子转座插人宿主DNA时，在插入处产生正向重复序列，其过程是这样的：先是在靶DNA插入处产生交错的切口，使靶DNA产生两个突出的单链末端，然后转座子同单链连接，留下的缺口补平，最后就在转座子插入处生成了宿主DNA的正向重复。已知的转座因子的转座途径有两种：复制转座和非复制转座。 1．复制转座(replicative transposition) 转座因子在转座期间先复制一份拷贝，而后拷贝转座到新的位置，在原先的位置上仍然保留原来的转座因子。复制转座有转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)的参与。转座酶作用于原来的转座因子的末端，解离酶则作用于复制的拷贝。TnA是复制转座的例子。 2．非复制转座(non-replicative transposition) 转座因子直接从原来位置上转座插入新的位置，并留在插入位置上，这种转座只需转座酶的作用。非复制转座的结果是在原来的位置上丢失了转座因子，而在插入位置上增加了转座因子。这可造成表型的变化。 保留转座(conservative transposition)也是非复制转座的一种类型。其特点是转座因子的切离和插人类似于入噬菌体的整合作用，所用的转座酶也是属于入整合酶(integrase)家族。出现这种转座的转座因子都比较大，而且转座的往往不只是转座因子自身，而是连同宿主的一部分DNA一起转座。 非复制转座可以是直接从供体分子的转座子两端产生双链断裂，使整个转座子释放出来，然后在受体分子上产生的交错接口处插入，这是“切割与黏接”(“cut and paste")的方式。另一种方式是在转座子分子同受体分子之间形成一种交换结构(crossover structure)，受体分子上产生交错的单链缺口，与酶切后产生的转座子单链游离末端连接，并在插入位点上产生正向重复序列；最 后，由此生成的交换结构经产生缺口(nick)而使转座子转座在受体分子。供体DNA分子上留下双链断裂，结果 或是供体分子被降解，或是被DNA修复系统识别而得到修复。 在复制转座过程中，转座和切离是两个独立事件。先是由转座酶分别切割转座子的供体和受体DNA分子。转座子的末端与受体DNA分子连接，并将转座子复制一份拷贝，由此生成的中间体即共整合体(cointegrat，)有转座子的两份拷贝。然后在转座子的两份拷贝间发生类似同源重组的反应，在解离酶的作用下，供体分子同受体分子分开，并且各带一份转座子拷贝。同时受体分子的靶位点序列也重复了一份拷贝。 酵母接合型的相互转换也是复制转座所产生。酿酒酵母(Saccharomvcescerf—visiae)的生命周期中有双倍体细胞和单倍体细胞两种类型。单倍体细胞则有a型和α型两种接合型(mating type)。单倍体酵母是a型还是α型，由单个基因座MAT所决定。MAT有一对等位基因MAT。和MATα，在同宗接合(homothallic)的酵母菌株中，酵母菌十分频繁地转换其接合型，即从a转换成α，然后在下一代又转换为a。这种转换和回复的频率已远远高于通常的自发突变，表明这不是通常的突变机制。现在已经知道，在MAT基因座两侧有两个基因带有MATα和ATα的拷贝，这就是HMLα和HMRα基因。这两个基因贮存了两种接合型等位基因，当转座给MAT基因座时就发生了接合型的转换。因此，MAT基因座是通过转座而转换其接合型的。MAT基因座的序列转换成另一个基因的序列，这种机制称为基因转换(gene convertion)。

一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子。转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。 执行转座功能的酶，通常由转座子编码，识别转座子两端的特异序列，能把转座子从相邻序列中脱离出来，再插入到新的DNA靶位点，无同源性要求。 转座子包括两端的反向重复序列和中间的转座基因。反向重复序列是转座酶结合的位置，中间的转座基因就是基因间来回跳跃的基因片段。 Tn5 全长约5.8kb，由编码三个抗生素（新霉素、博莱霉素、链霉素）的核心序列和两条倒置的IS50 序列组成，其中IS50R和IS50L的序列高度同源，只有IS50L的一个碱基存在突变。IS50具有19bp的倒置末端（外末端outsideend，OE和内末端inside end，IE），两倒置末端有7个bp不同，此倒置末端是转座酶（Tnp）的作用位点。IS50L和IS50R均含有编码转座酶（TnP）以及转座阻遏蛋白（lnh）的基因，但由于IS50L中的碱基突变，造成翻译提前终止，所以仅有IS50R可以产生正常的有活性的TnP和lnh。 转座发生时，两个转座酶分子结合到Tn5转座子的OE末端，形成两个Tnp-OE复合体，随后两个复合体联会，末端相互作用而二聚体化，形成由一个二聚体蛋白质和两分子DNA组成的联会复合体。形成该联会复合体后，Tnp才具有切割DNA的活性。形成这种结构有利于协同Tn5 DNA 链的切割和转移，有利于防止Tnp只对转座子DNA链的一端进行切割。结合在左末端的Tnp负责催化右末端的磷酸二酯键水解，而结合在右末端的Tnp负责催化左末端的磷酸二酯键水解。活化Tn p水分子，此活化的水分子水解DNA链，在Tn5的两末端分别形成两个3"-OH亲核基团，该亲核基团进而攻击互补链形成发夹结构。随后另一活化的水分子水解该发夹结构, 形成平末端的Tn5，整个联会复合体离开供体链，并结合到靶DNA上。Tn5的3"-OH亲核攻击靶序列，在转座子插入位点之间形成9bp的粘性末端，转座子的3"-OH同靶DNA的5"-P之间形成共价键，转座子就插入到靶序列之中。在DNA 聚合酶的作用下补平缺口，转座子的两端形成9 bp的正向重复序列。整个转座过程完成了基因从原始DNA被剪切之后粘贴在另一受体DNA 的过程，实现了基因的“跳跃”（如图）。 ATAC-seq也即Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing，是利用转座酶探究可接近性染色质高通量测序技术。

转座因子或转座子是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。 一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子，可分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。 转座子是一类在细菌的染色体,质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分,是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列. 转拙子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。最简单的转座子不含又任何宿主基因而常被称为插入序列（IS），它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分 转座(因)子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。 复合型的转座因子称为转座子(trans—poson，Tn)。这种转座因子带有同转座无关的一些基因，它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。 转座子是细菌细胞里发现的一种复合型转座因子，这种转座因子带有同转座无关的一些基因，如抗药性基因；它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这种复合型的转座因子称为转座子(trans—poson，Tn)。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。Tn两端的IS有的是完全相同的，有的则有差别。当两端的IS完全相同时，每一个IS都可使转座子转座；当两端是不同的IS时，则转座子的转座取决于其中的一个IS。Tn有抗生素的抗性基因，Tn很容易从细菌染色体转座到噬菌体基因组或是接合型的质粒。因此，Tn可以很快地传播到其他细菌细胞，这是自然界中细菌产生抗药性的重要来源。 两个相邻的IS可以使处于它们中间的DNA移动，同时也可制造出新的转座子。Tn10的两端是两个取向相反的IS1O，中间有抗四环素的抗性基因(TetR)，当TnlO整合在一个环状DNA分子中间时，就可以产生新的转座子。当转座子转座插人宿主DNA时，在插入处产生正向重复序列，其过程是这样的：先是在靶DNA插入处产生交错的切口，使靶DNA产生两个突出的单链末端，然后转座子同单链连接，留下的缺口补平，最后就在转座子插入处生成了宿主DNA的正向重复。已知的转座因子的转座途径有两种：复制转座和非复制转座。 1．复制转座(replicative transposition) 转座因子在转座期间先复制一份拷贝，而后拷贝转座到新的位置，在原先的位置上仍然保留原来的转座因子。复制转座有转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)的参与。转座酶作用于原来的转座因子的末端，解离酶则作用于复制的拷贝。TnA是复制转座的例子。 2．非复制转座(non-replicative transposition) 转座因子直接从原来位置上转座插入新的位置，并留在插入位置上，这种转座只需转座酶的作用。非复制转座的结果是在原来的位置上丢失了转座因子，而在插入位置上增加了转座因子。这可造成表型的变化。 保留转座(conservative transposition)也是非复制转座的一种类型。其特点是转座因子的切离和插人类似于入噬菌体的整合作用，所用的转座酶也是属于入整合酶(integrase)家族。出现这种转座的转座因子都比较大，而且转座的往往不只是转座因子自身，而是连同宿主的一部分DNA一起转座。 非复制转座可以是直接从供体分子的转座子两端产生双链断裂，使整个转座子释放出来，然后在受体分子上产生的交错接口处插入，这是“切割与黏接”(“cut and paste")的方式。另一种方式是在转座子分子同受体分子之间形成一种交换结构(crossover structure)，受体分子上产生交错的单链缺口，与酶切后产生的转座子单链游离末端连接，并在插入位点上产生正向重复序列；最 后，由此生成的交换结构经产生缺口(nick)而使转座子转座在受体分子。供体DNA分子上留下双链断裂，结果 或是供体分子被降解，或是被DNA修复系统识别而得到修复。 在复制转座过程中，转座和切离是两个独立事件。先是由转座酶分别切割转座子的供体和受体DNA分子。转座子的末端与受体DNA分子连接，并将转座子复制一份拷贝，由此生成的中间体即共整合体(cointegrat，)有转座子的两份拷贝。然后在转座子的两份拷贝间发生类似同源重组的反应，在解离酶的作用下，供体分子同受体分子分开，并且各带一份转座子拷贝。同时受体分子的靶位点序列也重复了一份拷贝。 酵母接合型的相互转换也是复制转座所产生。酿酒酵母(Saccharomvcescerf—visiae)的生命周期中有双倍体细胞和单倍体细胞两种类型。单倍体细胞则有a型和α型两种接合型(mating type)。单倍体酵母是a型还是α型，由单个基因座MAT所决定。MAT有一对等位基因MAT。和MATα，在同宗接合(homothallic)的酵母菌株中，酵母菌十分频繁地转换其接合型，即从a转换成α，然后在下一代又转换为a。这种转换和回复的频率已远远高于通常的自发突变，表明这不是通常的突变机制。现在已经知道，在MAT基因座两侧有两个基因带有MATα和ATα的拷贝，这就是HMLα和HMRα基因。这两个基因贮存了两种接合型等位基因，当转座给MAT基因座时就发生了接合型的转换。因此，MAT基因座是通过转座而转换其接合型的。MAT基因座的序列转换成另一个基因的序列，这种机制称为基因转换(gene convertion)。 1951年Barbara Mclintock首先在玉米中发现了控制元件，后来命名为转座元件或转座子(transposon)。转座子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。这一元件不仅可用于分析生物遗传进化上分子作用引起的一些现象，还为基因工程和分子生物学研究提供了强有力的工具，可以在不了解基因产物的生化性质和表达模式的情况下，分离克隆植物基因，即转座子标签(transposon tagging)，又称为转座子示踪法。其原理是利用转座子的插入造成基因突变，以转座子序列为基础，从突变株的基因文库中筛选出带有此转座子的克隆，它必定含有与转座子序列相邻的突变基因的部分序列，再利用这部分序列从野生型基因文库中获得完整的基因〔1〕。1984年，用转座子标签法首先在玉米中分离了bronze基因，该基因编码了玉米花色素合成途径的关键酶——UDP-葡萄糖类黄3-O-葡萄糖基转移酶〔2〕。此后还利用转座子标签技术分离了许多植物基因。 1 转座子概述 转座子可以分为两大类：以DNA-DNA方式转座的转座子和反转录转座子(retrotransposon)。第一类转座子可以通过DNA复制或直接切除两种方式获得可移片段，重新插入基因组DNA中。根据转座的自主性，这类元件又可以分为自主转座元件和非自主转座元件，前者本身能够编码转座酶而进行转座，后者则需在自主元件存在时方可转座，以玉米的Ac/Ds体系为例，Ac(Activator)属于自主元件，Ds(Dissociation)则是非自主元件，必需在Ac元件存在下才能转座〔1〕。第二类转座子又称为返座元(retroposon)〔3〕，是近年新发现的由RNA介导转座的转座元件，在结构和复制上与反转录病毒(retrovirus)类似，只是没有病毒感染必须的env基因，它通过转录合成mRNA,再逆转录合成新的元件整合到基因组中完成转座，每转座1次拷贝数就会增加1份，因此它是目前所知高等植物中数量最大的一类可活动遗传成分。目前共发现了3种类型反转录转座子：Tyl-copia类，Ty3-gypsy类和LINE(long interspersed nuclear Clements)类转座子，前两类是具有长末端重复的转座子，LINE类转座子没有长末端重复。高等植物中的反转录转座子主要属于Tyl-copia类，分布十分广泛，几乎覆盖了所有高等植物种类〔4〕。 克隆转座子主要有两条途径：其一，利用抗体识别或cDNA探针从野生型植株中获得表达量降低或不稳定基因座的序列，再从突变体中分离得到相应的转座子：其二是根据序列同源性，在基因组的不同位置分离同一家族的转座子成员。目前已经克隆的植物转座子约156种(来自Genbank的报告)，表1列出了常用于转座子标签的一些植物转座子。 表1 常用植物转座子标签的转座子 名 称 来 源 类 型 Ac(Activator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Ds(Dissociation) 玉米 Ⅰ类非自主型转座子 Mu(Mutator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Spm/En 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Tam 金鱼草 Ⅰ类自主型转座子 dTphl 拟南芥 Ⅰ类自主型转座子 Tos17 水稻 反转录转座子 2 转座子标签的转座元件体系 1984年首次用转座子标签法克隆了玉米bronze基因之后，在其它高等植物中一直没有发现象Ac/Ds、Spm/En类转座活性很高的转座子，因此在很长一段时间内都是利用玉米和金鱼草中转座性质较清楚的内源自主性转座子。B.Baker等人首先证明了玉米的Ac/Ds转座元件在转基因烟草中有作用，此后又发现Ac/Ds在其他许多物种中如拟南芥、蕃茄、矮牵牛、亚麻、马铃薯、黄豆和水稻中都有活性〔5〕。1993年用Ac元件从矮牵牛中成功地克隆了一个花色素苷合成基因，开创了用外源转座子在异源宿主中分离克隆基因的先河〔6〕。 目前植物基因工程常用的转座元件体系分为天然和人工改造两大类，前者包括自主元件单因子体系和反转录转座元件体系，后者主要是人工改造的双元因子体系。 2.1 自主转座元件单因子体系：自主转座元件单因子体系利用了转座活性较高的自主转座子如玉米的Mu转座子、Ac转座子和矮牵牛的dTpH1转座子，已经克隆了拟南芥白化病基因(albino)、雄性育性基因、蕃茄的抗病基因Cf-9等基因〔7〕。这一转座体系具有两大优点：一是在植物中插入拷贝数高，如Mu元件每个基因组平均拷贝数可达100以上，因此可以在大田自然培养条件下获得大量突变个体；二是只需筛选相对较少量的植株就能标记所有基因。然而，这一体系也存在一些问题：自主转座元件高频率的转座有可能切除转座酶而留下一些序列导致永久突变；自主转座在体细胞内可能造成基因功能自动恢复；自主元件切除留下一些片段使转座元件不能与突变表型共分离，这些都增加了筛选克隆的困难，阻碍了转座子标签的推广〔8〕。 2.2 反转录转座元件体系：虽然反转录转座子作为一个整体，在整个植物基因组中拷贝数很多甚至是最多的一类成分，但它包括了许多亚群，有的亚群仅由一个或几个拷贝组成，这些以单拷贝或低拷贝方式存在的成分比较容易识别，同时实验证明反转录转座子的转座活动在组织培养中能被激活，因此它们是一类很有潜力的转座子标签体系。1996年Hirchick等人就利用水稻反转录转座子Tos17建立了水稻基因敲除体系(gene knock-out system)，Tos17可以在组织培养过程中被激活，插入水稻基因组中，使基因失效〔3〕。1999年Sato等利用这一体系分离了6个水稻kn1—型同源异型框基因，发现了引起水稻植株矮化的突变基因OSH15〔9〕。 最近Lucas等将烟草中的有活性的Ty1-copia类反转录转座子导入拟南芥〔8〕，发现它在后者中进行了转座，新的拷贝插入到其它基因的可读框中。之后又相继将它导入蕃茄和水稻中，在新的宿主中进行了表达，而且宿主的内源反转录转座子不影响新导入转座子的转座，说明反转录转座子并不受植物种类差异的影响。双子叶植物中的反转录转座子不仅可在异源双子叶植物中转座，也可以在单子叶植物中表达，这为反转录转座子用于转座子标签提供了更广阔的前景。 2.3 双元转座子体系：双元转座子体系由一个非自主转座元件和一个改造过后自身不能转座的自主转座元件组成，后者仍编码转座酶引起前者的转座，分别构建含两个元件的植物表达载体，转化植物培育了分别含有非自主性转座子和转座酶的株系，再通过转基因植株杂交，在F2代就能获得大量由转座子引起的突变体。Shimamoto等培育了含Ds转座元件和含Ac转座元件转座酶(AcTPase)基因的两种水稻株系(图1)，通过杂交筛选得到了大量矮化、花期改变的突变体〔10〕。 图1 含有Ds元件和Ac转座酶的 双元转座体系的构建 A:缺失Ac元件的部分片段获得非自主性转座子Ds元件，加上35S启动子和潮霉素抗性基因。 B:构建编码转座酶的转座因子，Ac元件的转座酶片段与35S启动子相连。 为了减少筛选子代突变体的工作量，可以在构建的转座元件上插入用于筛选转化和切除的标记基因如抗生素抗性基因、除草剂抗性基因等。Knapp等构建了带潮霉素磷酸转移酶基因的Ds元件DsHPT，并将该元件插入除草剂抗性基因(ABR)中(图2)，潮霉素抗性基因用于筛选含Ds元件的转基因植株，BAR基因用于筛选Ds从T-DNA位点切除的转基因植株〔7〕。 图2 Ds元件的改造 注：BL T-DNA左边界区； BR T-DNA左边界区； Pnos胭脂碱合成酶启动子；HPT潮霉素磷酸转移酶基因； BAR抗除草剂基因；P35S烟草花叶病毒35S启动子； NPTII新霉素磷酸转移酶II。 3 标签的策略 根据利用转座子标签的目的不同，可以采取两种方式的标签策略：定向标签和随机标签。 3.1 定向标签(directed tagging)：定向标签是用一个稳定遗传的稳性纯合体与一个带有活跃转座元件的显性纯合体杂交，杂交后代可能产生3种表型：跟显性亲本表型一致，新的表型与隐性亲本表型一致，后两种子代是由于转座子插入了显性等位基因座。这一策略可以在F1代直接“标签”感兴趣的目的基因〔11〕。 3.2 随机标签(random tagging)：随机标签是将带有功能性转位因子的显性纯合系植株与不带转位因子的同种植株杂交，产生的F1子代再自交，在F2代中就可筛选到转座子随机插入引起突变表型的突变株，这一策略的目的是为了发现、鉴定带有多种不同特征的新突变〔11〕。 4 标签基因的分离和克隆 4.1 Southern-based分离法：这是转座子标签分离克隆“标签”基因的常用方法，它是通过杂交得到纯合突变株，构建该类突变株的核基因文库，以转座子片作作为探针从该基因文库中筛选中同源的转座子，因为转座子已插入目的基因中，于是就筛选得到含突变基因的片段，再将这一片段亚克隆标记作为探针，去筛选另一个正常植株的核基因文库，获得完整的正常目的基因。为了增加转座子插入特定基因的机率，需要采用高效转座子体系，如玉米的Mu元件，但它的标签群在一个基因组内可达100个拷贝，这又给Southern-based分离法分析突变现象，鉴定特定插入序列的工作带来了相当大的工作量，只能通过多代与含低拷贝数元件的株系杂交来减少每一植株中插入序列的数量〔12〕。 4.2 PCR-based分离法 4.2.1 反向PCR分离法：Souer等1995年设计了将反向PCR(Inverse polymerase chain reaction, IPCR)和差别筛选结合的方法，从矮牵牛W138中分离了高效转座子标签dTph1标记的基因(图3)〔13〕。W138中含有200个拷贝以上的内源dTph1元件，自交后代形成大量不稳定的突变本，包括花色素合成、植物和花发育、育性或叶绿素合成等方面的突变体，用常规方法分离新基因需花大量的时间将突变株与含低拷贝数转座元件的株系多次杂交。Souer等利用反向PCR扩增突变体和野生型的dTph侧翼序列，其中突变体的扩增产物克隆到M13mp18载体上，感染细菌，再以突变体和野生型的扩增片段为探针与噬菌斑复制滤膜杂交，筛选差示克隆，分离dTph1插入的侧翼片段作为探针，再从野生型基因文库中筛选基因。反向PCR和差别筛选结合的方法不仅仅可以用于分离高拷贝转座子元件标签的基因，而且可以用于克隆基它植物轻微变异株中被标签基因，加速低拷贝转座元件标签基因的分离。此外，采用嵌套的反向PCR引物可以提高有效扩增dTph1侧翼序列的产量〔13〕。 图3 特异性克隆突变植株转座元件侧翼序列 4.2.2 TAIL-PCR分离法：刘耀光等设计热不对称交错PCR方法，(Thermal asymmetric interla ced PCR TAIL-PCR)最初用于YAC和Pl载体克隆基因的分离，后又用于转座子标签基因的分离，取得了成功〔14〕。其基本原理是利用多个嵌套的转座子插入序列特异性引物和一个短的随机简并引物(Arbitrary degenerate primer AD)组合，以突变体基因组DNA为模板，进行多次PCR反应，特异性引物的Tm值一般在57-62℃间，而AD引物的Tm值则在44-46℃范围，采取高温特异性扩增与低温随机扩增相间进行的方法，最后获得转座子插入侧翼区特异性扩增片段，可作为探针，筛选分离基因(图4)。 图4 TAIL-PCR特异性扩增插入位点 侧翼基因组序列流程图 TAIL-PCR分离法可以降低非侧翼区特异产物的背景，同时它可以产生2个以上嵌套的目的片段，与其它方法相比TAIL-PCR方法具有简便、特异、高效、快速和灵敏等特点，已经在拟南芥和水稻中获得了成功。 4.2.3 AIMS分离法：Gierl等建立的插入突变位点扩增法(Amplification of insertion Mutagenised sites AIMS)是以PCR为基础的分离转座子标签基因的方法，用它已经成功地从玉米Mu元件标签系统中分离了Bx1基因〔12〕。其原理如图5所示，用2种限制性内切酶消化突变植株的基因组DNA，酶切片段一侧加上接头序列，再采用一组嵌套的插入序列特异引物和一个接头序列互补的引物进行PCR反应扩增插入序列的侧翼序列，为了减少扩增产物的复杂性，在与接头互补引物3"末端加上一个碱基(A/T/C/G)，分离的侧翼序列可作为探针筛选目的基因。 利用AIMS进行转座子插入侧翼序列的分离可以减少分析片段的复杂性，同时扩增产物可以不经任何纯化步骤，直接用作探针从cDNA文库或基因组文库中筛选目的基因。但是AIMS也存在一些问题，如难获得500bp以上的片段，可能是由于人工的未切动的DNA片段存在或是TaqDNA聚合酶不能完全扩增，解决这一问题就需要寻找一些更合适的限制性内切酶。 5 展望 目前转座子元件是植物分子生物学操作和植物基因工程中分离克隆基因和研究基因功能最有力的工具之一，其中的一大类—反转录转座子具有分布广、异源转座高和受组织培养诱导激活等优势，因此它的发现和利用又为转座子标签的应用提供了更广阔的前景。此外通过对现有转座元件的改造以及转座元件作为载体改造的工具，也将大大加速植物基因和功能序列的分离与研究，如利用转座子元件构建启动子捕捉载体，效率比T-DNA标签高〔11〕。 但转座子标签推广还存在一些困难，例如筛选鉴定转座元件引起的表型突变体。目前，各种突变体筛选方法都在植物个体水平进行研究，先要得到基因型包含转座子插入突变的植株的种子，再在104～106个后代的群体中筛选突变体，工作量非常大，定向标签还要求有隐性纯合系可进行杂交。最近开始研究利用单倍体进行细胞水平的突变体筛选，因为单倍体可直接表达隐性基因，瞿绍洪等鉴定了玉米转座因子Ac在单倍体烟草中的转座活性，这将有助于在单倍体细胞中进行转座因子研究〔15〕。 对转座子标签突变体筛选、标签基因分离等方面的改进将使这一技术更为完整，不仅为植物基因工程发展分离了更多的基因，同时可以大大促进植物基因表达机制等基础理论的研究。

