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轉座子

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一段細菌DNA轉座子

轉座因子(英語:Transposable element,亦稱為轉座元件跳躍子)是一類DNA序列,它們能夠在基因組中通過轉錄反轉錄,在內切酶(Nuclease)的作用下,移動到其他基因座[來源請求]

轉座因子的這種行為,與假基因(Pseudogene)的出現頗有相似甚至相同之處。有些科學家將後者視為「基因化石」,是物種進化的痕跡之一[1]

請求來源轉座子的發現,證明了基因組並不是一個靜態的集合,而是一個不斷在改變自身構成的動態有機體。根據轉座因子「跳躍」方式的不同,轉座因子被分為I型和II型轉座子。[來源請求]

芭芭拉·麥克林托克的發現

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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) 中的第一個轉座子。 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,當時在細菌中發現轉座子後,它被重新發現[7]。 1983年,她因發現轉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]

分類

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轉座子作為幾種可動遺傳因子之一,還可以根據其是複製-粘貼還是剪切-粘貼分為I型轉座子和II型轉座子兩類[9]

I型轉座子

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I型轉座子轉座中間體是RNA。I型轉座子又被稱為逆元件(Retro element)。該型轉座子會先被轉錄為RNA,然後該RNA被反轉錄,再次成為DNA,才被插入到目標位點中。

II型轉座子

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相比起I型轉座子的「複製後粘貼」,II型轉座子的轉座行為就是「剪切後粘貼」。II型轉座中間體是DNA,其實就是它本身。因此II型轉座子又被稱為不複製轉座子。這類型的轉座子在結構上有其特點。首先是轉座子序列的兩端,是兩段正向重複序列(direct repeat,簡稱dR),與它們接壤的是反向重複序列(invert repeat,簡為iR),就是所謂的「回文」序列。然後才是中間的插入序列(Insert sequence,簡為IS)。[來源請求]

轉座子與假基因

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只要考察一下某些假基因的出現過程,就會發現轉座子與假基因的出現頗有相似相同之處。假基因是一類本來正常,但後來因為突變或轉座,而可能失去了原來功能的基因。說是可能,因為目前的一些研究發現,在環境壓力下,某些假基因可以重新被活化,而某些假基因則有著調控基因表現的作用。可