拷贝数是指这个基因在一个细胞里面的个数。有些基因比如在哺乳动物雄性Y染色体上的，只有一个拷贝，其余一般是双拷贝，一份来一母亲，一份来自父亲，其中两条X染色体会有一条在发育过程中随机失活，否则女性就有病了，因为基因剂量加倍了。 还有些基因，在不同的染色体上的不同基因座上都存在，这种就是多拷贝。 还有，植物可以直接使整个基因组加倍，比如小麦玉米这是育种的一种方法。 有些转座子，可以随机扩增并插入不同的地方，这也是产生多拷贝的一个方法，这种又叫做跳跃基因。 转座子转座不当，可能产生新的蛋白质，引发肿等，典型的比如RAS持续活化导致的慢粒白血病，就是我不是药神里面那个病，真的是运气问题，只能怪自己。

转座子可以复制自身或者自身自由穿插在基因组内，有人认为它是病毒基因组的残留，也有认为是病毒的始祖（有学说认为病毒是细胞甩出去的东西）。有认为转座子会引起肿瘤，比如插入抑癌基因使其失活等等。人类细胞内的转座子在500万年前已全部失活，所以不用担心。自身具有转座酶的转座子可以进行自主复制和穿插，而失去转座酶的转座子需要依靠其他部分产生的转座酶进行转座，当然，也有转座子，其序列在漫长的进化过程中突变着突变着就失活了。

转座子的名词解释是：转座子指的是一段可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用的DNA序列。 美国约翰斯·霍普金斯大学的科学家已经成功地将一种普通的人类"跳跃基因"转化成一种运动速度比普通老鼠和人类细胞中的跳跃基因快几百倍的超级跳跃基因。转座子的应用：要想将一个基因从A位点转移到B位点，研究人员和基因治疗专家只有两个选择：使用一种能有效地将感兴趣基因输送到细胞中的病毒；质粒，一种能够做同样工作的经加工的DNA环。问题是，病毒是感染性的，并且一些类型的病毒偶尔会到达癌基因附近的靶标基因组，从而增加癌症风险。质粒不会有这种风险，但是它们却不能在细胞中有效率地复制自己，而这对达到引入靶标基因的最终目的至关重要。美国威斯康星—麦迪逊大学的研究人员指出，一种利用转座子或叫做“跳跃基因”的新非病毒基因传递系统的出现则提供了一种比病毒更安全、比质粒更有效的替代方法。

分子遗传学关于基因的概念 要点如下： 1、基因位于DNA分子上，一个基因相当于DNA分子上的一个区段。 2、每一个基因都携带有特殊的遗传信息，这些遗传信息或者被转录为RNA并进而翻译为多肽；或者只被转录为RNA即可行使功能；或者对其他基因的活动起调控作用。 3、基因在结构上并不是不可分割的最小单位，一个基因还可以划分为若干个小单位： ①突变单位（突变子 muton）：发生突变的最小单位。最小的突变子是一个核苷酸对。 ②重组单位（重组子 recon）：可交换的最小单位。最小的重组单位也可以只是一个核苷酸对。 ③功能单位（顺反子cistron，又叫作用子）：顺反子是基因中指导一条多肽链的合成DNA序列，平均大小约为500-1500bp。 顺反子是与经典概念的功能单位相当的概念，表示基因是一个在遗传功能上起作用的最小单位。 随着分子遗传学的不断发展，关于基因的认识也在不断地发展，是基因的概念有了新的内容。 结构基因（structural gene）：可以编码一个RNA分子或一条多肽链的一段DNA序列。 调控基因（regulator gene）：其产物参与调控其他结构基因表达的基因。 重叠基因（overlapping gene）：同一个DNA序列可以参与编码两个以上的RNA或多肽链。 不连续基因（splitting gene）：在一个基因内，编码序列（exon）与非编码序列（intron）相间排列。 跳跃基因（jumping gene）：可以在染色体上移动位置的基因。 假基因（pseudogene）：已经伤失功能，但是结构还存在的DNA序列。

1，阿达·洛芙莱斯(1815 - 1852年)英国著名数学家阿达·洛芙莱斯，被珍视为“第一位给计算机写程序的人”，计算机程序先驱者，为计算程序拟定“算法”，这是世界上首个算法，她的文章激发了艾伦·图灵对现代计算机的研究，美国国防部开发的编程语言是以她的名字命名的。2，多萝西·霍奇金(1910 - 1994年)多萝西·霍奇金是化学界的重要人物，也是获得诺贝尔奖的第三位女性。这位英国生物化学家是X光晶体学领域的先驱，能够找到并确认各种生物分子的结构，其中包括青霉素、胰岛素和维生素B12。3，芭芭拉·麦克林托克(1902 - 1992年)芭芭拉·麦克林托克是遗传学上最有影响力的科学家之一，她以玉米遗传学的研究成果推动和促进了细胞遗传学这一遗传学分支学科的建立，首个做出玉米遗传图谱的人，真正使她名垂科学史册的却是她在玉米中对可移动基因——转座基因（俗称“跳跃基因”）的研究，在1983年获得了诺贝尔生理学奖。4，玛丽亚·戈珀特－梅耶(1906 - 1972年)女性德裔美国物理学家，是核物理学界最重要的人物之一，发展了解释原子核结构的数学模型，她还在二战期间参与了曼哈顿计划，1963年获诺贝尔物理学奖，是第二位女性。美国物理协会奖设立玛丽亚·戈珀特－梅耶奖，纪念这位科学家。5，罗莎琳德·富兰克林(1920 - 1958)英国著名的物理化学家与晶体学家，专注于DNA、病毒、煤炭与石墨等物质的结构，制作了DNA的x射线衍射图，帮助沃森和克里克找到了DNA的双螺旋模型，此后她也领导了关于烟草花叶病毒与小儿麻痹病毒的研究，之后因支气管肺炎及卵巢癌逝世，只活了38岁。6，格特鲁德B·埃利昂(1918 - 1998年)美国著名的药理学，1988年获得诺贝尔生理学与医学奖，但她分享了成果，开发了一种用于治疗艾滋病的抗逆转录病毒药物AZ，还开发了治疗疟疾、白血病和疱疹的药物。7，伊伦·约里奥-居里(1897 - 1956年)著名的玛丽·居里的女儿，伊伦·约里奥-居里也是一位著名的科学家，她跟随父母的脚步，进行放射性研究。她在1935年获得诺贝尔化学奖，因为她发现了人工放射性。她和她的丈夫弗雷德里克也把硼变成了放射性氮，把铝变成了磷，镁变成了硅。8，利塞·迈特纳(1878 - 1968)利塞·迈特纳出生在奥地利，发现了核裂变，直到后来的原子弹发明，尽管她并不知道其研究很可怕，当纳粹起来后，不得不逃到瑞典，尽管她被拒绝获得诺贝尔奖，科学界对她的成果还是不能否认。9，珍·古道尔(1934)著名的黑猩猩专家，她二十多岁时前往非洲的原始森林，观察黑猩猩，记录它们的生活方式，生活在野外长达几十年，曾获得了联合国所颁发的马丁·路德·金反暴力奖，是联合国和平使者。10，居里夫人(1867 - 1934年)法国著名波兰裔科学家、物理学家、化学家，考虑到著名的女科学家，没有其他的女科学家的研成果能够超越她，两度获得诺贝尔奖，这是全球唯一一位女性，发现两种新元素钋和镭，开创放射性理论。在1903年，获得了诺贝尔物理学奖，于1911年，她获得了诺贝尔化学奖，死于白血病，享年66岁。

关于病毒的起源，目前主要有三种假设。作为具有遗传物质的有机体，病毒可能是从细胞演化而来，也可能起源自远古时期能自我复制的RNA分子。 病毒是一种微小的寄生体，在我们所生活的星球上无处不在。一个可能会让你震惊的事实是，地球上的病毒数量比宇宙中的恒星还多。 病毒与地球上其他的生命形式截然不同，既不能说它们是“死”的，但说它们“活着”也有些牵强。这些微生物存在的目的只有一个，那就是感染其他生物，无论是细菌、动物还是植物。 这些感染源从何而来？没有人真正知道答案。不过，科学家们提出了三种可能的病毒起源假说。 渐进假说 渐进假说（progressive hypothesis），顾名思义，是指病毒由简单的遗传片段发展而成。这与人类从类人猿进化而来的过程有些相似。 该理论认为，病毒只是特殊的遗传信息片段。这些基因片段以某种方式获得了在活细胞中自由进出的能力。毕竟，病毒实际上只是被蛋白质外壳保护的DNA或RNA片段。 最有趣的是，这一假说暗示了病毒可能来自于我们自身的基因。在我们的基因组中，有一类名为“转座子”的特殊基因。转座子也被称为“跳跃基因”，足见它们的特殊性。这类基因具有从基因组中某个位置“跳跃”到另一个位置的能力，换言之，它们可以从原本的位置解离或通过复制转移到另一个基因位点上。 像人类免疫缺陷病毒（HIV）这样的RNA病毒，其工作方式就像转座子一样。它们的RNA在进入细胞后，一种逆转录酶会将其转录为DNA；然后，这些DNA进入宿主的基因组，迫使宿主开始制造病毒蛋白质。 尽管如此，渐进假说并不能解释一些很明显的问题，比如为什么有些病毒具有细胞所没有的独特结构，如刺突蛋白。转座子和病毒在演化史上的出现孰先孰后，目前尚无定论。 退化假说 与渐进假说相反，退化假说（regressive hypothesis）并不认为病毒会不断发展，甚至还能为自己考虑。事实上，病毒应该是简化的寄生形态。 一般病毒大小通常在200纳米以下，但有些病毒非常大，比如天花病毒；世界上最大的病毒是拟菌病毒（Mimivirus），直径可达750纳米，相当于一根发丝直径的50倍。拟菌病毒的基因组比一些细胞体还大，一开始被误认为是一种革兰氏阳性菌；它们甚至能被更小的病毒感染。 面对如此巨大的病毒，科学家们开始推测，病毒可能来自于一些非常复杂的祖先有机体，而这些生物可能组成了一种共生关系。随着时间的推移，其中一个有机体可能会变得过度依赖另一个有机体，从而失去其繁殖和进行代谢过程所必需的基因。在进化上，摆脱这些多余的基因是一个重要的决定：没有必要浪费时间和精力来维护某些功能重复的基因，因为伴侣做了大部分的工作。 基本上，这就是一种完美的共生关系演变成一种“有毒”的寄生关系。于是，病毒出现了！拟菌病毒的感染策略支持了退化假说。这种病毒会感染阿米巴变形虫，但它体积很大，基因组也很大。可以说，它携带着属于另一个时代的复杂基因。 总之，病毒实际上是演化成寄生性有机体的受供养细胞。演化并没有让它们向前迈进一步，反而是倒退了一步。 病毒先于细胞起源假说 这一假说另辟蹊径。前面两种假设只有在细胞先于病毒存在的情况下才有可能，但正如鸡和蛋的故事，我们并不能确定哪个先出现。 如果病毒先出现呢？有证据表明，RNA实际上是第一种遗传分子，而不是DNA。这导致许多人猜测，病毒实际上是世界上最早进行复制的有机体。 在生命形成之前，地球上的环境极其不稳定，充满了自由分子，很不适宜生命存活。假设当时的地球充满了相互竞争的蛋白质和核酸，就像一锅热汤，生物分子之间相互争斗；每个分子都在为生存而战，并逐渐具有了复制自身的能力。 病毒主要以RNA为遗传物质。因此，有科学家提出，地球在数十亿年前出现了最早的能够自我复制的RNA分子，而病毒就是这些RNA分子的后代。 但话说回来，我们依然不知道最先出现的是病毒还是细胞。 结论 截至目前，对于病毒的起源，我们仍不知道到底哪个假说是正确的。每个假说都有其依据，但也都有不足之处。就我们所知的信息推测，真正的答案可能与这些假说完全不同。也有研究者结合了上述观点，提出了其他假说，如嵌合或共生假说。 现在，随着数据科学的发展，进化生物学家可以借助有机体遗传信息的大量数据库开展更深入的研究。这让我们离真相更近了一步。未来结构生物学和基因组的研究可能会揭示病毒的真正起源，进而揭示关于生命起源的线索。

简单的回答是：如果是以种群寿命来算的话是光亮甲虫，有些幼虫期能到30年；但是寿命冠军可能是白蚁后，大多能活20年，但是科学家认为它们能活100年。看看周围。你看到了哪些昆虫？一只苍蝇坐在你的电脑屏幕上，一只蚊子在你耳边嗡嗡叫，甚至是不是咬你两口。就在你快要睡着的时候，一只蝴蝶在外面的花园里飞来飞去，或者一只蚂蚁叼着一只死飞蛾的尸体回家？我们周围看到的大多数昆虫寿命都很短。几小时，几天，这就是大多数昆虫存活的时间。我们没有注意到它们的消亡，因为它们很快就会被一群新的物种所取代。然而并不是所有昆虫都这样，有些昆虫的寿命可能长到超过人类，就像白蚁后，有科学家认为它能活100年。为什么昆虫寿命这么短？寿命最短的昆虫可能就是蜉蝣了，蜉蝣的寿命很少超过一天，有些种类甚至只有几分钟。可以通过蜉蝣从进化学的角度分析，昆虫寿命为什么短。今天的蜉蝣之所以如此，主要是因为它们进化成一个类似于幼虫的成虫阶段来节省蜕变所需的能量，从而为更多的后代所用。没有蜕变浪费能量，而是最大限度地积累能量作为幼虫的繁殖目的。这对蜉蝣来说很简单。飞向上游，产卵，死亡。它们这样繁殖后代和传播基因方面比现在已经灭绝的同类生物做的更好，我们可以贬义他们的寿命，但必须承认他们是成功的。可以想象一下，一只蜉蝣能吃，然后产卵，然后再吃，但这只会让后代更长寿，而大自然是极简主义者。此外，蜉蝣之所以比若虫在水下待得更久，是因为这样更安全。据统计，一只蜉蝣可能在24小时后被别的生物吃掉，因此在此之前完成所有的繁殖是必须的。从统计上看，一个生物活得越久，出错的地方就越多，而浮游恰恰就是认识到了这一点，进化成只有短暂的一生。纵观所有昆虫，或者所有的生物，不都是这样吗，然而有些昆虫却不这样，那就是另一个极端，长寿的蚁后。白蚁后为什么寿命长呢？动物王国的规则是，后代多意味着寿命短，就是说生育能力越差活得越长。然而，群居昆虫似乎可以逃脱这种命运。大型蚁后是繁殖最成功的陆生动物，白蚁后每天持续产卵约2万只。但它们的年龄可以达到20岁。这一物种的工蚁与蚁后有着相同的基因组，但工蚁不能生育，只能活几个月。这就引发了一个问题，为什么蚁后和工蚁不一样呢？因为超个体的共生关系，这种白蚁生活在非洲西部的稀树草原上，筑起几米高的土丘。他们是一个有组织的社会分工群体，这导致了超个体的概念。一个蚁后负责繁殖，士兵保卫殖民地，工蚁建造巢穴和收集草和树叶来培养它们的真菌，每个个体都知道自己该干嘛。通过基因比对，老工蚁体内的许多活跃基因是转座因子，这些也被称为“跳跃基因”，它们不受剩余基因组的影响进行复制，在基因组的不同位置建立自己的位置，从而可以导致缺陷，这就是衰老的原因。蚁后接管了生殖系的角色，而生殖系应该具有尽可能少的遗传缺陷，没有活跃的跳跃基因，所以抵抗了衰老。在这里主要是因为蚁后不可替换，所以不允许衰老，而工蚁因为可替换也就允许衰老。要在群体的所有个体中永久抑制跳跃因子，可能需要耗费太多的能量。显然寿命不是必须得，让种群延续下去才是必须的，这就是昆虫寿命长或短的主要原因。

一棵树长出两种颜色的花确实存在，也不算罕见，但是我们见到的观赏类植物都是通过嫁接实现的。 就像日本的一些樱花树，通过嫁接野生樱花树，实现这种“一树异花”的观赏效果，但是这些树需要经常打理，不然很容易就死亡。 正如你说的，图片上这棵树是没有经过嫁接的，所以我猜测是 位置效应 变异。 基因是在染色体(非常长的DNA链)上线性排列的。染色体的某些部分含有被细胞主动沉默或关闭的基因片段，这种沉默开始和结束的界限非常模糊，它可以是在开花的时候，也可以是在开花过程中。如果产生色素所必需的基因恰好位于一个沉默区域的旁边，那么沉默也可以随机地潜入并关闭该基因，或者退回正常的边界。这就是为什么它被称为“位置”效应，因为它取决于基因的物理位置（在这里指的是色素基因在染色体的位置），以及它与一个正常的“沉默”区域的距离。 这个过程很可能是随机的，所以不会发生在每个细胞中，这意味着一些细胞会产生色素，而另一些不会，一个著名的例子发生在苍蝇的眼睛。 重要的是，这里的区别不是“遗传”(DNA的实际含量)，而是“表观遗传”，这本质上是细胞修改和读取自身DNA的方式。其实它更有可能出现的上图这种情况，一个树枝上长出不同颜色的花，但是像你这棵树这种情况也是有可能的。 另一种可能性是一个活跃的跳跃基因或 转座子 ：与大多数基因不同，转座子可以在DNA中四处移动，有时还可以携带一段DNA，告诉附近的基因打开或关闭。 如果转座子恰好位于色素基因附近，就会导致该基因沉默。然而，如果转座子上升并随机跳跃到其他地方，那么附近的基因不再沉默，现在可以导致色素再次产生。在这种情况下，粉红色和白色细胞之间有一个真正的遗传差异，一组细胞的色素基因旁边有一个跳跃基因，而另一组没有。 最后 位置效应的沉默或转座子的跳跃都是在细胞分裂时遗传的，因此，如果一个干细胞最终使整朵花的色素基因沉默(或转座子跳出)，那么整朵花将是白色的。 如果沉默发生在发育的后期，可能在形成花朵的早期分裂发生时，那么一个花瓣，或者只是花瓣的一部分，可能是白色的，其余的是粉红色的。洛阳牡丹甲天下，鄢陵腊梅冠天下。

从人类进化史上来看，我们是从树上的生活转移到地上的，而对于在地上生活的我们来说用尾巴固定身体就没用了，而运动时我们发达而灵活的上肢就足够保持平衡，所以尾巴更不需要了。人类在进化中，尾巴和毛发失去了相应的有用功能，所以就退化了。尾巴对动物的主要功用，主要有保持身体平衡，驱赶蚊虫，攻击武器等，比如鸟类尾巴除了飞行身体飞行时平衡，还有帮助转向作用，蹄类动物主要是驱赶蚊虫，几乎没有平衡作用，老虎鳄鱼的尾巴还能当攻击武器，豹子尾巴主要是在奔跑中帮助转向作用，人类尾巴退化，主要是人类直立行走，不需要尾巴平衡，还有些碍事，人类驱蚊，可用手或者泥水什么的，人类毛发退化，主要是人类审美和智力进化结果。我们知道其它动物毛发主要是保温以及保护身体的作用，而人类变聪明后，知道用兽皮裹在身上保温御寒，而且毛发易藏污纳垢生虫，不易清洁，人类运用兽皮保温后，人类毛发变得无用，所以毛发退化，那有人问头发，腋毛，阴毛为何不退化，有些人的汗腺不发达，腋毛，阴毛很少，有些人汗腺发达，腋毛，阴毛有帮助散热排汗作用，头发主要起保护作用，而眉毛主要是审美作用，人如无眉，是不是难看，睫毛主要阻挡灰尘和审美作用。这两种进化都和奔跑有关。脱毛是为了散热，不过在奔跑狩猎时期结束后并没有重新长毛，而是发明了更方便的衣服。衣服除了保暖，还有隐藏的作用，在交配竞争中有一定优势。反过来说穿衣服时间短的人群第二性征演化的更大，而社会性比较低。人类体毛进化掉的原因，主要来源于基因突变和渐变过程中，择偶标准的变化。无体毛的基因赢得了更多交配权，逐渐把有毛基因淘汰掉。

关于转座子，下列说法正确的是（）。 A.主要存在于植物中 B.一般是由于一段基因从原单位上断裂而非复制下来 C.断裂的基因环化后插入另一位点，对其后基因没有调控作用 D.又称为跳跃基因 正确答案：D

(一)遗传因子 基因的最初概念来自孟德尔的“遗传因子”，认为生物性状的遗传是由遗传因子所控制的，性状本身是不能遗传的，被遗传的是遗传因子。1909年，丹麦学者W．L．Johannsen提出了“基因”(gene)一词，代替了孟德尔的遗传因子。 (二)基因是一个遗传、交换、突变的单位 1910年摩尔根等通过果蝇杂交实验表明，染色体在细胞分裂时的行为与基因行为一致，从而证明基因位于染色体上，并呈直线排列，提出了遗传学的连锁交换规律，证明了性别决定是受染色体支配的。根据Morgan的“基因论”，遗传就是位于染色体上的粒子单位——基因的传递。每一个基因是一个物质实体，它具有以下含义：1.可以复制，由一代传至另一代，在现象型形成上有一特定功能；2.不能由交换再行区分；3.可突变成一改变了的状态。 (三)基因是不可分割的功能单位 1944年Avery等人我生物化学方法证明了DNA就是遗传物质。G W．Beadle和E．L．Tatum通过对粗糙脉孢菌营养缺陷型的研究，提出了一个基因一个酶的假说。1957年S.Benzer用大肠杆菌T4噬菌体作为材料，经过突变型的互补试验，提出了基因的顺反子(cistor)概念。一个顺反子即是一个为多肽编码的DNA片段，它的内部可以发生突变或重组，即包含着许多突变子和重组子。 (六)基因是一个转录单位 50年代初，美国遗传学家B．McClintock在玉米的控制因子的研究中已经指出某些遗传因子是可以转移位置的。后来的研究发现，在原核生物和真核生物中均发现有基因转移的现象，并将这些可转移位置的成分称为跳跃基因(jumping gene)，亦称转座因子(transposon element)。此外，传统的观点认为，一个结构基因是一段连续的DNA序列，70年代后期发现绝大多数真核生物基因都是不连续的，其中被一些不编码序列所隔开，故称为断裂基因。1978年，在噬菌体中还发现了重叠基因，一个基因序列可被包含在另一个基因中，两个基因序列可能部分重叠。1985年Gilbert提出基因是一个转录单位。它由在成熟信使中要失掉的内含子于被表达的外显子交替组成。实际上基因是一个以不同来源的外显子为构件的嵌合体，处于沉默的DNA基质(内含子)中。近代生物学把基因定义为DNA分子的一个节段，把基因看成DNA专有的功能组分。1999年Wickner提出：“如果一个遗传因子是一种朊病毒，它就是一种有蛋白质组成的基因。”朊病毒是一种蛋白质病毒，它的自我繁殖是以其自身为模板对其同一基因所编码的正常蛋白质的翻译后修饰作用，使后者变成和自己同一构象。后来在酵母和丝状真菌中发现了prion形式的蛋白质，这些蛋白与早期发现的朊病毒的明显不同之处在于它们已经不是传染性的病毒，而是细胞质内的一种能影响细胞的特异性||性状的、可复制的遗传因子。因此，把它们叫做病毒已经不合适了，而是细胞中的一种非孟德尔式的遗传因子。另外，许多试验事实都证明组蛋白的共价修饰，诸如甲基化、乙酰化、磷酸化等在组蛋白上是以组合形式进行的，Allis把这种组合形式称为“组蛋白密码”。这些化学修饰改变了染色质的结构，使DNA（基因）的转录打开或者关闭，对基因的表达进行调控。这是一种基于组蛋白修饰而调控基因开或关的后成遗传现象，它的建立不需DNA突变。Allis认为：“组蛋白氨基末端修饰的组合性质解释了‘组蛋白密码"的存在，它极大地扩展了潜在的遗传密码信息。”组蛋白密码的提出告诉我们，作为功能单位的基因可能是由DNA与蛋白质组合而成。基因可能是DNA与蛋白质的结合体。 因此，当今分子生物学认为：基因是一段制造功能产物的完整的染色体片段。

基因的转座有以下特征：(1）基因整合只能在基因组的某一特定部位发生，而基因转座则可在不同区域转移或跳跃，即异源重组；(2）插入序列不带有编码蛋白质的基因；(3）转座子含有终止密码子，因此可以钝化(即使基因的转录过早地终止）其插入部位附近基因的功能；(4）能使“沉默”了的基因重新表达。转座子不仅存在于微生物中，而且在酵母、果蝇等真核生物中也有。转座基因学说是对基因理论的重要补充。

细菌和病毒区别较大，不仅仅是定义上，其实从大小，形状，进化，生物活性，治疗手段等很多方面都有很大的不同。1、细菌1.1定义：广义的细菌即为原核生物。是指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作拟核区（nuclear region)（或拟核）的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌（eubacteria）和古生菌（archaea）两大类群。人们通常所说的即为狭义的细菌，狭义的细菌为原核微生物的一类，是一类形状细短，结构简单，多以二分裂方式进行繁殖的原核生物，是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。1.2大小及分类1.2.1大小目前已知最小的细菌只有0.2微米长，因此大多只能在显微镜下看到它们；而世界上最大的细菌可以用肉眼直接看见，有0.2-0.6毫米大，是一种叫纳米比亚嗜硫珠菌的细菌。1.2.1分类细菌可以按照不同的方式分类。细菌具有不同的形状。大部分细菌是如下三类：杆菌是棒状；球菌是球形（例如链球菌或葡萄球菌）；螺旋菌是螺旋形。另一类，弧菌，是逗号形。细菌的结构十分简单，原核生物，没有膜结构的细胞器例如线粒体和叶绿体，但是有细胞壁。根据细胞壁的组成成分，细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。“革兰氏”来源于丹麦细菌学家汉斯·克里斯蒂安·革兰，他发明了革兰氏染色。这是一般情况下细菌的结构这是众多细菌的形状1.3代谢特征繁殖方式及进化1.3.1代谢细菌的营养方式有自养及异养，其中异养的腐生细菌是生态系统中重要的分解者，使碳循环能顺利进行。部分细菌会进行固氮作用，使氮元素得以转换为生物能利用的形式。细菌也对人类活动有很大的影响。一方面，细菌是许多疾病的病原体，包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由细菌所引发。然而，人类也时常利用细菌，例如乳酪及酸奶和酒酿的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等，都与细菌有关。在生物科技领域中，细菌有也著广泛的运用。1.3.2繁殖细菌以无性方式进行繁殖，最主要的方式是以二分裂法这种无性繁殖的方式：一个细菌细胞细胞壁横向分裂，形成两个子代细胞，在分裂的时候可以产生遗传重组。单个细胞也会通过如下几种方式发生遗传变异：突变（细胞自身的遗传密码发生随机改变），转化（无修饰的DNA从一个细菌转移到溶液中另一个细菌中，并成功整合到该细菌DNA或质粒上，使之具有新的特征），转染（病毒的或细菌的DNA，或者两者的DNA，通过噬菌体这种载体转移到另一个细菌中），细菌接合（一个细菌的DNA通过两细菌间形成的特殊的蛋白质结构，接合菌毛，转移到另一个细菌）。细菌可以通过这些方式获得基因片段，通过分裂，将重组的基因组传给后代。许多细菌都含有异源的DNA片段。当细菌处于温度、湿度、空气、营养等丰富的环境中时，会快速繁殖，呈指数级增长，可以形成肉眼可见的集合体，例如菌落（colony）。有些细菌可以形成芽孢结构，芽孢能够耐受高温、干旱、强辐射等极端恶劣，有利于其度过严峻的环境，保持自身的延续。1.3.3进化（演化）现今的细菌是从40亿年前的单细胞生物演化而来。在此后的30亿年间，细菌和古细菌都是主要的生物。虽然细菌有化石存在，如叠层石等，但这些化石缺乏有效的形态学证据，很难与现生的细菌共同建构出细菌的演化史。幸运的是，日益成熟的基因定序技术让我们有机会建立演化的树状图，这些研究使我们明了了细菌演化的第一次大分歧是在真核及原核之间之后，细菌又发生了第二次的剧烈演化，有一部分的古细菌与其他细菌内共生，成为了现今真核生物的祖先。真核生物的祖先吞下了一种α-变形菌门的细菌，成为后来的线粒体，或是氢酶体。之后，有些已经拥有线粒体的生物，吞下了类似蓝菌类的生物，形成了后来的叶绿体，这一支后来演化成了藻类和植物。另外，有些藻类还有可能再吞入其他藻类进行内共生，此现象称为二次内共生。1.4治疗手段及顽强程度1.4.1治疗手段很多治病细菌均可通过抗生素治疗，现阶段人类经常用的青霉素，头孢类，万古霉素，红霉素，四环素……都属于抗生素类1.4.2顽强程度（适应环境的能力）细菌耐高温，耐高压，耐盐碱（嗜盐菌），对于极端恶劣环境适应能力极强，有人发现火山口，海底热泉附近都有细菌存在，细菌分布极为广泛，从大气层上界到海底均有分布。甚至外太空及外星球都有细菌分布。一般来说灭菌彻底要这样做：在121摄氏度，0.1兆帕的环境下灭菌21分钟才能杀死细菌芽孢，或者直接在火焰上炙烤才能彻底灭菌。2、病毒2.1病毒的定义病毒（virus）是由一个核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的非细胞形态，靠寄生生活的介于生命体及非生命体之间的有机物种，它既不是生物亦不是非生物，目前不把它归于五界（原核生物、原生生物、菌物、植物和动物）之中。看见了吧，这是比较科学的病毒的定义，病毒是不是生物还没确定!另外该定义来自维基百科，是比较老的定义，现在人们已经发现了只有蛋白质的病毒种类——朊病毒。2.2大小形状及分类2.2.1大小大多数病毒的直径在10-300纳米（nm）。一些丝状病毒的长度可达1400nm，但其宽度却只有约80nm。大多数的病毒无法在光学显微镜下观察到，而扫描或透射电子显微镜是观察病毒颗粒形态的主要工具，常用的染色方法为负染色法。病毒比细菌小多了。二者相差约1000倍。这是正在感染的噬菌体（病毒的一种），看得出来，就是战斗机和航母的差别。（实际比这还要大）。2.2.2形状（具体不再详述，看看图吧）2.2.2.1螺旋形2.2.2.2正十二面体大多数动物病毒2.2.2.3包膜型流感，HIV，带状疱疹2.2.2.4复合型噬菌体一个典型的有尾噬菌体的结构：①头部，②尾部，③核酸，④头壳，⑤颈部，⑥尾鞘，⑦尾丝，⑧尾钉，⑨基板2.2.3分类按照感染源不同分为：2.2.3.1、DNA病毒以单链或双链DNA为基础加蛋白质外壳组成的病毒，如天花，登革热2.2.3.2、RNA病毒以单链或双链RNA为基础加蛋白质外壳组成的病毒，如烟草花叶，HIV2.2.3.3、蛋白质病毒只有蛋白质为基础，如朊病毒2.2.3.4、纯感染性RNA后来人们发现某些裸露的小片段RNA也有感染能力，后来发明了RNAi还有其它分类方法，参见《微生物学》沈萍著2.3进化（演化）对于病毒是如何演化或者说进化而来的，科学界存在广泛争议，甚至对于病毒是否能归为生物也说法不一，目前有代表的假说认为：（只是假说，没有事实证据或证据很少）逆向理论（Regressive theory）：病毒可能曾经是一些寄生在较大细胞内的小细胞。随着时间的推移，那些在寄生生活中非必需的基因逐渐丢失。这一理论的证据是，细菌中的立克次氏体和衣原体就像病毒一样，需要在宿主细胞内才能复制；而它们缺少了能够独立生活的基因，这很可能是由于寄生生活所导致的。这一理论又被称为退化理论（degeneracy theory）。细胞起源理论（有时也称为漂荡理论）：一些病毒可能是从较大生物体的基因中“逃离”出来的DNA或RNA进化而来的。逃离的DNA可能来自质粒（可以在细胞间传递的裸露DNA分子）或转座子（可以在细胞基因内不同位置复制和移动的DNA片断，曾被称为“跳跃基因”，属于可移动遗传元件）。转座子是在1950年由巴巴拉·麦克林托克在玉米中发现的。共进化理论：病毒可能进化自蛋白质和核酸复合物，与细胞同时出现在远古地球，并且一直依赖细胞生命生存至今。看见了吧，连病毒怎么来的都不知道。病毒起源于何时尚不清楚，因为病毒不形成化石，也就没有外部参照物来研究其进化过程，同时病毒的多样性显示它们的进化很可能是多条线路的而非单一的。 分子生物学技术是目前可用的揭示病毒起源的方法；但这些技术需要获得远古时期病毒DNA或RNA的样品，而目前储存在实验室中最早的病毒样品也不过90年。另外关于命名也没有细菌系统：病毒的命名并无绝对的规则，常依病毒的型态、感染对象、最初发现地点。例如感染动植物的病毒可能依感染的对象、病征来命名，例如麻疹病毒、狂犬病毒，以发现地点命名的包括埃博拉病毒。噬菌体的命名常依实验室内编号命名，例如T1噬菌体。2.4繁殖（增殖）方式由于病毒是非细胞的，无法通过细胞分裂的方式来完成数量增长；它们是利用宿主细胞内的代谢工具来合成自身的拷贝，并完成病毒组装。病毒并不是严格生物学意义上的繁殖，而且每次释放个体数量巨大，故而称其为——增殖。不同的病毒之间生命周期的差异很大，但大致可以分为六个阶段：附着，入侵，脱壳，合成，组装，释放。详细不再赘述，前面已有人回答。2.5顽强程度因为就是蛋白质等大分子，所以体外很脆弱，怕热不怕冷，怕湿不怕干，一般55~60摄氏度，加热1~3分病毒就会变性死亡（参考煮鸡蛋，鸡蛋清变性），表面活性剂（洗衣粉），氧化剂（84消毒液）亦能有效抑制或杀死病毒。一般病毒可保存于零下196度的液氮环境中，数年后依然有感染能力。湿度达到50%~60%基本病毒就会被水气沉降。所以冬天下场雪流感就少很多，干冷就容易爆发流感。2.6治疗手段2.6.1绝大多数病毒的感染我们束手无策！2.6.2已知的有效手段2.6.2.1盐酸吗啉胍（病毒灵）本品能抑制病毒的DNA和RNA聚合酶，从而抑制病毒繁殖。在人胚肾细胞上，1%浓度对DNA病毒(腺病毒，疱疹病毒)和RNA病毒(埃可病毒)都有明显抑制作用，对病毒增殖周期各个阶段均有抑制作用。对游离病毒颗粒无直接作用。2.6.2.2利巴韦林（病毒唑）利巴韦林为合成的核苷类抗病毒药。利巴韦林对呼吸道合胞病毒（RSV）具有选择性抑制作用。利巴韦林是一种前体药物 ，当微生物遗传载体类似于嘌呤RNA的核苷酸时，它会干扰病毒复制所需的RNA的代谢。它究竟如何影响病毒的复制，尚不清楚。看见了吧，基本都是抑制，根本就不能干掉！还有过程不明。PS：为什么感冒输液能好？细菌病毒经常组团到来，感冒其实是复合感染。抗生素干掉了细菌，帮您节约了弹药，抗体自己干掉了病毒。自身抗体是干掉病毒的唯一有效途径！PS：感冒吃药有什么用？相当于暂时性吸毒，缓解各种症状，使你不那么痛苦！我没危言耸听！盐酸布洛伪麻片（康泰克）本质是神马？就是大麻（类似物）！磷酸可待因本质是神马？就是海洛因（不成熟提取物）！只不过量少罢了。甘草片是神马？阿片粉，本质就是大烟粉！所谓止咳缓解鼻塞的道理明白了吧~3、支原体、衣原体、立克次氏体其实除了细菌和病毒还有一些介于二者之间无法归类的原核生物，有时他们的致病性一点儿也不比二者差。支原体：支原体是1898年Nocard等发现的一种类似细菌但不具有细胞壁的原核微生物，能在无生命的人工培养基上生长繁殖，直径50-300nm，能通过细菌滤器。过去曾称之为类胸膜肺炎微生物（pleuropneumonia-like organism，PPLO）。1967年正式命名为支原体。支原体（mycoplasma）：又称霉形体，为目前发现的最小的最简单的原核生物。基因数量为480。支原体细胞中唯一可见的细胞器是核糖体（支原体是原核细胞，原核细胞的细胞器只有核糖体）。衣原体：衣原体为革兰氏阴性病原体，是一类能通过细菌滤器、在细胞内寄生、有独特发育周期的原核细胞性微生物。过去认为是病毒，现认为是介于立克次体和病毒之间的微生物。衣原体广泛寄生于人类、鸟类及哺乳动物。能引起人类疾病的有沙眼衣原体、肺炎衣原体、鹦鹉热肺炎衣原体。立克次氏体：1909年，美国病理学家霍华德·泰勒·立克次（Howard Taylor Ricketts）(1871-1910年)首次发现洛基山斑疹伤寒的独特病原体并被它夺取生命，故名。+++++++++++++参考微生物学是一门很广博的知识学科，前面是最简单的概括。维基百科相关词条《微生物学》沈萍著《伯杰氏鉴定细菌学手册》（1923年第1版，后于1925、1930、1934、1939、1948、1957、1974年相继出版了第2至第8版，每个版本都反映了当时细菌学发展的新成就。其中第8版有美、英、德、法等14个国家的细菌学家参加了编写工作，对系统内的每一属和种都做了较详细的属性描述。近年来，由于细胞学、遗传学和分子生物学的渗透，大大促进了细菌分类学的发展，使分类系统与真正反映亲缘关系的自然体系日趋接近。第8版（1984，1986）中实质性的变化，象征着细菌分类学的发展进入新的阶段。第一，手册更名，原书名为《伯杰氏鉴定细菌学手册》（Bergey"s Manual of Determinative Bacteriology），第8版由于内容增加，范围扩大，提高了手册的实用性，同时指出各类细菌间的关系，所以改名为《伯杰氏系统细菌学手册》；第二，由1卷分成4卷，这是考虑到能及时反映新进展和使用者的方便；第三，细菌在生物界的地位，8、9版间无变动，但它们的高级分类单位有很大变化（见下表），尤其嗜盐细菌和产甲烷细菌，根据胞壁分析和DNA序列分折，另列疵壁菌门，古细菌纲；第四，趋近自然体系，在各级分类单位中全面应用核酸研究；在表型特征的基础上，以DNA资料给予决定性的判断。使人为的分类体系过渡到自然体系的理想进一步付诸实现。）

百度文库 搜索文档或关键词遗传学 习题答案遗传学习题答案 基因概念的发展VIP专享文档 2010-06-27 9页基因概念的发展1、孟德尔的‘遗传因子"1909年，W.L.Johannsen 提出gene 一词2、1910年，摩尔根证明基因位于染色体上3、1928年Griffith 1944年Avery证明DNA是遗传物质4、watson,crick DNA double helix5、crick 中心法则 三联体密码，1957 S.Benzer顺反子6、1961 F.Jacob,J.Monod 操纵子7、B.McClintock 转座子8、断裂基因 1978年 噬菌体重叠基因回答一：1909年,约翰逊(Johannsen)首次提出了基因(gene)的概念,用以替代孟德尔(Mendel)早年所提出的遗传因子(geneticfactor)一词,并创立了基因型(geno-type)和表现型(phenotype)的概念,把遗传基础和表现性状科学地区分开来。随着遗传学的发展,特别是分子生物学的迅猛发展,人们对基因概念的认识正在逐步深化。1　1个基因1个酶　英国生理生化学家盖若德(Garrod.A.E)研究了人类中的先天代谢疾病,并于1909年出版了《先天代谢障碍》一书。他通过对白化病等疾病的分析,认识到基因与新陈代谢之间的关系,即1个突变基因,1个代谢障碍。这种观点可以说是1个基因1个酶观点的先驱。比得尔(Beadle.G.W)和塔特姆(Tatum.EL)对红色链孢霉做了大量的研究。他们认为,野生型的红色链孢霉可以在基本培养基上生长,是因为它们自身具有合成一些营养物质的能力,如嘌呤、嘧啶、氨基酸等等。控制这些物质合成的基因发生突变,将产生一些营养缺陷型的突变体,并证实了红色链孢霉各种突变体的异常代谢往往是一种酶的缺陷,产生这种酶缺陷的原因是单个基因的突变。2　1个基因1条多肽链　红色链孢霉和大肠杆菌营养缺陷型的早期研究表明,在各种氨基酸、维生素、嘌呤和嘧啶的生物合成路线上,催化每一步反应的酶都是在1个基因的监控下进行的。到了本世纪50年代,扬诺夫斯基(Yanofsky)发现并提出了新奈侍?即1个基因控制2步反应。他发现在大肠杆菌中,催化吲哚磷酸甘油脂生成色氨酸反应的酶,即色氨酸合成酶的结构比较复杂,实际上是由2种多肽构成,A肽可以独立催化吲哚磷酸甘油脂分解生成吲哚,B肽则可以单独催化吲哚转变为色氨酸。因此对1个基因1个酶的学说做了第1次修正。3　基因的化学本质是DNA(有时是RNA)　1944年,埃维里(Avery)等人通过肺炎双球菌的转化实验,第1次证实了DNA是遗传物质,由此,基因的化学本质得到了阐明。人们通过研究发现有些病毒如烟草花叶病毒、脊髓灰质病毒等只含有RNA,而不具有DNA,这些RNA病毒可以在RNA复制酶的作用下以自身为模板进行复制,这类生物中基因的化学组成为RNA。1953年沃森(Watson)和克里克(Crick)建立了DNA分子的双螺旋结构模型,这是遗传学史上的1个里程碑。近几十年来遗传学的发展,特别是遗传工程技术的发展充分证实这1模型的正确性。4　基因顺反子的概念　1955年,美国分子生物学家本兹尔(Benzer)提出了比传统基因概念更小的基本功能单位即顺反子的概念。用r 突变型和野生型噬菌体共同侵染K菌株,两种噬菌体都可以正常生长并使得K菌株裂解。但是在r 突变型之间进行的互补试验,结果有很大的差异。同一互补群的突变型不存在功能上的互补关系,只有分别属于两个互补群的突变型才能在功能上互补,而表现出野生型的特点。本兹尔把这种基因内部的功能互补群称为顺反子。实际上,本兹尔从遗传学的互补实验中,所得出的顺反子的概念已经深入到当时人们并不了解的基因转录水平上了。顺反子的概念与蛋白质的高级结构的研究结果是一致的,因为蛋白质往往是由两条或多条多肽链所构成,它们即为蛋白质的亚基。本兹尔通过实验提出了1种新的基因概念:1)作为突变单位,从分子水平上可以精确到单核苷酸或碱基水平,这就是突变子;2)作为交换单位,也以单核苷酸或单个碱基为基本单位,这就是互换子;3)作为功能单位,基因也是可分的,基因不是1个功能的基本单位,基因的功能常含有2个或多个顺反子的功能。现代遗传学的研究证明本兹尔提出的概念基本上是正确的。5　结构基因与调控基因的划分　随着研究的深入,人们首先在原核生物中发现,不是所有的基因都能为蛋白质编码。于是,人们就把能为多肽链编码的基因称为结构基因。除结构基因以外,有些基因只能转录而不能进行翻译,如tRNA和rRNA基因。还有些基因本身并不进行转录,但是可以对其邻近的结构基因的表达起控制作用,如启动基因和操纵基因。从功能上讲,启动基因、操纵基因和编码阻遏蛋白、激活蛋白的调节基因都属于调控基因。操纵基因与其控制下的一系列结构基因组成1个功能单位,称做操纵子。对这些基因的研究,加深了人们对基因的功能及其调控关系的认识。6　断裂基因断裂基因　首先由凯姆伯恩(Chambon)和博杰特(Berget)在本世纪70年代报道。在1977年美国冷泉港举行的定量生物学讨论会上,有些实验室报道了在猿猴病毒SV40和腺病毒Ad2上发现基因内部的间隔区,间隔区的DNA序列与该基因所决定的蛋白质没有关系。用该基因所转录的mRNA与其DNA进行分子杂交,会出现一些不能与mRNA配对的DNA单链环。人们把基因内部的间隔序列称为内含子,而把出现在成熟RNA中的有效区段称为外显子。这种基因分割的现象后来在许多真核生物中都有发现,因此是一种普遍现象。断裂基因的初级转录物称作前体RNA,把前体RNA中由内含子转录下来的序列去除,并把由外显子转录的RNA序列连接起来这一过程称作剪接。剪接过程涉及到许多问题,有些问题目前还没有彻底搞清。值得一提的是,1981年切赫(Cehe.T)首次报道了原生动物四膜虫(Tetrahymena)前体rRNA的中间序列(IVS)具有催化功能,可以催化该前体rRNA进行自我剪接。7　重叠基因　1977年维纳(Weiner)在研究Q0病毒的基因结构时,首先发现了基因的重叠现象。1978年费尔(Feir)和桑戈尔(Sanger)在研究分析X174噬菌体的核苷酸序列时,也发现在由5375个核苷酸组成的单链DNA所包含的10个基因中有几个基因具有不同程度的重叠,但是这些重叠的基因具有不同的阅读框架。以后在噬菌体G4、MS2和SV40中都发现了重叠基因。重叠基因的发现使人们冲破了关于基因在染色体上成非重叠的线性排列的传统概念。8　跳跃基因　1950年麦克林托克(Mcclintock.B)在玉米染色体组中发现1个激体-解离系统,它们在染色体上的位置不固定,可以由1条染色体跳到另外1条染色体上。这项研究在当时并未引起人们的关注,但是随着科学的发展,人们在果蝇、酵母、大肠杆菌中都发现了跳跃基因的存在,并对它们进行了广泛的研究。由此可见,在历史发展的不同时期,人们对基因概念的理解有着不同的内涵。我们相信,在世界科学技术日新月异发展的今天,生物科学随着其相关科学技术的发展,将会有更多、更大的突破性进展。基因概念还将被赋予更新的内容。回答二：基因(gene)是遗传学家约翰逊(W.Johannsen)在1909年提出来的。他用基因这一名词来表示遗传的独立单位,相当于孟德尔在豌豆试验中提出的遗传因子。在遗传学发展的早期阶段,基因仅仅是1个逻辑推理的概念,而不是一种已经证实了的物质和结构。由于科学研究水平的不断提高,从浅入深,由宏观到微观,基因的概念也在不断的修正和发展。从遗传学史的角度看,基因概念大致分以下几个阶段:孟德尔的遗传因子阶段;摩尔根的基因阶段;顺反子阶段和现代基因阶段。1　孟德尔的遗传因子阶段　19世纪60年代初,孟德尔对具有不同形态的豌豆作杂交实验,在解释实验中每种性状的遗传行为时,用A代表红花,a代表白花,表明生物的某种性状是由遗传因子负责传递的,遗传下来的不是具体的性状,而是遗传因子。遗传因子是颗粒性的,在体细胞内成双存在,在生殖细胞内成单存在。孟德尔所说的“遗传因子”是代表决定某个性状遗传的抽象符号。孟德尔在阐明遗传因子在世代中传递规律时,就已经认识到了基因的两个基本属性:基因是世代相传的,基因是决定遗传性表达的。现在所说的“基因是生物体传递遗传信息和表达遗传信息的基本物质单位”,实际上就是孟德尔所阐明的基因观。2　摩尔根的基因阶段　1909年,丹麦遗传学家约翰逊创造了“基因”这一术语,用来表达孟德尔的遗传因子,但还只是提出了遗传因子的符号,没有提出基因的物质概念。摩尔根对果蝇的研究结果表明,1条染色体上有很多基因,一些性状的遗传行为之所以不符合孟德尔的独立分配定律,就是因为代表这些性状的基因位于同一条染色体上,彼此连锁而不易分离。这样,代表特定性状的特定基因与某一条特定染色体上的特定位置联系起来。基因不再是抽象的符号,而是在染色体上占有一定空间的实体,从而赋予基因以物质的内涵。3　顺反子阶段 早期的基因概念是把基因作为决定性状的最小单位、突变的最小单位和重组的最小单位,后来,这种“三位一体”的概念不断受到新发现的挑战。 20世纪50年代以后,随着分子遗传学的发展,1953年在沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构以后,人们普遍认为基因是DNA的片段,确定了基因的化学本质。1957年,本泽尔(SeymourBenzer)以T4噬菌体为材料,在DNA分子水平上研究基因内部的精细结构,提出了顺反子(cistron)概念。 顺反子是1个遗传功能单位,1个顺反子决定1条多肽链。能产生1条多肽链的是1个顺反子,顺反子也就是基因的同义词。1个顺反子可以包含一系列突变单位——突变子。突变子是DNA中构成1个或若干个核苷酸。由于基因内的各个突变子之间有一定距离,所以彼此之间能发生重组,重组频率与突变子之间的距离成正比。重组子代表1个空间单位,有起点和终点,可以是若干个密码子的重组,也可以是单个核苷酸的互换。如果是后者,重组子也就是突变子。4　现代基因阶段4.1　操纵子　从分子水平来看,基因就是DNA分子上的一个个片段,经过转录和翻译能合成1条完整的多肽链。可是,通过近年来的研究,认为这个结论并不全面,因为有些基因,如rRNA和tRNA基因只有转录功能而没有翻译功能。另外,还有一类基因,其本身并不进行转录,但可以对邻近的结构基因的表达起控制作用,如启动基因和操纵基因。从功能上讲,能编码多肽链的基因称为结构基因;启动基因、操纵基因和编码阻遏蛋白、激活蛋白的调节基因属于调控基因。操纵基因与其控制下的一系列结构基因组成1个功能单位,称为操纵子。4.2　移动基因　移动基因指DNA能在有机体的染色体组内从1个地方跳到另一个地方,它们能从1个位点切除,然后插入同一或不同染色体上的另一个位置。移动基因机构简单,由几个促进移位的基因组成。基因的跳动能够产生突变和染色体重排,进而影响其他基因的表达。业已证明,相当一部分已知的自发突变是移动基因所致,而且,移动基因不仅能在个体的染色体组内移动,并能在个体间甚至种间移动,因此是1个重要的进化因素。移动基因的发现动摇了基因在染色体上有一固定位置的传统观念。4.3　断裂基因　过去人们一直认为,基因的遗传密码子是连续不断地并列在一起,形成1条没有间隔的完整基因实体。但后来通过对真核蛋白质编码基因结构的分析发现,在它们的核苷酸序列中间插入有与编码无关的DNA间隔区,使1个基因分隔成不连续的若干区段。这种编码序列不连续的间断基因被称为断裂基因。不连续的断裂基因的表达程序是:先转录为初级转录物,即核内不均一RNA,又叫前体RNA;然后经过删除和连接,除去无关的DNA间隔序列的转录物,便形成了成熟的mRNA分子,它从细胞核中输送到细胞质,再转译为相应的多肽链。4.4　假基因　1977年,G.Jacp根据对非洲爪蟾5SrRNA基因簇的研究,提出了假基因的概念,现已在大多数真核生物中发现了假基因。这是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同,但却不能合成出功能蛋白质的失活基因。

亚病毒：含核酸或蛋白质侵染因子的一类具有侵染性的简单结构。包括类病毒，拟病毒和朊病毒。只要有生命的地方，就有病毒存在；病毒很可能在第一个细胞进化出来时就存在了。病毒起源于何时尚不清楚，因为病毒不形成化石，也就没有外部参照物来研究其进化过程，同时病毒的多样性显示它们的进化很可能是多条线路的而非单一的。 分子生物学技术是目前可用的揭示病毒起源的方法；但这些技术需要获得远古时期病毒DNA或RNA的样品，而目前储存在实验室中最早的病毒样品也不过90年。有三种流行的关于病毒起源的理论:逆向理论（Regressive theory）：病毒可能曾经是一些寄生在较大细胞内的小细胞。随着时间的推移，那些在寄生生活中非必需的基因逐渐丢失。这一理论的证据是，细菌中的立克次氏体和衣原体就像病毒一样，需要在宿主细胞内才能复制；而它们缺少了能够独立生活的基因，这很可能是由于寄生生活所导致的。这一理论又被称为退化理论（degeneracy theory）。细胞起源理论（有时也称为漂荡理论）：一些病毒可能是从较大生物体的基因中“逃离”出来的DNA或RNA进化而来的。逃离的DNA可能来自质粒（可以在细胞间传递的裸露DNA分子）或转座子（可以在细胞基因内不同位置复制和移动的DNA片断，曾被称为“跳跃基因”，属于可移动遗传元件）。转座子是在1950年由巴巴拉·麦克林托克在玉米中发现的。共进化理论：病毒可能进化自蛋白质和核酸复合物，与细胞同时出现在远古地球，并且一直依赖细胞生命生存至今。类病毒是一类RNA分子，但不被归入病毒中，因为它们缺少由蛋白质形成的衣壳。然而，它们具有多种病毒的普遍特征，常常被称为亚病毒物质。类病毒是重要的植物病原体。它们没有编码蛋白质的基因，但可以与宿主细胞作用，利用宿主来进行它们自身的复制。人类丁型肝炎病毒具有和类病毒相似的RNA基因组，也不能生成自己的蛋白质衣壳，但却能够利用乙型肝炎病毒的衣壳。因此，丁型肝炎病毒是一种缺陷型病毒，需要乙型肝炎病毒的帮助才能够进行复制。这些依赖于其他种类病毒的病毒被称为“卫星病毒”，它们可能是介于类病毒和病毒之间的进化中间体。朊病毒是具有感染性的蛋白质分子，不含DNA或RNA。朊病毒会导致绵羊感染羊搔痒症或牛感染牛海绵状脑病（俗称“疯牛病”），也会使人获患库鲁病（Kuru）和克雅二氏病。虽然缺乏核酸，朊病毒依然能够复制，这是因为在生物体内存在与朊病毒具有相同序列但结构不同的正常蛋白质，而朊病毒可以使这些正常蛋白质的结构发生变化，转化为朊病毒，这样新产生的朊病毒又可以感染更多的正常蛋白质，使得朊病毒越来越多。虽然朊病毒与病毒或类病毒本质完全不同，但朊病毒的发现进一步提高了该理论的可信性，说明病毒可能进化自能够自我复制的分子。利用计算机来分析病毒和宿主DNA的序列信息，可以对不同病毒之间的进化关系有更好的了解，而且可以有助于发现现代病毒的祖先。至今这类分析还没有能够决定哪一种理论是正确的。而且不大可能所有的病毒都来自同一祖先，不同的病毒很可能是通过一种或多种机制在不同的时期产生。对于病毒到底是一种生命形式，还是仅仅是一种能够与生物体作用的有机结构，人们的观点各不相同。有人将病毒描述为处于“生命边缘的生物体”，因为它们像其它生物体一样拥有基因、能够通过自然选择而进化并且能够通过自行组装来完成复制。然而，虽然病毒含有基因，但它们没有细胞结构，而细胞被认为是生命的基本单位；而且，病毒没有自身的代谢机制，需要通过宿主细胞来替它们完成复制繁殖，因此它们不能够在宿主细胞外进行繁殖（虽然属于细菌的立克次氏体和衣原体也具有同样的缺陷）；被接受的生命形式是利用细胞分裂来进行繁殖的，而病毒是自发地在细胞内进行组装的，类似于晶体的自发生长过程。虽然病毒是否是一种生命形式，目前还没有定论，但病毒在宿主细胞内的自组装方式对于研究生命起源具有一定启示意义，有一种假说就认为生命是起始于有机分子的自组装。

女性有两条X染色体，但表达的只有一条。Y染色体不是遭到侵蚀的X染色体，这话听起来像是Y染色体是生病的X染色体。那么男人就是生病的女人了？没有男人，人类就不存在了。Y染色体不仅使生物区分了性别，而且还是人类基因组中进化速率最快的，而且还被比喻为“人类基因进化的‘领跑者"”。还有一个颇具争议的说法，就是跳跃基因到达Y染色体，是人类能够发展语言能力的关键所在。另外，在传宗接代方面，X染色体会被配偶的基因稀释，因为XX染色体会发生基因重组，相当于两条X染色体相互混合，把混合的“新X染色体”传给下一代。XY染色体不会相互混合，而是把其中一条传给下一代。

转基因相当于基因重组，但是并不是导入了这个基因就一定能表达出来，同时一个基因也可能与另一个基因相互作用。假设一个转基因作物导入的目的基因与目的作物本身的基因产生相互作用，目的基因一样能表达，但是同时有可能产生一种本身无法产生的蛋白质。或者在酶切的时候，多余部分的DNA链在目的作物细胞内也会表达。那么这种蛋白质或者肽链就有一定可能是目前所未知的，假设这种蛋白质会对人体极小的危害，但是长期食用会导致某些严重慢性病的发生，这样的安全问题是不是按目前的技术根本无法侦测到，但是却仍旧是有可能发生的吧当然 有人可能会说蛋白质进入人体就消化了，但是若这种蛋白是酶，就算被消化也有可能产生有害物质残留在人体内这种如果是只有在长期食用的情况下才会发生严重的疾病的话，也是无法在短时间内侦测的，就算长时间也不一定能找到源头再说高温煮沸蛋白质变性 且不说部分蛋白即使100℃也具有一定活性 碱基链链在高温下氢键会被破坏 但是一降温就又恢复原样了，因子或转座子是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。 一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子，可分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。详细baidu、google；简单理解，在特定情况下，改造的基因有可能会“跳”到另外的位点，最后导致不可预知的后果。

真核生物基因组存在大量的非编码序列。包括内含子和外显子、.基因家族和假真核生物的DNA与原核生物的DNA相比，真核生物的DNA编码区有外显子与内含子

是的，玉米Ac-Ds系统的转座作用是导致玉米籽产生花斑的原因之一。Ac-Ds系统是玉米基因组中的一种自主转座元件和非自主转座元件，它们可以通过一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。这种转座作用可以导致基因组的变异和不稳定，从而产生花斑。花斑在玉米籽表面呈现出深浅不一的斑点或条纹，是由于不同颜色的遗传物质在种子发育过程中的分布不均匀所致。虽然Ac-Ds系统的转座作用可以导致花斑的形成，但花斑的产生还受到其他遗传因素的影响。

转座元件，是一种跳跃基因，是指一段DNA序列由基因组的一个位置跳跃到另一个位置，由Barbara McClintock教授在大约五十年前发现。转座子主要包含两种类型： 一类转座子： retrotransposons，通过RNA的媒介作用，通过RNA的反转录获得DNA，从而转移到其他基因组位置。 二类转座子：DNA transposons 如图所示，人类中90%都是一类转座子，主要一类逆转录酶来讲RNA转换为DNA，然后插入到目的基因组的位置。目前有主要有两种类型的一类转座子：1.LTR retrotransposons，long terminal repeats，双末端都是长的重复序列；2.non-LTR TEs，双末端缺乏重复序列。LINE1（L1）和 Alu基因都是 non-LTR；L1元件通常是6 kilobases的长度；相比较而言，Alu元件平均只有几百核苷酸，因此他们是短穿插转座元件（short interspersed transposable element：SINE），Alu特别多产，起源于灵长类，并在较短的时间内扩展到人类每个细胞约一百万个拷贝；L1在人类中也非常普遍，虽然拷贝数量不像Alu那么多，但是由于其长度较长因此在人类基因组中占大约15%-17% ( Kazazian, H. H., & Moran, J. V. The impact of L1 retrotransposons on the human genome. Nature Genetics 19, 19–24 (1998) ; Slotkin, R. K., & Martienssen, R. Transposable elements and the epigenetic regulation of the genome. Nature Reviews Genetics 8, 272–285 (2007) )。这些non-LTR TEs是唯一活跃的转座子类别。 LTR retrotransposons 和DNA转座子只是古老的基因组遗物，不能进行基因组跳跃。 逆转座子 Retrotransposons 根据是否具有编码逆转座所需的ORF分为自主和非自主类。普通的自主类Retrotransposons 分为(i) LTRs or (ii) non-LTRs。图上所示的LTR retrotransposons的例子是人类内源性逆转录病毒（HERV）；L1是 non-LTRs的例子，包含一个5" UTR有一个内部启动子，两个开放阅读框，一个3" UTR，和一个polyA信号加上polyA尾。L1的两侧通常是7-20bp的靶向位点重复（TSDs）。Alu元件是 nonautonomous retrotransposon的一个例子，包含两个相似的单体，左和右，结尾一个polyA尾。图中括号内给出了元件全长的大小。 图中的一些缩写： 1类和2类TE可以是自治的也可以是非自治的。 自治TE可以自行移动，而非自治元素需要存在其他TE才能移动。这是因为非自治元件缺少转座所需的转座酶或逆转录酶基因，因此它们必须从另一个元件“借来”这些蛋白质才能移动。例如，Ac元件是自主的，因为它们可以自行移动，而Ds元件是非自主的，因为它们需要Ac的存在才能进行转置。 人类基因组中大约一半由TE组成，其中很大一部分是L1和Alu逆转座子，这一事实提出了一个重要的问题：除了跳跃外，所有这些跳跃基因还做什么？ 转座子的大部分功能取决于它的着陆位置。 如将L1插入VIII因子基因引起血友病时发现，落在基因内部可导致突变（ Kazazian, H. H., et al. Haemophilia A resulting from de novo insertion of L1 sequences represents a novel mechanism for mutation in man. Nature 332, 164–166 (1988) ）。 同样，几年后，研究人员在同一个人的结肠癌细胞的APC基因中发现了L1，但在健康细胞的APC基因中未发现L1。 这证实了L1在哺乳动物的体细胞中转座，并且该元素可能在疾病发展中起因果作用（ Miki, Y., et al. Disruption of the APC gene by a retrotransposal insertion of L1 sequence in colon cancer. Cancer Research 52, 643–645 (1992) ）。 与L1相反，大多数TE似乎是沉默的-换句话说，这些元件不会产生表型效应，也不会在基因组中主动移动。至少这是普遍的科学共识。 一些沉默的TE是失活的，因为它们的突变会影响其从一个染色体位置移动到另一个位置的能力。 其他分子则完好无损且能够移动，但通过 表观遗传防御机制 （例如DNA甲基化，染色质重塑和miRNA）保持失活。 例如，在染色质重塑中，对染色质蛋白的化学修饰导致染色质在基因组的某些区域变得狭窄，以致于这些区域中的基因和TE被沉默，因为转录酶根本无法访问它们。因为转座子的运动可能具有破坏性，所以人类基因组中的大多数转座子序列都是沉默的也就不足为奇了，尽管TE盛行，但该基因组仍保持相对稳定。实际上，研究人员认为，在由L1相关序列编码的人类基因组的17％中，仅剩余约100个活性L1元素。此外，研究表明，即使是少数剩余的活性转座子，也可以通过表观遗传沉默以外的多种方式来抑制跳跃。 并非所有的转座子跳跃都会导致有害作用。实际上，转座子可通过促进基因组序列的易位，外显子的改组和双链断裂的修复来驱动基因组的进化。插入和转座也可以改变基因调控区和表型。转座子增加遗传多样性的能力，以及基因组抑制大多数TE活性的能力，导致平衡，使转座因子成为所有携带这些序列的生物中进化和基因调控的重要组成部分。

先确定这段DNA，将其ORF对应的氨基酸与已生成的蛋白质的氨基酸作比对，如果长度不一，就很可能发生了跳跃。

跳跃基因，又称“转座子”或“转位子”，它们是一些能将自己“复制、粘贴”到基因组中新地方的基因片段，能够改变全基因组序列的活动。跳跃基因 - 主要特点1、跳跃基因能够进行自我复制，并能在生物染色体间移动。它们具有扰乱被介入基因组成结构的潜在可能性，并被认为是导致生物基因发生渐变(有时候是突变)，并最终促使生物进化的根本原因。2、虽然像酵母这样的生物只有几十种跳跃基因，但哺乳动物体内一般却含有几十万数量的跳跃基因DNA，因此很难判断在哪里或是什么时候，甚至是否发生了跳跃。 　　3、人类的跳跃基因一般处于沉寂状态，因为它们所包含的指令很难被细胞阅读。于是科研人员把这些跳跃基因的指令用一些细胞愿意接受的指令替代，从而可以制造出一种非常活跃的人造跳跃基因。 　　4、科研人员发现，哺乳动物的细胞很好地接受了这种人造跳跃基因，并吸收了它所携带的信息，从而帮助这种基因跳跃。在一个对跳跃基因活性进行的标准测试中，人造跳跃基因跳跃的次数是自然跳跃基因的200倍。 跳跃基因 - 主要作用 1、利用跳跃基因构建的新非病毒基因传递系统，提供了一种比病毒更安全、比质粒更有效的基因治疗方法。[3] 2、已经证实以转座子为载体的技术能够靶向没有癌基因的基因组区域。而且与质粒相比的一个关键的优势就是跳跃基因技术能够更有效地使引入动物细胞的基因进行稳定表达。 　　3、为了利用跳跃基因，研究人员使用了一种能够将目标DNA序列从一个DNA分子转移到细胞内的另外一个DNA分子的酶。这种酶接着能将关闭以终止基因的跳跃。

转座因子或转座子是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。 一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子，可分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。转座子是一类在细菌的染色体，质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分，是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列.　　转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列（IS），它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分　　转座(因)子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。

巴巴拉·麦克林托克是美国遗传学家，1902出生于美国康涅狄格州，1923年在康乃尔大学农学院获理学学士学位，1927年获植物学博士学位。而后，麦克林托克主要从事玉米遗传学的研究，在玉米中发现了“会跳舞的基因”。她一生未婚，但对玉米可以说是情有独钟。有关玉米染色体遗传变异的许多重大发现(如易位、倒位、缺失、环状染色体、双着丝粒染色体、断裂—融合—桥周期和核仁组织区功能等)都与她有关，她还成功地阐明了脉孢菌减数分裂的全过程。可以说，她以玉米遗传学的研究成果推动和促进了细胞遗传学这一遗传学分支学科的建立。但是，真正使她名垂科学史册的却是她在玉米中对可移动基因——转座基因(俗称“会跳舞的基因”)的研究。基因在染色体上呈现线性排列，基因与基因之间的距离非常稳定。常规的交换和重组只发生在等位基因之间，并不扰乱这种距离。在显微镜下可见的、发生频率非常稀少的染色体倒位和相互易位等畸变才会改变基因的位置。可是，麦克林托克竟然发现单个的基因会跳起舞来：从染色体的一个位置跳到另一个位置，甚至从一条染色体跳到另一条染色体上。麦克林托克称这种能跳动的基因为“转座因子”(目前通称“转座子”)。尽管“转座基因”的概念她在1938年就已提出，但是这一调控系统却是她从1944年至1950年整整花了6年时间才完全弄清楚的。麦克林托克理论的影响是非常深远的，她发现能跳动的控制因子，可以调控玉米籽粒颜色基因的活动，这是生物学史上首次提出的基因调控模型，对后来莫诺和雅可布等提出操纵子学说提供了启发。转座因子的跳动和作用控制着结构基因的活动，造成不同的细胞内基因活性状态的差异，有可能为发育和分化研究提供新线索，说不定癌细胞的产生也与转座因子有关。转座因子能够从一段染色体中跑出来，再嵌入到另一段染色体中去，现代的DNA重组和基因工程技术也从这里得到过启发。转座子的确是在内切酶的作用下，从一段染色体上被切下来，然后在连接酶的作用下再嵌入到另一切口中去的。

Transposon a segment of DNA that can become integrated at many different sites along a chromosome (especially a segment of bacterial DNA that can be translocated as a whole) 转座因子或转座子是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。 一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子，可分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。 转座子是一类在细菌的染色体,质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分,是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列. 转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列（IS），它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分 转座(因)子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。 复合型的转座因子称为转座子(trans—poson，Tn)。这种转座因子带有同转座无关的一些基因，它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。 转座子是细菌细胞里发现的一种复合型转座因子，这种转座因子带有同转座无关的一些基因，如抗药性基因；它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这种复合型的转座因子称为转座子(trans—poson，Tn)。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。Tn两端的IS有的是完全相同的，有的则有差别。当两端的IS完全相同时，每一个IS都可使转座子转座；当两端是不同的IS时，则转座子的转座取决于其中的一个IS。Tn有抗生素的抗性基因，Tn很容易从细菌染色体转座到噬菌体基因组或是接合型的质粒。因此，Tn可以很快地传播到其他细菌细胞，这是自然界中细菌产生抗药性的重要来源。 两个相邻的IS可以使处于它们中间的DNA移动，同时也可制造出新的转座子。Tn10的两端是两个取向相反的IS1O，中间有抗四环素的抗性基因(TetR)，当TnlO整合在一个环状DNA分子中间时，就可以产生新的转座子。当转座子转座插人宿主DNA时，在插入处产生正向重复序列，其过程是这样的：先是在靶DNA插入处产生交错的切口，使靶DNA产生两个突出的单链末端，然后转座子同单链连接，留下的缺口补平，最后就在转座子插入处生成了宿主DNA的正向重复。已知的转座因子的转座途径有两种：复制转座和非复制转座。 1．复制转座(replicative transposition) 转座因子在转座期间先复制一份拷贝，而后拷贝转座到新的位置，在原先的位置上仍然保留原来的转座因子。复制转座有转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)的参与。转座酶作用于原来的转座因子的末端，解离酶则作用于复制的拷贝。TnA是复制转座的例子。 2．非复制转座(non-replicative transposition) 转座因子直接从原来位置上转座插入新的位置，并留在插入位置上，这种转座只需转座酶的作用。非复制转座的结果是在原来的位置上丢失了转座因子，而在插入位置上增加了转座因子。这可造成表型的变化。 保留转座(conservative transposition)也是非复制转座的一种类型。其特点是转座因子的切离和插人类似于入噬菌体的整合作用，所用的转座酶也是属于入整合酶(integrase)家族。出现这种转座的转座因子都比较大，而且转座的往往不只是转座因子自身，而是连同宿主的一部分DNA一起转座。 非复制转座可以是直接从供体分子的转座子两端产生双链断裂，使整个转座子释放出来，然后在受体分子上产生的交错接口处插入，这是“切割与黏接”(“cut and paste")的方式。另一种方式是在转座子分子同受体分子之间形成一种交换结构(crossover structure)，受体分子上产生交错的单链缺口，与酶切后产生的转座子单链游离末端连接，并在插入位点上产生正向重复序列；最 后，由此生成的交换结构经产生缺口(nick)而使转座子转座在受体分子。供体DNA分子上留下双链断裂，结果 或是供体分子被降解，或是被DNA修复系统识别而得到修复。 在复制转座过程中，转座和切离是两个独立事件。先是由转座酶分别切割转座子的供体和受体DNA分子。转座子的末端与受体DNA分子连接，并将转座子复制一份拷贝，由此生成的中间体即共整合体(cointegrat，)有转座子的两份拷贝。然后在转座子的两份拷贝间发生类似同源重组的反应，在解离酶的作用下，供体分子同受体分子分开，并且各带一份转座子拷贝。同时受体分子的靶位点序列也重复了一份拷贝。 酵母接合型的相互转换也是复制转座所产生。酿酒酵母(Saccharomvcescerf—visiae)的生命周期中有双倍体细胞和单倍体细胞两种类型。单倍体细胞则有a型和α型两种接合型(mating type)。单倍体酵母是a型还是α型，由单个基因座MAT所决定。MAT有一对等位基因MAT。和MATα，在同宗接合(homothallic)的酵母菌株中，酵母菌十分频繁地转换其接合型，即从a转换成α，然后在下一代又转换为a。这种转换和回复的频率已远远高于通常的自发突变，表明这不是通常的突变机制。现在已经知道，在MAT基因座两侧有两个基因带有MATα和ATα的拷贝，这就是HMLα和HMRα基因。这两个基因贮存了两种接合型等位基因，当转座给MAT基因座时就发生了接合型的转换。因此，MAT基因座是通过转座而转换其接合型的。MAT基因座的序列转换成另一个基因的序列，这种机制称为基因转换(gene convertion)。 1951年Barbara Mclintock首先在玉米中发现了控制元件，后来命名为转座元件或转座子(transposon)。转座子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。这一元件不仅可用于分析生物遗传进化上分子作用引起的一些现象，还为基因工程和分子生物学研究提供了强有力的工具，可以在不了解基因产物的生化性质和表达模式的情况下，分离克隆植物基因，即转座子标签(transposon tagging)，又称为转座子示踪法。其原理是利用转座子的插入造成基因突变，以转座子序列为基础，从突变株的基因文库中筛选出带有此转座子的克隆，它必定含有与转座子序列相邻的突变基因的部分序列，再利用这部分序列从野生型基因文库中获得完整的基因〔1〕。1984年，用转座子标签法首先在玉米中分离了bronze基因，该基因编码了玉米花色素合成途径的关键酶——UDP-葡萄糖类黄3-O-葡萄糖基转移酶〔2〕。此后还利用转座子标签技术分离了许多植物基因。 1 转座子概述 转座子可以分为两大类：以DNA-DNA方式转座的转座子和反转录转座子(retrotransposon)。第一类转座子可以通过DNA复制或直接切除两种方式获得可移片段，重新插入基因组DNA中。根据转座的自主性，这类元件又可以分为自主转座元件和非自主转座元件，前者本身能够编码转座酶而进行转座，后者则需在自主元件存在时方可转座，以玉米的Ac/Ds体系为例，Ac(Activator)属于自主元件，Ds(Dissociation)则是非自主元件，必需在Ac元件存在下才能转座〔1〕。第二类转座子又称为返座元(retroposon)〔3〕，是近年新发现的由RNA介导转座的转座元件，在结构和复制上与反转录病毒(retrovirus)类似，只是没有病毒感染必须的env基因，它通过转录合成mRNA,再逆转录合成新的元件整合到基因组中完成转座，每转座1次拷贝数就会增加1份，因此它是目前所知高等植物中数量最大的一类可活动遗传成分。目前共发现了3种类型反转录转座子：Tyl-copia类，Ty3-gypsy类和LINE(long interspersed nuclear Clements)类转座子，前两类是具有长末端重复的转座子，LINE类转座子没有长末端重复。高等植物中的反转录转座子主要属于Tyl-copia类，分布十分广泛，几乎覆盖了所有高等植物种类〔4〕。 克隆转座子主要有两条途径：其一，利用抗体识别或cDNA探针从野生型植株中获得表达量降低或不稳定基因座的序列，再从突变体中分离得到相应的转座子：其二是根据序列同源性，在基因组的不同位置分离同一家族的转座子成员。目前已经克隆的植物转座子约156种(来自Genbank的报告)，表1列出了常用于转座子标签的一些植物转座子。 表1 常用植物转座子标签的转座子 名 称 来 源 类 型 Ac(Activator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Ds(Dissociation) 玉米 Ⅰ类非自主型转座子 Mu(Mutator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Spm/En 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Tam 金鱼草 Ⅰ类自主型转座子 dTphl 拟南芥 Ⅰ类自主型转座子 Tos17 水稻 反转录转座子 2 转座子标签的转座元件体系 1984年首次用转座子标签法克隆了玉米bronze基因之后，在其它高等植物中一直没有发现象Ac/Ds、Spm/En类转座活性很高的转座子，因此在很长一段时间内都是利用玉米和金鱼草中转座性质较清楚的内源自主性转座子。B.Baker等人首先证明了玉米的Ac/Ds转座元件在转基因烟草中有作用，此后又发现Ac/Ds在其他许多物种中如拟南芥、蕃茄、矮牵牛、亚麻、马铃薯、黄豆和水稻中都有活性〔5〕。1993年用Ac元件从矮牵牛中成功地克隆了一个花色素苷合成基因，开创了用外源转座子在异源宿主中分离克隆基因的先河〔6〕。 目前植物基因工程常用的转座元件体系分为天然和人工改造两大类，前者包括自主元件单因子体系和反转录转座元件体系，后者主要是人工改造的双元因子体系。 2.1 自主转座元件单因子体系：自主转座元件单因子体系利用了转座活性较高的自主转座子如玉米的Mu转座子、Ac转座子和矮牵牛的dTpH1转座子，已经克隆了拟南芥白化病基因(albino)、雄性育性基因、蕃茄的抗病基因Cf-9等基因〔7〕。这一转座体系具有两大优点：一是在植物中插入拷贝数高，如Mu元件每个基因组平均拷贝数可达100以上，因此可以在大田自然培养条件下获得大量突变个体；二是只需筛选相对较少量的植株就能标记所有基因。然而，这一体系也存在一些问题：自主转座元件高频率的转座有可能切除转座酶而留下一些序列导致永久突变；自主转座在体细胞内可能造成基因功能自动恢复；自主元件切除留下一些片段使转座元件不能与突变表型共分离，这些都增加了筛选克隆的困难，阻碍了转座子标签的推广〔8〕。 2.2 反转录转座元件体系：虽然反转录转座子作为一个整体，在整个植物基因组中拷贝数很多甚至是最多的一类成分，但它包括了许多亚群，有的亚群仅由一个或几个拷贝组成，这些以单拷贝或低拷贝方式存在的成分比较容易识别，同时实验证明反转录转座子的转座活动在组织培养中能被激活，因此它们是一类很有潜力的转座子标签体系。1996年Hirchick等人就利用水稻反转录转座子Tos17建立了水稻基因敲除体系(gene knock-out system)，Tos17可以在组织培养过程中被激活，插入水稻基因组中，使基因失效〔3〕。1999年Sato等利用这一体系分离了6个水稻kn1—型同源异型框基因，发现了引起水稻植株矮化的突变基因OSH15〔9〕。 最近Lucas等将烟草中的有活性的Ty1-copia类反转录转座子导入拟南芥〔8〕，发现它在后者中进行了转座，新的拷贝插入到其它基因的可读框中。之后又相继将它导入蕃茄和水稻中，在新的宿主中进行了表达，而且宿主的内源反转录转座子不影响新导入转座子的转座，说明反转录转座子并不受植物种类差异的影响。双子叶植物中的反转录转座子不仅可在异源双子叶植物中转座，也可以在单子叶植物中表达，这为反转录转座子用于转座子标签提供了更广阔的前景。 2.3 双元转座子体系：双元转座子体系由一个非自主转座元件和一个改造过后自身不能转座的自主转座元件组成，后者仍编码转座酶引起前者的转座，分别构建含两个元件的植物表达载体，转化植物培育了分别含有非自主性转座子和转座酶的株系，再通过转基因植株杂交，在F2代就能获得大量由转座子引起的突变体。Shimamoto等培育了含Ds转座元件和含Ac转座元件转座酶(AcTPase)基因的两种水稻株系(图1)，通过杂交筛选得到了大量矮化、花期改变的突变体〔10〕。 图1 含有Ds元件和Ac转座酶的 双元转座体系的构建 A:缺失Ac元件的部分片段获得非自主性转座子Ds元件，加上35S启动子和潮霉素抗性基因。 B:构建编码转座酶的转座因子，Ac元件的转座酶片段与35S启动子相连。 为了减少筛选子代突变体的工作量，可以在构建的转座元件上插入用于筛选转化和切除的标记基因如抗生素抗性基因、除草剂抗性基因等。Knapp等构建了带潮霉素磷酸转移酶基因的Ds元件DsHPT，并将该元件插入除草剂抗性基因(ABR)中(图2)，潮霉素抗性基因用于筛选含Ds元件的转基因植株，BAR基因用于筛选Ds从T-DNA位点切除的转基因植株〔7〕。 图2 Ds元件的改造 注：BL T-DNA左边界区； BR T-DNA左边界区； Pnos胭脂碱合成酶启动子；HPT潮霉素磷酸转移酶基因； BAR抗除草剂基因；P35S烟草花叶病毒35S启动子； NPTII新霉素磷酸转移酶II。 3 标签的策略 根据利用转座子标签的目的不同，可以采取两种方式的标签策略：定向标签和随机标签。 3.1 定向标签(directed tagging)：定向标签是用一个稳定遗传的稳性纯合体与一个带有活跃转座元件的显性纯合体杂交，杂交后代可能产生3种表型：跟显性亲本表型一致，新的表型与隐性亲本表型一致，后两种子代是由于转座子插入了显性等位基因座。这一策略可以在F1代直接“标签”感兴趣的目的基因〔11〕。 3.2 随机标签(random tagging)：随机标签是将带有功能性转位因子的显性纯合系植株与不带转位因子的同种植株杂交，产生的F1子代再自交，在F2代中就可筛选到转座子随机插入引起突变表型的突变株，这一策略的目的是为了发现、鉴定带有多种不同特征的新突变〔11〕。 4 标签基因的分离和克隆 4.1 Southern-based分离法：这是转座子标签分离克隆“标签”基因的常用方法，它是通过杂交得到纯合突变株，构建该类突变株的核基因文库，以转座子片作作为探针从该基因文库中筛选中同源的转座子，因为转座子已插入目的基因中，于是就筛选得到含突变基因的片段，再将这一片段亚克隆标记作为探针，去筛选另一个正常植株的核基因文库，获得完整的正常目的基因。为了增加转座子插入特定基因的机率，需要采用高效转座子体系，如玉米的Mu元件，但它的标签群在一个基因组内可达100个拷贝，这又给Southern-based分离法分析突变现象，鉴定特定插入序列的工作带来了相当大的工作量，只能通过多代与含低拷贝数元件的株系杂交来减少每一植株中插入序列的数量〔12〕。 4.2 PCR-based分离法 4.2.1 反向PCR分离法：Souer等1995年设计了将反向PCR(Inverse polymerase chain reaction, IPCR)和差别筛选结合的方法，从矮牵牛W138中分离了高效转座子标签dTph1标记的基因(图3)〔13〕。W138中含有200个拷贝以上的内源dTph1元件，自交后代形成大量不稳定的突变本，包括花色素合成、植物和花发育、育性或叶绿素合成等方面的突变体，用常规方法分离新基因需花大量的时间将突变株与含低拷贝数转座元件的株系多次杂交。Souer等利用反向PCR扩增突变体和野生型的dTph侧翼序列，其中突变体的扩增产物克隆到M13mp18载体上，感染细菌，再以突变体和野生型的扩增片段为探针与噬菌斑复制滤膜杂交，筛选差示克隆，分离dTph1插入的侧翼片段作为探针，再从野生型基因文库中筛选基因。反向PCR和差别筛选结合的方法不仅仅可以用于分离高拷贝转座子元件标签的基因，而且可以用于克隆基它植物轻微变异株中被标签基因，加速低拷贝转座元件标签基因的分离。此外，采用嵌套的反向PCR引物可以提高有效扩增dTph1侧翼序列的产量〔13〕。 图3 特异性克隆突变植株转座元件侧翼序列 4.2.2 TAIL-PCR分离法：刘耀光等设计热不对称交错PCR方法，(Thermal asymmetric interla ced PCR TAIL-PCR)最初用于YAC和Pl载体克隆基因的分离，后又用于转座子标签基因的分离，取得了成功〔14〕。其基本原理是利用多个嵌套的转座子插入序列特异性引物和一个短的随机简并引物(Arbitrary degenerate primer AD)组合，以突变体基因组DNA为模板，进行多次PCR反应，特异性引物的Tm值一般在57-62℃间，而AD引物的Tm值则在44-46℃范围，采取高温特异性扩增与低温随机扩增相间进行的方法，最后获得转座子插入侧翼区特异性扩增片段，可作为探针，筛选分离基因(图4)。 图4 TAIL-PCR特异性扩增插入位点 侧翼基因组序列流程图 TAIL-PCR分离法可以降低非侧翼区特异产物的背景，同时它可以产生2个以上嵌套的目的片段，与其它方法相比TAIL-PCR方法具有简便、特异、高效、快速和灵敏等特点，已经在拟南芥和水稻中获得了成功。 4.2.3 AIMS分离法：Gierl等建立的插入突变位点扩增法(Amplification of insertion Mutagenised sites AIMS)是以PCR为基础的分离转座子标签基因的方法，用它已经成功地从玉米Mu元件标签系统中分离了Bx1基因〔12〕。其原理如图5所示，用2种限制性内切酶消化突变植株的基因组DNA，酶切片段一侧加上接头序列，再采用一组嵌套的插入序列特异引物和一个接头序列互补的引物进行PCR反应扩增插入序列的侧翼序列，为了减少扩增产物的复杂性，在与接头互补引物3"末端加上一个碱基(A/T/C/G)，分离的侧翼序列可作为探针筛选目的基因。 利用AIMS进行转座子插入侧翼序列的分离可以减少分析片段的复杂性，同时扩增产物可以不经任何纯化步骤，直接用作探针从cDNA文库或基因组文库中筛选目的基因。但是AIMS也存在一些问题，如难获得500bp以上的片段，可能是由于人工的未切动的DNA片段存在或是TaqDNA聚合酶不能完全扩增，解决这一问题就需要寻找一些更合适的限制性内切酶。 5 展望 目前转座子元件是植物分子生物学操作和植物基因工程中分离克隆基因和研究基因功能最有力的工具之一，其中的一大类—反转录转座子具有分布广、异源转座高和受组织培养诱导激活等优势，因此它的发现和利用又为转座子标签的应用提供了更广阔的前景。此外通过对现有转座元件的改造以及转座元件作为载体改造的工具，也将大大加速植物基因和功能序列的分离与研究，如利用转座子元件构建启动子捕捉载体，效率比T-DNA标签高〔11〕。 但转座子标签推广还存在一些困难，例如筛选鉴定转座元件引起的表型突变体。目前，各种突变体筛选方法都在植物个体水平进行研究，先要得到基因型包含转座子插入突变的植株的种子，再在104～106个后代的群体中筛选突变体，工作量非常大，定向标签还要求有隐性纯合系可进行杂交。最近开始研究利用单倍体进行细胞水平的突变体筛选，因为单倍体可直接表达隐性基因，瞿绍洪等鉴定了玉米转座因子Ac在单倍体烟草中的转座活性，这将有助于在单倍体细胞中进行转座因子研究〔15〕。 对转座子标签突变体筛选、标签基因分离等方面的改进将使这一技术更为完整，不仅为植物基因工程发展分离了更多的基因，同时可以大大促进植物基因表达机制等基础理论的研究。

Transposon a segment of DNA that can become integrated at many different sites along a chromosome (especially a segment of bacterial DNA that can be translocated as a whole) 转座因子或转座子是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。 一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子，可分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。 转座子是一类在细菌的染色体,质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分,是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列. 转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列（IS），它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分 转座(因)子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。 复合型的转座因子称为转座子(trans—poson，Tn)。这种转座因子带有同转座无关的一些基因，它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。 转座子是细菌细胞里发现的一种复合型转座因子，这种转座因子带有同转座无关的一些基因，如抗药性基因；它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这种复合型的转座因子称为转座子(trans—poson，Tn)。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。Tn两端的IS有的是完全相同的，有的则有差别。当两端的IS完全相同时，每一个IS都可使转座子转座；当两端是不同的IS时，则转座子的转座取决于其中的一个IS。Tn有抗生素的抗性基因，Tn很容易从细菌染色体转座到噬菌体基因组或是接合型的质粒。因此，Tn可以很快地传播到其他细菌细胞，这是自然界中细菌产生抗药性的重要来源。 两个相邻的IS可以使处于它们中间的DNA移动，同时也可制造出新的转座子。Tn10的两端是两个取向相反的IS1O，中间有抗四环素的抗性基因(TetR)，当TnlO整合在一个环状DNA分子中间时，就可以产生新的转座子。当转座子转座插人宿主DNA时，在插入处产生正向重复序列，其过程是这样的：先是在靶DNA插入处产生交错的切口，使靶DNA产生两个突出的单链末端，然后转座子同单链连接，留下的缺口补平，最后就在转座子插入处生成了宿主DNA的正向重复。已知的转座因子的转座途径有两种：复制转座和非复制转座。 1．复制转座(replicative transposition) 转座因子在转座期间先复制一份拷贝，而后拷贝转座到新的位置，在原先的位置上仍然保留原来的转座因子。复制转座有转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)的参与。转座酶作用于原来的转座因子的末端，解离酶则作用于复制的拷贝。TnA是复制转座的例子。 2．非复制转座(non-replicative transposition) 转座因子直接从原来位置上转座插入新的位置，并留在插入位置上，这种转座只需转座酶的作用。非复制转座的结果是在原来的位置上丢失了转座因子，而在插入位置上增加了转座因子。这可造成表型的变化。 保留转座(conservative transposition)也是非复制转座的一种类型。其特点是转座因子的切离和插人类似于入噬菌体的整合作用，所用的转座酶也是属于入整合酶(integrase)家族。出现这种转座的转座因子都比较大，而且转座的往往不只是转座因子自身，而是连同宿主的一部分DNA一起转座。 非复制转座可以是直接从供体分子的转座子两端产生双链断裂，使整个转座子释放出来，然后在受体分子上产生的交错接口处插入，这是“切割与黏接”(“cut and paste")的方式。另一种方式是在转座子分子同受体分子之间形成一种交换结构(crossover structure)，受体分子上产生交错的单链缺口，与酶切后产生的转座子单链游离末端连接，并在插入位点上产生正向重复序列；最 后，由此生成的交换结构经产生缺口(nick)而使转座子转座在受体分子。供体DNA分子上留下双链断裂，结果 或是供体分子被降解，或是被DNA修复系统识别而得到修复。 在复制转座过程中，转座和切离是两个独立事件。先是由转座酶分别切割转座子的供体和受体DNA分子。转座子的末端与受体DNA分子连接，并将转座子复制一份拷贝，由此生成的中间体即共整合体(cointegrat，)有转座子的两份拷贝。然后在转座子的两份拷贝间发生类似同源重组的反应，在解离酶的作用下，供体分子同受体分子分开，并且各带一份转座子拷贝。同时受体分子的靶位点序列也重复了一份拷贝。 酵母接合型的相互转换也是复制转座所产生。酿酒酵母(Saccharomvcescerf—visiae)的生命周期中有双倍体细胞和单倍体细胞两种类型。单倍体细胞则有a型和α型两种接合型(mating type)。单倍体酵母是a型还是α型，由单个基因座MAT所决定。MAT有一对等位基因MAT。和MATα，在同宗接合(homothallic)的酵母菌株中，酵母菌十分频繁地转换其接合型，即从a转换成α，然后在下一代又转换为a。这种转换和回复的频率已远远高于通常的自发突变，表明这不是通常的突变机制。现在已经知道，在MAT基因座两侧有两个基因带有MATα和ATα的拷贝，这就是HMLα和HMRα基因。这两个基因贮存了两种接合型等位基因，当转座给MAT基因座时就发生了接合型的转换。因此，MAT基因座是通过转座而转换其接合型的。MAT基因座的序列转换成另一个基因的序列，这种机制称为基因转换(gene convertion)。 1951年Barbara Mclintock首先在玉米中发现了控制元件，后来命名为转座元件或转座子(transposon)。转座子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。这一元件不仅可用于分析生物遗传进化上分子作用引起的一些现象，还为基因工程和分子生物学研究提供了强有力的工具，可以在不了解基因产物的生化性质和表达模式的情况下，分离克隆植物基因，即转座子标签(transposon tagging)，又称为转座子示踪法。其原理是利用转座子的插入造成基因突变，以转座子序列为基础，从突变株的基因文库中筛选出带有此转座子的克隆，它必定含有与转座子序列相邻的突变基因的部分序列，再利用这部分序列从野生型基因文库中获得完整的基因〔1〕。1984年，用转座子标签法首先在玉米中分离了bronze基因，该基因编码了玉米花色素合成途径的关键酶——UDP-葡萄糖类黄3-O-葡萄糖基转移酶〔2〕。此后还利用转座子标签技术分离了许多植物基因。 1 转座子概述 转座子可以分为两大类：以DNA-DNA方式转座的转座子和反转录转座子(retrotransposon)。第一类转座子可以通过DNA复制或直接切除两种方式获得可移片段，重新插入基因组DNA中。根据转座的自主性，这类元件又可以分为自主转座元件和非自主转座元件，前者本身能够编码转座酶而进行转座，后者则需在自主元件存在时方可转座，以玉米的Ac/Ds体系为例，Ac(Activator)属于自主元件，Ds(Dissociation)则是非自主元件，必需在Ac元件存在下才能转座〔1〕。第二类转座子又称为返座元(retroposon)〔3〕，是近年新发现的由RNA介导转座的转座元件，在结构和复制上与反转录病毒(retrovirus)类似，只是没有病毒感染必须的env基因，它通过转录合成mRNA,再逆转录合成新的元件整合到基因组中完成转座，每转座1次拷贝数就会增加1份，因此它是目前所知高等植物中数量最大的一类可活动遗传成分。目前共发现了3种类型反转录转座子：Tyl-copia类，Ty3-gypsy类和LINE(long interspersed nuclear Clements)类转座子，前两类是具有长末端重复的转座子，LINE类转座子没有长末端重复。高等植物中的反转录转座子主要属于Tyl-copia类，分布十分广泛，几乎覆盖了所有高等植物种类〔4〕。 克隆转座子主要有两条途径：其一，利用抗体识别或cDNA探针从野生型植株中获得表达量降低或不稳定基因座的序列，再从突变体中分离得到相应的转座子：其二是根据序列同源性，在基因组的不同位置分离同一家族的转座子成员。目前已经克隆的植物转座子约156种(来自Genbank的报告)，表1列出了常用于转座子标签的一些植物转座子。 表1 常用植物转座子标签的转座子 名 称 来 源 类 型 Ac(Activator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Ds(Dissociation) 玉米 Ⅰ类非自主型转座子 Mu(Mutator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Spm/En 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Tam 金鱼草 Ⅰ类自主型转座子 dTphl 拟南芥 Ⅰ类自主型转座子 Tos17 水稻 反转录转座子 2 转座子标签的转座元件体系 1984年首次用转座子标签法克隆了玉米bronze基因之后，在其它高等植物中一直没有发现象Ac/Ds、Spm/En类转座活性很高的转座子，因此在很长一段时间内都是利用玉米和金鱼草中转座性质较清楚的内源自主性转座子。B.Baker等人首先证明了玉米的Ac/Ds转座元件在转基因烟草中有作用，此后又发现Ac/Ds在其他许多物种中如拟南芥、蕃茄、矮牵牛、亚麻、马铃薯、黄豆和水稻中都有活性〔5〕。1993年用Ac元件从矮牵牛中成功地克隆了一个花色素苷合成基因，开创了用外源转座子在异源宿主中分离克隆基因的先河〔6〕。 目前植物基因工程常用的转座元件体系分为天然和人工改造两大类，前者包括自主元件单因子体系和反转录转座元件体系，后者主要是人工改造的双元因子体系。 2.1 自主转座元件单因子体系：自主转座元件单因子体系利用了转座活性较高的自主转座子如玉米的Mu转座子、Ac转座子和矮牵牛的dTpH1转座子，已经克隆了拟南芥白化病基因(albino)、雄性育性基因、蕃茄的抗病基因Cf-9等基因〔7〕。这一转座体系具有两大优点：一是在植物中插入拷贝数高，如Mu元件每个基因组平均拷贝数可达100以上，因此可以在大田自然培养条件下获得大量突变个体；二是只需筛选相对较少量的植株就能标记所有基因。然而，这一体系也存在一些问题：自主转座元件高频率的转座有可能切除转座酶而留下一些序列导致永久突变；自主转座在体细胞内可能造成基因功能自动恢复；自主元件切除留下一些片段使转座元件不能与突变表型共分离，这些都增加了筛选克隆的困难，阻碍了转座子标签的推广〔8〕。 2.2 反转录转座元件体系：虽然反转录转座子作为一个整体，在整个植物基因组中拷贝数很多甚至是最多的一类成分，但它包括了许多亚群，有的亚群仅由一个或几个拷贝组成，这些以单拷贝或低拷贝方式存在的成分比较容易识别，同时实验证明反转录转座子的转座活动在组织培养中能被激活，因此它们是一类很有潜力的转座子标签体系。1996年Hirchick等人就利用水稻反转录转座子Tos17建立了水稻基因敲除体系(gene knock-out system)，Tos17可以在组织培养过程中被激活，插入水稻基因组中，使基因失效〔3〕。1999年Sato等利用这一体系分离了6个水稻kn1—型同源异型框基因，发现了引起水稻植株矮化的突变基因OSH15〔9〕。 最近Lucas等将烟草中的有活性的Ty1-copia类反转录转座子导入拟南芥〔8〕，发现它在后者中进行了转座，新的拷贝插入到其它基因的可读框中。之后又相继将它导入蕃茄和水稻中，在新的宿主中进行了表达，而且宿主的内源反转录转座子不影响新导入转座子的转座，说明反转录转座子并不受植物种类差异的影响。双子叶植物中的反转录转座子不仅可在异源双子叶植物中转座，也可以在单子叶植物中表达，这为反转录转座子用于转座子标签提供了更广阔的前景。 2.3 双元转座子体系：双元转座子体系由一个非自主转座元件和一个改造过后自身不能转座的自主转座元件组成，后者仍编码转座酶引起前者的转座，分别构建含两个元件的植物表达载体，转化植物培育了分别含有非自主性转座子和转座酶的株系，再通过转基因植株杂交，在F2代就能获得大量由转座子引起的突变体。Shimamoto等培育了含Ds转座元件和含Ac转座元件转座酶(AcTPase)基因的两种水稻株系(图1)，通过杂交筛选得到了大量矮化、花期改变的突变体〔10〕。 图1 含有Ds元件和Ac转座酶的 双元转座体系的构建 A:缺失Ac元件的部分片段获得非自主性转座子Ds元件，加上35S启动子和潮霉素抗性基因。 B:构建编码转座酶的转座因子，Ac元件的转座酶片段与35S启动子相连。 为了减少筛选子代突变体的工作量，可以在构建的转座元件上插入用于筛选转化和切除的标记基因如抗生素抗性基因、除草剂抗性基因等。Knapp等构建了带潮霉素磷酸转移酶基因的Ds元件DsHPT，并将该元件插入除草剂抗性基因(ABR)中(图2)，潮霉素抗性基因用于筛选含Ds元件的转基因植株，BAR基因用于筛选Ds从T-DNA位点切除的转基因植株〔7〕。 图2 Ds元件的改造 注：BL T-DNA左边界区； BR T-DNA左边界区； Pnos胭脂碱合成酶启动子；HPT潮霉素磷酸转移酶基因； BAR抗除草剂基因；P35S烟草花叶病毒35S启动子； NPTII新霉素磷酸转移酶II。 3 标签的策略 根据利用转座子标签的目的不同，可以采取两种方式的标签策略：定向标签和随机标签。 3.1 定向标签(directed tagging)：定向标签是用一个稳定遗传的稳性纯合体与一个带有活跃转座元件的显性纯合体杂交，杂交后代可能产生3种表型：跟显性亲本表型一致，新的表型与隐性亲本表型一致，后两种子代是由于转座子插入了显性等位基因座。这一策略可以在F1代直接“标签”感兴趣的目的基因〔11〕。 3.2 随机标签(random tagging)：随机标签是将带有功能性转位因子的显性纯合系植株与不带转位因子的同种植株杂交，产生的F1子代再自交，在F2代中就可筛选到转座子随机插入引起突变表型的突变株，这一策略的目的是为了发现、鉴定带有多种不同特征的新突变〔11〕。 4 标签基因的分离和克隆 4.1 Southern-based分离法：这是转座子标签分离克隆“标签”基因的常用方法，它是通过杂交得到纯合突变株，构建该类突变株的核基因文库，以转座子片作作为探针从该基因文库中筛选中同源的转座子，因为转座子已插入目的基因中，于是就筛选得到含突变基因的片段，再将这一片段亚克隆标记作为探针，去筛选另一个正常植株的核基因文库，获得完整的正常目的基因。为了增加转座子插入特定基因的机率，需要采用高效转座子体系，如玉米的Mu元件，但它的标签群在一个基因组内可达100个拷贝，这又给Southern-based分离法分析突变现象，鉴定特定插入序列的工作带来了相当大的工作量，只能通过多代与含低拷贝数元件的株系杂交来减少每一植株中插入序列的数量〔12〕。 4.2 PCR-based分离法 4.2.1 反向PCR分离法：Souer等1995年设计了将反向PCR(Inverse polymerase chain reaction, IPCR)和差别筛选结合的方法，从矮牵牛W138中分离了高效转座子标签dTph1标记的基因(图3)〔13〕。W138中含有200个拷贝以上的内源dTph1元件，自交后代形成大量不稳定的突变本，包括花色素合成、植物和花发育、育性或叶绿素合成等方面的突变体，用常规方法分离新基因需花大量的时间将突变株与含低拷贝数转座元件的株系多次杂交。Souer等利用反向PCR扩增突变体和野生型的dTph侧翼序列，其中突变体的扩增产物克隆到M13mp18载体上，感染细菌，再以突变体和野生型的扩增片段为探针与噬菌斑复制滤膜杂交，筛选差示克隆，分离dTph1插入的侧翼片段作为探针，再从野生型基因文库中筛选基因。反向PCR和差别筛选结合的方法不仅仅可以用于分离高拷贝转座子元件标签的基因，而且可以用于克隆基它植物轻微变异株中被标签基因，加速低拷贝转座元件标签基因的分离。此外，采用嵌套的反向PCR引物可以提高有效扩增dTph1侧翼序列的产量〔13〕。 图3 特异性克隆突变植株转座元件侧翼序列 4.2.2 TAIL-PCR分离法：刘耀光等设计热不对称交错PCR方法，(Thermal asymmetric interla ced PCR TAIL-PCR)最初用于YAC和Pl载体克隆基因的分离，后又用于转座子标签基因的分离，取得了成功〔14〕。其基本原理是利用多个嵌套的转座子插入序列特异性引物和一个短的随机简并引物(Arbitrary degenerate primer AD)组合，以突变体基因组DNA为模板，进行多次PCR反应，特异性引物的Tm值一般在57-62℃间，而AD引物的Tm值则在44-46℃范围，采取高温特异性扩增与低温随机扩增相间进行的方法，最后获得转座子插入侧翼区特异性扩增片段，可作为探针，筛选分离基因(图4)。 图4 TAIL-PCR特异性扩增插入位点 侧翼基因组序列流程图 TAIL-PCR分离法可以降低非侧翼区特异产物的背景，同时它可以产生2个以上嵌套的目的片段，与其它方法相比TAIL-PCR方法具有简便、特异、高效、快速和灵敏等特点，已经在拟南芥和水稻中获得了成功。 4.2.3 AIMS分离法：Gierl等建立的插入突变位点扩增法(Amplification of insertion Mutagenised sites AIMS)是以PCR为基础的分离转座子标签基因的方法，用它已经成功地从玉米Mu元件标签系统中分离了Bx1基因〔12〕。其原理如图5所示，用2种限制性内切酶消化突变植株的基因组DNA，酶切片段一侧加上接头序列，再采用一组嵌套的插入序列特异引物和一个接头序列互补的引物进行PCR反应扩增插入序列的侧翼序列，为了减少扩增产物的复杂性，在与接头互补引物3"末端加上一个碱基(A/T/C/G)，分离的侧翼序列可作为探针筛选目的基因。 利用AIMS进行转座子插入侧翼序列的分离可以减少分析片段的复杂性，同时扩增产物可以不经任何纯化步骤，直接用作探针从cDNA文库或基因组文库中筛选目的基因。但是AIMS也存在一些问题，如难获得500bp以上的片段，可能是由于人工的未切动的DNA片段存在或是TaqDNA聚合酶不能完全扩增，解决这一问题就需要寻找一些更合适的限制性内切酶。 5 展望 目前转座子元件是植物分子生物学操作和植物基因工程中分离克隆基因和研究基因功能最有力的工具之一，其中的一大类—反转录转座子具有分布广、异源转座高和受组织培养诱导激活等优势，因此它的发现和利用又为转座子标签的应用提供了更广阔的前景。此外通过对现有转座元件的改造以及转座元件作为载体改造的工具，也将大大加速植物基因和功能序列的分离与研究，如利用转座子元件构建启动子捕捉载体，效率比T-DNA标签高〔11〕。 但转座子标签推广还存在一些困难，例如筛选鉴定转座元件引起的表型突变体。目前，各种突变体筛选方法都在植物个体水平进行研究，先要得到基因型包含转座子插入突变的植株的种子，再在104～106个后代的群体中筛选突变体，工作量非常大，定向标签还要求有隐性纯合系可进行杂交。最近开始研究利用单倍体进行细胞水平的突变体筛选，因为单倍体可直接表达隐性基因，瞿绍洪等鉴定了玉米转座因子Ac在单倍体烟草中的转座活性，这将有助于在单倍体细胞中进行转座因子研究〔15〕。 对转座子标签突变体筛选、标签基因分离等方面的改进将使这一技术更为完整，不仅为植物基因工程发展分离了更多的基因，同时可以大大促进植物基因表达机制等基础理论的研究

转座因子或转座子是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。 一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子，可分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。 转座子是一类在细菌的染色体,质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分,是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列. 转拙子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。最简单的转座子不含又任何宿主基因而常被称为插入序列（IS），它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分 转座(因)子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。 复合型的转座因子称为转座子(trans—poson，Tn)。这种转座因子带有同转座无关的一些基因，它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。 转座子是细菌细胞里发现的一种复合型转座因子，这种转座因子带有同转座无关的一些基因，如抗药性基因；它的两端就是IS，构成了“左臂”和“右臂”。两个“臂”可以是正向重复，也可以是反向重复。这种复合型的转座因子称为转座子(trans—poson，Tn)。这些两端的重复序列可以作为Tn的一部分随同Tn转座，也可以单独作为IS而转座。Tn两端的IS有的是完全相同的，有的则有差别。当两端的IS完全相同时，每一个IS都可使转座子转座；当两端是不同的IS时，则转座子的转座取决于其中的一个IS。Tn有抗生素的抗性基因，Tn很容易从细菌染色体转座到噬菌体基因组或是接合型的质粒。因此，Tn可以很快地传播到其他细菌细胞，这是自然界中细菌产生抗药性的重要来源。 两个相邻的IS可以使处于它们中间的DNA移动，同时也可制造出新的转座子。Tn10的两端是两个取向相反的IS1O，中间有抗四环素的抗性基因(TetR)，当TnlO整合在一个环状DNA分子中间时，就可以产生新的转座子。当转座子转座插人宿主DNA时，在插入处产生正向重复序列，其过程是这样的：先是在靶DNA插入处产生交错的切口，使靶DNA产生两个突出的单链末端，然后转座子同单链连接，留下的缺口补平，最后就在转座子插入处生成了宿主DNA的正向重复。已知的转座因子的转座途径有两种：复制转座和非复制转座。 1．复制转座(replicative transposition) 转座因子在转座期间先复制一份拷贝，而后拷贝转座到新的位置，在原先的位置上仍然保留原来的转座因子。复制转座有转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)的参与。转座酶作用于原来的转座因子的末端，解离酶则作用于复制的拷贝。TnA是复制转座的例子。 2．非复制转座(non-replicative transposition) 转座因子直接从原来位置上转座插入新的位置，并留在插入位置上，这种转座只需转座酶的作用。非复制转座的结果是在原来的位置上丢失了转座因子，而在插入位置上增加了转座因子。这可造成表型的变化。 保留转座(conservative transposition)也是非复制转座的一种类型。其特点是转座因子的切离和插人类似于入噬菌体的整合作用，所用的转座酶也是属于入整合酶(integrase)家族。出现这种转座的转座因子都比较大，而且转座的往往不只是转座因子自身，而是连同宿主的一部分DNA一起转座。 非复制转座可以是直接从供体分子的转座子两端产生双链断裂，使整个转座子释放出来，然后在受体分子上产生的交错接口处插入，这是“切割与黏接”(“cut and paste")的方式。另一种方式是在转座子分子同受体分子之间形成一种交换结构(crossover structure)，受体分子上产生交错的单链缺口，与酶切后产生的转座子单链游离末端连接，并在插入位点上产生正向重复序列；最 后，由此生成的交换结构经产生缺口(nick)而使转座子转座在受体分子。供体DNA分子上留下双链断裂，结果 或是供体分子被降解，或是被DNA修复系统识别而得到修复。 在复制转座过程中，转座和切离是两个独立事件。先是由转座酶分别切割转座子的供体和受体DNA分子。转座子的末端与受体DNA分子连接，并将转座子复制一份拷贝，由此生成的中间体即共整合体(cointegrat，)有转座子的两份拷贝。然后在转座子的两份拷贝间发生类似同源重组的反应，在解离酶的作用下，供体分子同受体分子分开，并且各带一份转座子拷贝。同时受体分子的靶位点序列也重复了一份拷贝。 酵母接合型的相互转换也是复制转座所产生。酿酒酵母(Saccharomvcescerf—visiae)的生命周期中有双倍体细胞和单倍体细胞两种类型。单倍体细胞则有a型和α型两种接合型(mating type)。单倍体酵母是a型还是α型，由单个基因座MAT所决定。MAT有一对等位基因MAT。和MATα，在同宗接合(homothallic)的酵母菌株中，酵母菌十分频繁地转换其接合型，即从a转换成α，然后在下一代又转换为a。这种转换和回复的频率已远远高于通常的自发突变，表明这不是通常的突变机制。现在已经知道，在MAT基因座两侧有两个基因带有MATα和ATα的拷贝，这就是HMLα和HMRα基因。这两个基因贮存了两种接合型等位基因，当转座给MAT基因座时就发生了接合型的转换。因此，MAT基因座是通过转座而转换其接合型的。MAT基因座的序列转换成另一个基因的序列，这种机制称为基因转换(gene convertion)。 1951年Barbara Mclintock首先在玉米中发现了控制元件，后来命名为转座元件或转座子(transposon)。转座子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。这一元件不仅可用于分析生物遗传进化上分子作用引起的一些现象，还为基因工程和分子生物学研究提供了强有力的工具，可以在不了解基因产物的生化性质和表达模式的情况下，分离克隆植物基因，即转座子标签(transposon tagging)，又称为转座子示踪法。其原理是利用转座子的插入造成基因突变，以转座子序列为基础，从突变株的基因文库中筛选出带有此转座子的克隆，它必定含有与转座子序列相邻的突变基因的部分序列，再利用这部分序列从野生型基因文库中获得完整的基因〔1〕。1984年，用转座子标签法首先在玉米中分离了bronze基因，该基因编码了玉米花色素合成途径的关键酶——UDP-葡萄糖类黄3-O-葡萄糖基转移酶〔2〕。此后还利用转座子标签技术分离了许多植物基因。 1 转座子概述 转座子可以分为两大类：以DNA-DNA方式转座的转座子和反转录转座子(retrotransposon)。第一类转座子可以通过DNA复制或直接切除两种方式获得可移片段，重新插入基因组DNA中。根据转座的自主性，这类元件又可以分为自主转座元件和非自主转座元件，前者本身能够编码转座酶而进行转座，后者则需在自主元件存在时方可转座，以玉米的Ac/Ds体系为例，Ac(Activator)属于自主元件，Ds(Dissociation)则是非自主元件，必需在Ac元件存在下才能转座〔1〕。第二类转座子又称为返座元(retroposon)〔3〕，是近年新发现的由RNA介导转座的转座元件，在结构和复制上与反转录病毒(retrovirus)类似，只是没有病毒感染必须的env基因，它通过转录合成mRNA,再逆转录合成新的元件整合到基因组中完成转座，每转座1次拷贝数就会增加1份，因此它是目前所知高等植物中数量最大的一类可活动遗传成分。目前共发现了3种类型反转录转座子：Tyl-copia类，Ty3-gypsy类和LINE(long interspersed nuclear Clements)类转座子，前两类是具有长末端重复的转座子，LINE类转座子没有长末端重复。高等植物中的反转录转座子主要属于Tyl-copia类，分布十分广泛，几乎覆盖了所有高等植物种类〔4〕。 克隆转座子主要有两条途径：其一，利用抗体识别或cDNA探针从野生型植株中获得表达量降低或不稳定基因座的序列，再从突变体中分离得到相应的转座子：其二是根据序列同源性，在基因组的不同位置分离同一家族的转座子成员。目前已经克隆的植物转座子约156种(来自Genbank的报告)，表1列出了常用于转座子标签的一些植物转座子。 表1 常用植物转座子标签的转座子 名 称 来 源 类 型 Ac(Activator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Ds(Dissociation) 玉米 Ⅰ类非自主型转座子 Mu(Mutator) 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Spm/En 玉米 Ⅰ类自主型转座子 Tam 金鱼草 Ⅰ类自主型转座子 dTphl 拟南芥 Ⅰ类自主型转座子 Tos17 水稻 反转录转座子 2 转座子标签的转座元件体系 1984年首次用转座子标签法克隆了玉米bronze基因之后，在其它高等植物中一直没有发现象Ac/Ds、Spm/En类转座活性很高的转座子，因此在很长一段时间内都是利用玉米和金鱼草中转座性质较清楚的内源自主性转座子。B.Baker等人首先证明了玉米的Ac/Ds转座元件在转基因烟草中有作用，此后又发现Ac/Ds在其他许多物种中如拟南芥、蕃茄、矮牵牛、亚麻、马铃薯、黄豆和水稻中都有活性〔5〕。1993年用Ac元件从矮牵牛中成功地克隆了一个花色素苷合成基因，开创了用外源转座子在异源宿主中分离克隆基因的先河〔6〕。 目前植物基因工程常用的转座元件体系分为天然和人工改造两大类，前者包括自主元件单因子体系和反转录转座元件体系，后者主要是人工改造的双元因子体系。 2.1 自主转座元件单因子体系：自主转座元件单因子体系利用了转座活性较高的自主转座子如玉米的Mu转座子、Ac转座子和矮牵牛的dTpH1转座子，已经克隆了拟南芥白化病基因(albino)、雄性育性基因、蕃茄的抗病基因Cf-9等基因〔7〕。这一转座体系具有两大优点：一是在植物中插入拷贝数高，如Mu元件每个基因组平均拷贝数可达100以上，因此可以在大田自然培养条件下获得大量突变个体；二是只需筛选相对较少量的植株就能标记所有基因。然而，这一体系也存在一些问题：自主转座元件高频率的转座有可能切除转座酶而留下一些序列导致永久突变；自主转座在体细胞内可能造成基因功能自动恢复；自主元件切除留下一些片段使转座元件不能与突变表型共分离，这些都增加了筛选克隆的困难，阻碍了转座子标签的推广〔8〕。 2.2 反转录转座元件体系：虽然反转录转座子作为一个整体，在整个植物基因组中拷贝数很多甚至是最多的一类成分，但它包括了许多亚群，有的亚群仅由一个或几个拷贝组成，这些以单拷贝或低拷贝方式存在的成分比较容易识别，同时实验证明反转录转座子的转座活动在组织培养中能被激活，因此它们是一类很有潜力的转座子标签体系。1996年Hirchick等人就利用水稻反转录转座子Tos17建立了水稻基因敲除体系(gene knock-out system)，Tos17可以在组织培养过程中被激活，插入水稻基因组中，使基因失效〔3〕。1999年Sato等利用这一体系分离了6个水稻kn1—型同源异型框基因，发现了引起水稻植株矮化的突变基因OSH15〔9〕。 最近Lucas等将烟草中的有活性的Ty1-copia类反转录转座子导入拟南芥〔8〕，发现它在后者中进行了转座，新的拷贝插入到其它基因的可读框中。之后又相继将它导入蕃茄和水稻中，在新的宿主中进行了表达，而且宿主的内源反转录转座子不影响新导入转座子的转座，说明反转录转座子并不受植物种类差异的影响。双子叶植物中的反转录转座子不仅可在异源双子叶植物中转座，也可以在单子叶植物中表达，这为反转录转座子用于转座子标签提供了更广阔的前景。 2.3 双元转座子体系：双元转座子体系由一个非自主转座元件和一个改造过后自身不能转座的自主转座元件组成，后者仍编码转座酶引起前者的转座，分别构建含两个元件的植物表达载体，转化植物培育了分别含有非自主性转座子和转座酶的株系，再通过转基因植株杂交，在F2代就能获得大量由转座子引起的突变体。Shimamoto等培育了含Ds转座元件和含Ac转座元件转座酶(AcTPase)基因的两种水稻株系(图1)，通过杂交筛选得到了大量矮化、花期改变的突变体〔10〕。 图1 含有Ds元件和Ac转座酶的 双元转座体系的构建 A:缺失Ac元件的部分片段获得非自主性转座子Ds元件，加上35S启动子和潮霉素抗性基因。 B:构建编码转座酶的转座因子，Ac元件的转座酶片段与35S启动子相连。 为了减少筛选子代突变体的工作量，可以在构建的转座元件上插入用于筛选转化和切除的标记基因如抗生素抗性基因、除草剂抗性基因等。Knapp等构建了带潮霉素磷酸转移酶基因的Ds元件DsHPT，并将该元件插入除草剂抗性基因(ABR)中(图2)，潮霉素抗性基因用于筛选含Ds元件的转基因植株，BAR基因用于筛选Ds从T-DNA位点切除的转基因植株〔7〕。 图2 Ds元件的改造 注：BL T-DNA左边界区； BR T-DNA左边界区； Pnos胭脂碱合成酶启动子；HPT潮霉素磷酸转移酶基因； BAR抗除草剂基因；P35S烟草花叶病毒35S启动子； NPTII新霉素磷酸转移酶II。 3 标签的策略 根据利用转座子标签的目的不同，可以采取两种方式的标签策略：定向标签和随机标签。 3.1 定向标签(directed tagging)：定向标签是用一个稳定遗传的稳性纯合体与一个带有活跃转座元件的显性纯合体杂交，杂交后代可能产生3种表型：跟显性亲本表型一致，新的表型与隐性亲本表型一致，后两种子代是由于转座子插入了显性等位基因座。这一策略可以在F1代直接“标签”感兴趣的目的基因〔11〕。 3.2 随机标签(random tagging)：随机标签是将带有功能性转位因子的显性纯合系植株与不带转位因子的同种植株杂交，产生的F1子代再自交，在F2代中就可筛选到转座子随机插入引起突变表型的突变株，这一策略的目的是为了发现、鉴定带有多种不同特征的新突变〔11〕。 4 标签基因的分离和克隆 4.1 Southern-based分离法：这是转座子标签分离克隆“标签”基因的常用方法，它是通过杂交得到纯合突变株，构建该类突变株的核基因文库，以转座子片作作为探针从该基因文库中筛选中同源的转座子，因为转座子已插入目的基因中，于是就筛选得到含突变基因的片段，再将这一片段亚克隆标记作为探针，去筛选另一个正常植株的核基因文库，获得完整的正常目的基因。为了增加转座子插入特定基因的机率，需要采用高效转座子体系，如玉米的Mu元件，但它的标签群在一个基因组内可达100个拷贝，这又给Southern-based分离法分析突变现象，鉴定特定插入序列的工作带来了相当大的工作量，只能通过多代与含低拷贝数元件的株系杂交来减少每一植株中插入序列的数量〔12〕。 4.2 PCR-based分离法 4.2.1 反向PCR分离法：Souer等1995年设计了将反向PCR(Inverse polymerase chain reaction, IPCR)和差别筛选结合的方法，从矮牵牛W138中分离了高效转座子标签dTph1标记的基因(图3)〔13〕。W138中含有200个拷贝以上的内源dTph1元件，自交后代形成大量不稳定的突变本，包括花色素合成、植物和花发育、育性或叶绿素合成等方面的突变体，用常规方法分离新基因需花大量的时间将突变株与含低拷贝数转座元件的株系多次杂交。Souer等利用反向PCR扩增突变体和野生型的dTph侧翼序列，其中突变体的扩增产物克隆到M13mp18载体上，感染细菌，再以突变体和野生型的扩增片段为探针与噬菌斑复制滤膜杂交，筛选差示克隆，分离dTph1插入的侧翼片段作为探针，再从野生型基因文库中筛选基因。反向PCR和差别筛选结合的方法不仅仅可以用于分离高拷贝转座子元件标签的基因，而且可以用于克隆基它植物轻微变异株中被标签基因，加速低拷贝转座元件标签基因的分离。此外，采用嵌套的反向PCR引物可以提高有效扩增dTph1侧翼序列的产量〔13〕。 图3 特异性克隆突变植株转座元件侧翼序列 4.2.2 TAIL-PCR分离法：刘耀光等设计热不对称交错PCR方法，(Thermal asymmetric interla ced PCR TAIL-PCR)最初用于YAC和Pl载体克隆基因的分离，后又用于转座子标签基因的分离，取得了成功〔14〕。其基本原理是利用多个嵌套的转座子插入序列特异性引物和一个短的随机简并引物(Arbitrary degenerate primer AD)组合，以突变体基因组DNA为模板，进行多次PCR反应，特异性引物的Tm值一般在57-62℃间，而AD引物的Tm值则在44-46℃范围，采取高温特异性扩增与低温随机扩增相间进行的方法，最后获得转座子插入侧翼区特异性扩增片段，可作为探针，筛选分离基因(图4)。 图4 TAIL-PCR特异性扩增插入位点 侧翼基因组序列流程图 TAIL-PCR分离法可以降低非侧翼区特异产物的背景，同时它可以产生2个以上嵌套的目的片段，与其它方法相比TAIL-PCR方法具有简便、特异、高效、快速和灵敏等特点，已经在拟南芥和水稻中获得了成功。 4.2.3 AIMS分离法：Gierl等建立的插入突变位点扩增法(Amplification of insertion Mutagenised sites AIMS)是以PCR为基础的分离转座子标签基因的方法，用它已经成功地从玉米Mu元件标签系统中分离了Bx1基因〔12〕。其原理如图5所示，用2种限制性内切酶消化突变植株的基因组DNA，酶切片段一侧加上接头序列，再采用一组嵌套的插入序列特异引物和一个接头序列互补的引物进行PCR反应扩增插入序列的侧翼序列，为了减少扩增产物的复杂性，在与接头互补引物3"末端加上一个碱基(A/T/C/G)，分离的侧翼序列可作为探针筛选目的基因。 利用AIMS进行转座子插入侧翼序列的分离可以减少分析片段的复杂性，同时扩增产物可以不经任何纯化步骤，直接用作探针从cDNA文库或基因组文库中筛选目的基因。但是AIMS也存在一些问题，如难获得500bp以上的片段，可能是由于人工的未切动的DNA片段存在或是TaqDNA聚合酶不能完全扩增，解决这一问题就需要寻找一些更合适的限制性内切酶。 5 展望 目前转座子元件是植物分子生物学操作和植物基因工程中分离克隆基因和研究基因功能最有力的工具之一，其中的一大类—反转录转座子具有分布广、异源转座高和受组织培养诱导激活等优势，因此它的发现和利用又为转座子标签的应用提供了更广阔的前景。此外通过对现有转座元件的改造以及转座元件作为载体改造的工具，也将大大加速植物基因和功能序列的分离与研究，如利用转座子元件构建启动子捕捉载体，效率比T-DNA标签高〔11〕。 但转座子标签推广还存在一些困难，例如筛选鉴定转座元件引起的表型突变体。目前，各种突变体筛选方法都在植物个体水平进行研究，先要得到基因型包含转座子插入突变的植株的种子，再在104～106个后代的群体中筛选突变体，工作量非常大，定向标签还要求有隐性纯合系可进行杂交。最近开始研究利用单倍体进行细胞水平的突变体筛选，因为单倍体可直接表达隐性基因，瞿绍洪等鉴定了玉米转座因子Ac在单倍体烟草中的转座活性，这将有助于在单倍体细胞中进行转座因子研究〔15〕。 对转座子标签突变体筛选、标签基因分离等方面的改进将使这一技术更为完整，不仅为植物基因工程发展分离了更多的基因，同时可以大大促进植物基因表达机制等基础理论的研究。

转座酶在非复制转座中所起的作用是( )。A． 切除转座子 B． 在靶位点产生一个交错切口C． 将转座子移到新位点 D． 将转座子连到靶位点的交错切口上答案 ABD转座子转座因子或转座子是一类在很多后生动物中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移动的遗传因子。 一段基因可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。这段序列称跳跃基因或转座子，可分插入序列（Is因子），转座（Tn），转座phage。

1，阿达·洛芙莱斯(1815 - 1852年)英国著名数学家阿达·洛芙莱斯，被珍视为“第一位给计算机写程序的人”，计算机程序先驱者，为计算程序拟定“算法”，这是世界上首个算法，她的文章激发了艾伦·图灵对现代计算机的研究，美国国防部开发的编程语言是以她的名字命名的。2，多萝西·霍奇金(1910 - 1994年)多萝西·霍奇金是化学界的重要人物，也是获得诺贝尔奖的第三位女性。这位英国生物化学家是X光晶体学领域的先驱，能够找到并确认各种生物分子的结构，其中包括青霉素、胰岛素和维生素B12。3，芭芭拉·麦克林托克(1902 - 1992年)芭芭拉·麦克林托克是遗传学上最有影响力的科学家之一，她以玉米遗传学的研究成果推动和促进了细胞遗传学这一遗传学分支学科的建立，首个做出玉米遗传图谱的人，真正使她名垂科学史册的却是她在玉米中对可移动基因——转座基因（俗称“跳跃基因”）的研究，在1983年获得了诺贝尔生理学奖。4，玛丽亚·戈珀特－梅耶(1906 - 1972年)女性德裔美国物理学家，是核物理学界最重要的人物之一，发展了解释原子核结构的数学模型，她还在二战期间参与了曼哈顿计划，1963年获诺贝尔物理学奖，是第二位女性。美国物理协会奖设立玛丽亚·戈珀特－梅耶奖，纪念这位科学家。5，罗莎琳德·富兰克林(1920 - 1958)英国著名的物理化学家与晶体学家，专注于DNA、病毒、煤炭与石墨等物质的结构，制作了DNA的x射线衍射图，帮助沃森和克里克找到了DNA的双螺旋模型，此后她也领导了关于烟草花叶病毒与小儿麻痹病毒的研究，之后因支气管肺炎及卵巢癌逝世，只活了38岁。6，格特鲁德B·埃利昂(1918 - 1998年)美国著名的药理学，1988年获得诺贝尔生理学与医学奖，但她分享了成果，开发了一种用于治疗艾滋病的抗逆转录病毒药物AZ，还开发了治疗疟疾、白血病和疱疹的药物。7，伊伦·约里奥-居里(1897 - 1956年)著名的玛丽·居里的女儿，伊伦·约里奥-居里也是一位著名的科学家，她跟随父母的脚步，进行放射性研究。她在1935年获得诺贝尔化学奖，因为她发现了人工放射性。她和她的丈夫弗雷德里克也把硼变成了放射性氮，把铝变成了磷，镁变成了硅。8，利塞·迈特纳(1878 - 1968)利塞·迈特纳出生在奥地利，发现了核裂变，直到后来的原子弹发明，尽管她并不知道其研究很可怕，当纳粹起来后，不得不逃到瑞典，尽管她被拒绝获得诺贝尔奖，科学界对她的成果还是不能否认。9，珍·古道尔(1934)著名的黑猩猩专家，她二十多岁时前往非洲的原始森林，观察黑猩猩，记录它们的生活方式，生活在野外长达几十年，曾获得了联合国所颁发的马丁·路德·金反暴力奖，是联合国和平使者。10，居里夫人(1867 - 1934年)法国著名波兰裔科学家、物理学家、化学家，考虑到著名的女科学家，没有其他的女科学家的研成果能够超越她，两度获得诺贝尔奖，这是全球唯一一位女性，发现两种新元素钋和镭，开创放射性理论。在1903年，获得了诺贝尔物理学奖，于1911年，她获得了诺贝尔化学奖，死于白血病，享年66岁。

① 转座引起插入突变；转座引起插入突变 各种IS、Tn转座子都可以引起插入突变。如果 插入位于某操纵子的前半部分，就可能造成极性突 变，导致该操纵子后半部分结构基因表达失活。 ② 转座产生新的基因； 如果转座子上带有抗药性基因，它一方面造成靶DNA 序列上的插入突变，同时也使这个位点产生抗药性。③ 转座产生的染色体畸变； 当复制性转座发生在宿主DNA原有位点附近时，往往导 致转座子两个拷贝之间的同源重组，引起DNA缺失或倒位。 若同源重组发生在两个正向重复转座区之间，就导致宿主染 色体DNA缺失；若重组发生在两个反向重复转座区之间，则 引起染色体DNA倒位。④ 转座引起的生物进化。 由于转座作用，使原来在染色体上相距甚远的基因组 合到一起，构建成一个操纵子或表达单元，可能产生新的 生物学功能的基因和新的蛋白质分子。

有史前 原始人类 在狩猎及采集中积累了生物知识 公元前4世纪 亚里士多德 希腊 《动物志》等集动物知识大成公元前4世纪 泰奥弗腊斯特 希腊 《植物学》集植物知识大成 公元前1世纪 普利纽司 罗马 《博物志》共37卷集生物知识大成 2世纪 盖伦 希腊 集解剖学及生理学知识大成 6世纪 贾思勰 中国 《全民要术》记载了生物品种变异 15世纪 达·芬奇 意大利 对于人体解剖的研究和写真 16世纪 李时珍 中国 《本草纲目》记载了药用动植物 1543年 维萨留司 荷兰 《关于人体的构造》奠定了近代解剖学的基础 1583 切萨皮诺 意大利 《关于植物》为植物分类打下基础 1590 詹森 荷兰 制成显微镜 1628 哈维 英国 《血液循环的原理》为近代生理学打下基础 1648 赫尔孟德 荷兰 做柳树成长重量变化实验，发现水是植物的营养 1665 罗伯特·胡克 英国 观察软木切片，提出cell的概念 1678 列文·虎克 荷兰 观察到原生动物、细菌等活细胞 1735 林奈 瑞典 《自然系统》奠定现代分类基础 1749 布丰 法国 《博物志》开始出版 1779 英金浩斯 荷兰 在研究光合作用时发现只有在光存在下才生成氧 1804 索热尔 瑞士 确认光合作用以二氧化碳为原料 1809 拉马克 法国 《动物哲学》提出“用进废退”和“获得性遗传”的系统进化观点 1817 培莱太等 法国 提出叶绿素与光合作用有关 1838 施莱登 德国 提出植物体是由细胞组成的 1839 施旺 德国 提出动物体是由细胞组成的 1846 冯·莫耳 德国 把细胞的实体定名为“原生质” 1858 微耳 德国 提出“细胞来自细胞”的名言 1859 达尔文 英国 发表《物种起源》创立科学进化论 1863 巴斯德 法国 通过曲颈瓶实验，否定生物自然发生论 1865 孟德尔 奥地利 发表《植物杂交实验》，提出遗传的分离规律和自由组合规律 1866 海克尔 德国 《普通形态学》提出生物重演律 1871 米歇尔 瑞士 提取核酸成功 1878 恩格斯 德国 提出“生命是蛋白体的存在形式” 1882 高木兼宽 日本 指出脚气是吃精米所致 1885 魏斯曼 法国 提出种质连续论，否定获得性遗传 1898 高尔基 意大利 定名“高尔基”体 1898 巴恩茨 采用了“光合作用”的名称 1900 德弗里斯 荷兰 独立地再度发现孟德尔遗传定律 1900科伦斯 德国 独立地再度发现孟德尔遗传定律 1900 茨彻尔马克 奥地利 独立地再度发现孟德尔遗传定律 1901 德弗里斯 荷兰 提出突变论,主张生物进化骤变论 1901 巴甫洛夫 俄国 创立条件反射学说 1901 兰茨泰纳 美籍 奥地利 发现人类血型 1902 伯恩斯坦 德国 提出细胞膜电位理论 1903 斯塔林 贝利斯 英国 发现激素，誉为激素学的先驱 1904 哈登 英国 发现辅酶 1905 科洛特科夫 俄国 发明血压计 1906 费歇尔 德国 提出蛋白质多肽结构学说 1907 杨斯基 捷克 总结出血型和输血和关系 1909 立克次 美国 发现立克次体 1909 约翰逊 丹麦 提出基因概念；创立纯系学说 1912 霍普金斯 美国 提出维生素学说 1913 丰克 波兰 发现维生素B1 提取维生素A1913 邻木 日本 发现维生素B1 提取维生素A1913 戴维斯 美国 发现维生素B1 提取维生素A 1915 摩尔根 美国 提出染色体-遗传因子理论 1922 班丁 加拿大 发现胰岛素1922 麦克劳德 英国 发现胰岛素 1923 哈斯 德国 发明实用的人工肾 1924 卡默德和介林 法国 发现卡介苗 1924 汤斯地区 南非 发现南方古猿化石 1926 萨姆纳 美国 证明酶是蛋白质 1926 瓦博格 德国 发现呼吸酶 1927 兰茨泰纳 奥地利 发现血液中的MN和P因子1927 列文 英国 发现血液中的MN和P因子 1927 裴文中 中国 发现北京猿人化石 1927 缪勒 美国 发现X射线对基因会产生突变 1927 埃尔顿 英国 提出食物链理论 1928 摩尔根 美国 提出染色体是基因的载体 1928 弗莱明 英国 发现青霉素 1928 费歇尔 德国 发明人造血红素 1928 格里菲 英国 发现核酸的遗传功能 1929 罗曼 德国 发现ATP（三磷酸腺苷） 1929 裴文中 中国 发现北京猿人头盖骨化石 1929 达姆 丹麦 发现维生素K 1929 格里克 美国 发明无土栽培 1930 莱文 美籍 俄国 发现DNA和RNA 1930 尤勒 瑞典 发现前列腺素 1932 克雷布斯 英籍 德国 发现鸟氨酸循环 1932 伊万斯 美国 提取维生素E 1933 哈沃斯 英国 人工合成维生素C 1933 多马克 德国 发现磺胺药“百浪多息” 1934 莱文 美籍 俄国 发现核酸是由4种核苷酸组成 1934 西奥雷尔 瑞典 发现氧化酶的性质和作用 1935 坦斯莱 德国 提出生态系统概念 1935 吉伯恩 美国 发明人工心肺机 1936 奥巴林 苏联 《地球上的生命起源》出版 1936 格丁格 德国 提取维生素D 1937 克雷布斯 英籍 德国 发现柠檬酸循环 1938 黄昌贤 中国 发明无籽西瓜 40年代初 斯佩里 霍尔丹等 美国 英国 提出神经元化学亲和力学说 创立综合进化论 发现跳跃基因 发现活化石天然水杉 发现光合作用的希尔反应 40年代初 麦克林托克 美国 中国 提出神经元化学亲和力学说 创立综合进化论 发现跳跃基因 发现活化石天然水杉 发现光合作用的希尔反应 40年代初 中国地区 希尔 英国 提出神经元化学亲和力学说 创立综合进化论 发现跳跃基因 发现活化石天然水杉 发现光合作用的希尔反应 1940 加德纳 英国 发现核酸防老法 1941 兰茨泰纳等 美籍 奥地利 发现血液中存在Rh因子 1944 瓦克斯曼 美国 发现链霉素 1944 艾弗里 美国 发现DNA是基因的物质基础 1945 埃尔格 美国 人工合成叶酸 1946 比德尔和塔特姆 美国 提出一种基因一种酶学说 1948 肖波 美国 提取维生素B12 1948 贝塔朗菲 法国 建立系统论 1948 申农 美国 建立信息论 1948 维纳 美国 建立控制论 1950 秦 日本 发现丝裂霉素 1950 鲍林 美国 提出蛋白质α-螺旋体结构 1951 科恩 美国 发现生长因子 1951 蒙塔尔奇尼 意大利 发现生长因子 1951 麦克林托克 美国 发现移动性遗传成分 1952 李森科 苏联 提出植物分阶段发育理论 1952 莫雷尔和马丹 法国 发明活体外无性繁殖技术 1953 米勒 美国 生命合成模拟实验成功 1953 沃森 美国 发现DNA双螺旋结构1953 克里克 英国 发现DNA双螺旋结构 1954 阿伦堡 法国 发现阿特拉猿人化石 1954 长野泰一 日本 发现干扰素 1954 平古斯和洛克 美国 发明妇女中服避孕药 1954 默尔 美国 成功进行第一例肾脏移植 1956 帕拉德 美国 发现核糖核蛋白体 1956 萨瑟兰 美国 发现激素作用机理 1957 考尔夫 美国 发明人工心脏1957 阿元津哲 日本 发明人工心脏 1957 乔尔诺 法国 发明人造耳 1957 霍利 美国 发现转移RNA 1957 艾萨克斯 英国 分离出干扰素1957 林登曼 德国 分离出干扰素 1958 多塞 法国 发现人体组织相容性抗原系统 1958 中国地区 中国 发现针刺麻醉 1959 雅洛和伯森 美国 发明放射免疫分析法 1959 克里克 英国 提出遗传信息传递的中心法则 60年代 美国 建立环境科学 1961 莫诺和雅可布 法国 提出操纵子学说 1963 中国 发现蓝田猿人化石 1963 陈中伟 中国 发明断指再植技术 1965 纽经义等 中国 人工合成牛胰岛素 1967 尼伦伯格 美国 破译遗传密码 1967 勃林特 美国 发明人工眼 1968 阿尔伯 瑞士 发现和使用限制性核酸内切酶 1968 内森斯 美国 发现和使用限制性核酸内切酶 1968 史密斯 美国 发现和使用限制性核酸内切酶 1969 克里克 英国 提出遗传密码表 1969 普里高津 比利时 建立耗散结构理论 1969 埃德尔曼 美国 确定抗体分子结构 1970初 巴尔蒂摩 特敏 美国 发现逆转录酶 1970 李卓皓 美籍 华人 合成含188个氨基酸的人生长激素 1971 阿伯奇特 美国 提出生态农业概念 1972 托姆 法国 建立突变论 1972 伯格 美国 实现两不同质粒的DNA体外重组 1973 科恩 美国 开创基因工程 1973 贝克 美国 实现器官再生 1973 詹金斯 英国 发明人造韧带 1975 科勒 米尔斯坦 德国 英国 创立单克隆抗体技术 1976 巴鲁 法国 发明男性口服避孕药 1976 文 英国 发现前列腺素 1977 哈肯 德国 建立协同论 1977 博耶 美国 发明基因工程技术 1978 斯特培托 英国 发明试管婴儿技术 1978 爱德华兹 英国 发明试管婴儿技术 1979 爱德华 美国 发明人造骨 1979 内藤良一 日本 发明人造血液 1981 美国 发现艾滋病病毒 1981 默克、夏皮、多尔米 美国 研制出乙肝疫苗 1981 泮兹 美国 发明电子人工喉 1982 奥尔特曼 切赫 加拿大 美国 发现RNA的催化作用 1982 华盛顿大学等 美国 发明转基因动物技术 1984 山本茂 日本 发现植物血型 1985 保尔马克斯 美国 发现细胞分化剂HMBA 1986 英国 发明试管猪技术 1988 戈登 美国 发明血液净化法 1988 美国 开始测定人类基因组 1990 富士通公司 日本 发明神经计算机 1991 美国 进行“生物圈2号”实验 1995 美国 提出研制生物计算机 1997 威尔穆特 英国 发明体细胞克隆技术，多莉羊降生 1998 美国 发明生物芯片 1999 俄罗斯 成功研制通用流感疫苗 2001 山东莱阳 中国 我国首例和第二例体细胞克隆牛在莱阳农学院降生 2003 山东莱阳 中国 我国首例健康成活体细胞克隆牛的自体繁殖后代在莱阳农学院降生 2003 威尔穆特 英国 6岁的“多莉”安乐死 2003 美英法德日中 人类基因组序列图绘制成功 2004 中国科学家 中国 家蚕基因组图谱绘制完成 2004 中国科学家 中国 鸡基因组框架图和家鸡基因组遗传差异图绘制完成

虽然McClintock早在1951年就在玉米中发现了转座因子，但由于人们受到基因在染色体上有序排列的传统观念的桎梏而难以接受“跳跃基因”这一新的概念，所以直到1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子（transposable element）。他在半乳糖操纵子中发现了一种极性突变。gal操纵子有三个基因：gal K,T,E，它们编码三种酶催化Gal的分解代谢。其中间产物Gal-1-p是有毒的，因此galT-在含半糖培养基上因使Gal-1-p积累而难以成活。那么在此培养基上能生长的各种突变型，应是galt-的回复突变及galK -galT-（因它不能产生Gal-1-p），但意外发的发现galE-galT-也能生存，按理说这种突变型可使Gal-1-p积累是不可能存活的，但却居然生长良好，其原因何在呢？经进一步研究发现galE-是极性突变，由于它的突变使远离操纵位点的galK活性大大下降，因而细胞中不会积累Gal-1-p之故。

人类属于一个叫做类人猿的群体。黑猩猩和大猩猩没有尾巴，其他像长臂猿这样的小猿也没有尾巴。通过观察这些灵长类动物，科学家们发现没有尾巴是如何成为一种优势的。在东南亚森林的树梢上，长臂猿可以用它们的长臂在树枝之间摇摆。当它们向前摆动时，躯干和腿悬挂在下面，以保持身体直立。此时，尾巴只会阻碍事物和运动。此外，没有尾巴的长臂猿不会失去平衡。它们可以用手臂平衡脚在树枝上行走。没有尾巴的直立姿势也非常适合爬树干。猿类动物尾巴的功能是平衡四肢跑步或树上生存活动的重点，有利于猿类动物灵活的生存活动。自直立行走生存活动模式建立以来，猿类尾巴已经成为猿类直立行走生存活动的多余废物，因为它们没有被使用。随着时间的推移，它们的尾巴会逐渐下降，直到它们完全消失。这是遵循动物进化的“用进废退”的原则，“用进”也就是说，动物经常需要使用的功能性细胞组织将继续增殖和发展，并不断进化和改进；“废退”换句话说，由于生态变化，动物失去了原始细胞组织（尾巴）的功能。如果不使用它们，它们会在体内形成多余的废物，并逐渐退化，直到它们完全消失。事实上，大多数哺乳动物的尾巴都是用来保持平衡的猿类也不例外，但请注意，它们需要保持尾巴平衡，们需要保持尾巴平衡，而人类不需要用脚行走。这仍然需要从进化的角度来分析。尾巴是身体的一部分。它需要锻炼，所以它需要能量消耗。你知道人类进化过程中有很多自然选择。因此，一些没有尾巴的人在自然进化中获得了优势，因为他们消耗的能量更少，所以今天没有尾巴的人。

“线性排列”理解：　　基因是具有遗传效应的DNA片段“基因在染色体上呈线性排列”并不是说基因的形状是线形的，而是指基因的排列是线性的（注意是“线性”，而不是“线形”）。基因线性排列是指基因是一个接着一个，之间没有重复、倒退、分枝等现象。但现代生物学的发展，重叠基因、跳跃基因等现象的发现也使人们认识到基因的线性排列是相对的

那么，病毒这种“纯粹”的生命除了能让所有其他生命的每一个细胞致病外，就没有丁点益处吗？答案是，有。病毒是天然的纯粹的基因库。病毒对自身dna编码的凝炼几乎已经到了不可思议的地步，一些病毒的基因少到无法编码自身所有的蛋白质！当然实际上是够用的，因为病毒可以在一个基因中包含另一个基因。这就像是计算机世界中的数据压缩技术一样，病毒在最小的dna编码中存储了最大量的信息。这也是为什么病毒那么容易变异的原因，因为随便哪个核苷酸发生改变都会影响它所在的那个基因！病毒的一心一意侵袭细胞的生活方式，也在一定程度上引发了基因的融合和交换。因为一些病毒在从宿主细胞中脱颖而出时，会拖泥带水地夹带一些原宿主细胞的dna，并把这些dna带入到下一个宿主中。这些原宿主的dna，甚至病毒本身的dna，有可能在一定条件下被现在的宿主细胞所捕获并合并到自己的dna中，从而增长并丰富了自身的基因。当然，除了这种方式外，宿主细胞的dna在复制时也可能由于某些跳跃基因的影响，而把自身中的某个基因或某些dna片段多复制了好几遍，从而使子代得到了更长更复杂的dna。一个生物要想变得更高级、更复杂、更智慧的必要条件，就是要有更长的基因。

编辑词条芭芭拉·麦克林托克　　20世纪前半期,遗传学界有三位伟大的科学家,他们的姓氏都以一个大写的字母M开头,这就是众所周知的孟德尔(Mendel G.J.)、摩尔根(Morgan T. H.)和麦克林托克(McClintock B.)。　　芭芭拉·麦克林托克是一位女科学家。她于1902年6月16日出生于美国康涅狄格州的哈特福德。1923年在康乃尔大学农学院获理学学士学位，1927年获植物学博士学位。在20世纪20~30年代，麦克林托克主要在康乃尔大学从事玉米遗传学的研究。以埃默森为首的玉米遗传研究小组与摩尔根的果蝇研究小组，可以说是当时蓬勃兴起的遗传研究的两支劲旅。麦克林托克是玉米研究小组的主要骨干成员。她一生未婚，但对玉米可以说是情有独钟。有关玉米染色体遗传变异的许多重大发现（如易位、倒位、缺失、环状染色体、双着丝粒染色体、断裂-融合-桥周期和核仁组织区功能等）都与她有关，她还成功地阐明了脉孢菌减数分裂的全过程。可以说，她以玉米遗传学的研究成果推动和促进了细胞遗传学这一遗传学分支学科的建立。但是，真正使她名垂科学史册的却是她在玉米中对可移动基因——转座基因（俗称“跳跃基因”）的研究。　　1941年6月，麦克林托克进入美国纽约长岛的冷泉港实验室，正式开始了她的著名研究。此前，她早已发现，在印度彩色玉米中，籽粒和叶片往往存在着许多色斑。色斑的大小或出现的早晚受到某些不稳定基因或“异变基因”的控制。她发现玉米籽粒（或叶片）颜色的有无是受一些位于9号染色体上的基因控制的，例如控制色素形成的基因C。有C基因存在，籽粒（或叶片）有色，没有C基因，则表现无色。但是，在C基因附近，有一个Ds基因（称为解离因子）又控制了C基因的表达或表现。当Ds基因存在时，C基因也不能使籽粒表现有色，即色素不能合成，所以仍然表现无色。Ds基因如果离开C基因，即从原来位置上断裂或脱落，C基因又重新得以表达，籽粒表现有色。然而，Ds基因能否发生作用，也就是说能否从染色体上解离，又受到第三个基因Ac(称为激活因子)的支配。Ac基因存在时，Ds基因从染色体上解离，从而解除了它对C基因的抑制,C基因得以表达，籽粒表现有色。Ac不存在时，Ds不解离，C基因受到抑制，不能表达，籽粒表现无色。这就是麦克林托克发现的“Ds Ac调控系统”。尽管“转座基因”的概念她在1938年就已提出，但是这一调控系统却是她从1944年至1950年整整花了6年时间才完全弄清楚的。 　　在这一系统中，Ds基因与C基因位于同一染色体上的相邻位置，Ac基因与Ds基因却相距很远，甚至不在同一染色体上，但是它却对Ds基因起激活作用。Ds基因解离之后，可以移动位置，它可以离开C基因到达别的地方，也可以重新整合在C基因附近，也就是说它可以“跳动”。　　由于Ds基因解离的时间有早有晚、有长有短，表现在籽粒上的色斑就有大有小。换句话说，玉米籽粒（或叶片）之所以出现色斑，以及色斑的大小，既决定于色素基因C的表达，也是由于另外一个或多个基因调节和控制的结果。这是麦克托克在细胞学水平上的对基因的追踪，尽管当时人们还不知道什么是DNA。　　基因在染色体上能移动位置，也就是说能“转座”，能“跳动”，在当时遗传学家们那里简直是闻所未闻。因为按照传统的观念，基因在染色体上是固定不变的，它们有一定的位置、距离和顺序，它们只可以通过交换重组改变自己的相对位置，通过突变改变自己的相对性质；但是，要从染色体的一个位置“跳”到另一个位置，甚至“跳”到别的染色体上，那是科学家们从来没有想过的。因此，他们在读了麦克林托克1950年发表的《玉米易突变位点的由来与行为》和1951年发表的《染色体结构和基因表达》两篇论文，了解了她在做些什么工作之后，简直不敢相信，都认为这个女人也许是发疯了。　　尽管不被理解，但麦克林托克却不改初衷，坚持她的试验结果。不久她又发现了被称为Spm的另一转座突变调节体系。由于与传统的遗传学观念背道而驰，这使她限于孤立无助的境地。人们用怀疑、惊讶的异样目光看待她。这位原来在美国遗传学界享有盛誉的女科学家（1944年被选为国家科学院院士，1945年担任美国遗传学会主席，曾获得多次国家奖励），经受了她一生中相当长时间的孤寂和苦闷，朋友和同事大都和她渐渐疏远，她只好离群索居，几乎成了孤家寡人。　　当1953年沃森和克里克发现遗传物质DNA的双螺旋结构，遗传学已从微生物遗传学进入了分子遗传学的崭新阶段。20世纪60年代初，法国科学家雅各布和莫诺用大肠杆菌作试验，提出了乳糖操纵子模型，揭示了生物体内基因调控的机制。这对麦克林托克是一个很大的鼓舞，她认为乳糖操纵子模型与她的DsAc系统实在是太相似了，她为此专门写了一篇论文《玉米和细菌基因控制体系的比较》发表，以期引起科学界对她的重视。然而，科学界很快接受了雅各布和莫诺的学说，他们两人也因此于1965年获得了诺贝尔奖金，但人们仍然无视麦克林托克的转座因子，仍然把她和她的理论视为另类和异端。　　然而，科学理论毕竟是科学理论。真应了一句俗话：假的真不了，真的假不了。分子生物学和分子遗传学的进一步发展，科学家们在细菌、真菌乃至其他高等动植物中都逐渐发现了许多与麦克林托克转座因子相同或相似的现象。例如，1963年泰勒发现噬菌体Mu能随机地插入细菌染色体基因组内；1966年，贝克威斯等在大肠杆菌中发现了可以整合在染色体上、也可游离于染色体外的F因子（性因子）；60年代末，科学家们在大肠杆菌中发现存在所谓的“插入序列”（IS）；后又在沙门氏菌中发现了基因的流动性（转座子）和抗药性基因等。这一系列的发现，迫使人们不得不重新回过头来审视麦克林托克在玉米中的研究，特别是通过对麦克林托克工作比较清楚的几位科学家的努力，人们逐渐认识了麦克林托克的研究成果，惊讶她超越时代的科学发现以及她那不屈不挠超越常人的意志和毅力。1976年，在冷泉港召开的“DNA插入因子、质粒和游离基因”专题讨论会上，明确地承认可用麦克林托克的术语“转座因子”来说明所有能够插入基因组的DNA片段。这时，人们才真的对她刮目相看了。现在回顾这段历史，我们完全可以这样说：麦克林托克才真正是基因调控的“调节-操纵子理论”的先驱。在40年代初期，她完全是通过个人的努力、用传统的遗传学和细胞学研究的手段，得出了“转座因子”的概念，解决了用分子生物学和分子遗传学的方法才能解决的问题，所以我们说她是走在时代前面的人。她的玉米转座因子已在分子水平上得到了证实。科学家们已经从好多种原核生物和真核生物中分离出转座因子，并进行了DNA水平的研究。麦克林托克在半个世纪以前提出的转座因子理论，对于后来分子生物学和分子遗传学的发展，对基因工程（DNA重组技术）、转基因研究、癌症研究和人类基因组计划的开展，无不具有极其重要的意义。　　1983年，瑞典皇家科学院诺贝尔奖金评定委员会终于把该年度的生理学和医学奖授予这位81岁高龄的、不屈不挠的女科学家。她是在遗传学研究领域第一位独立获得诺贝尔奖的女科学家，也是世界上第三位独立获诺贝尔奖的女科学家（第一位是波兰著名女科学家玛丽·居里，第二位是英格兰的多罗西·克劳福特·霍奇金，她们两人都是化学家）。虽然这奖金迟到了35年，但麦克林托克终于在她的有生之年看到了科学界对她的承认。　　1992年9月2日，麦克林托克在冷泉港去世，终年90岁

染色体由DNA 和组蛋白构成，基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位，是有遗传效应的DNA片段。基因位于染色体上，用定义是基因在染色体上呈线性排列。基因线性排列是指基因是一个接着一个，之间没有重复、倒退、分枝等现象。那么，存在重叠的基因,会不会矛盾?答：基因的线性排列人们是通过连锁互换、基因杂交等现象认识并验证的。但现代生物学的发展，重叠基因、跳跃基因等现象的发现也使人们认识到基因的线性排列是相对的。http://zhidao.baidu.com/question/5648789.html

1、遗传学 是研究生物遗传与变异规律的科学。而现代遗传学是研究生物基因的结构与功能，基因的传递与变异，基因的表达与调控的科学。2、变异 生物在繁殖过程中，后代发生了变化，与亲代不相同的现象。3、遗传 生物在繁殖过程中，亲代与子代各方面相似的情况，本质上就是遗传信息（DNA）世代传递的现象。4、模式生物 这种被选定的生物物种就是模式生物。5、遗传 变异和选择是生物进化和新品种的选育的三大因素。（看看就行 (1) 1856年, Mendel发现遗传因子的分离定律和自由组合定律, Mendel提出的遗传因子就是基因。(2) 1909年Johannsen首先称遗传因子为基因(gene) 。(3) 20世纪初, Morgan等人用果蝇做实验, 发现连锁交换定律, 并建立染色体学说, 确定基因在染色体上直线排列 , 染色体是基因的载体。与此同时, Emerson等人用玉米做实验也得到同样的结论。(4) 20世纪30年代, Muller用放射性处理果蝇, 研究基因的本质, 基因决定形状的问题。(5) 20世纪40年代, Beadle和Tatum研究链饱霉, 提出“一个基因一个酶”的学说, 把基因与蛋白质的功能结合起来,把基因概念的发展向前推进了一步。Avery, Macleod和Mccarty等人从肺炎双球菌转化试验中发现, 转化因子是DNA, 而不是蛋白质。(6) 20世纪50年代, McClintock提出基因可以转座的概念, 以后证明了跳跃基因的存在。(7) 20世纪50年代, Hershey 和Chase用噬菌体感染大肠杆菌，证明DNA是遗传物质。Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型， 阐明了有关基因的核心问题—DNA的自我复制。(8) 20世纪60年代, 中心法则提出, 三联体密码的确定, 调节基因作用的原理被揭示。(9) 20世纪70年代,基因操作技术发展起来, 基因概念进一步发展。认识到基因与基因间有基因间区或, 基因的转译部分称为外显子(extron) ，不转译的部分称为内含子(intron) ，真核类基因的编码顺序由若干非编码区或隔开, 使阅读框不能连续, 这种基因称为隔裂基因 (split gene) 。(10) 近代基因的概念, 基因是一个作用单位—顺反子, 一个顺反子内存在着很多突变位点—突变子, 一个顺反子内部可以发生交换, 出现重组, 不能由重组分开的基本单位叫做重组子。所以一个基因是一个顺反子, 可以分成很多的突变子和重组子。(11) 1970年，分离出第一个限制性内切酶，随后一系列核酸酶按发现和提纯。(12) 1972年，Khorana等人合成了完整的CRNA基因。(13) 1973年，Boyer and Cohen建立了DNA重组技术。可将外源基因插入质粒，并导入大肠杆菌使之表达。以后用DNA重组技术生产出第一个动物激素--生长激素抑制因子。(14) 1976年，第一个DNA重组技术规则问世。(15) 1976年，DNA测序技术诞生。诺贝尔生理学与医学奖获得者杜伯克曾说：人类的DNA序列是人类的真谛，这个世界上发生的一切事情都与这一序列息息相关，包括癌症在内的人类疾病的发生都与基因直接或间接有关…。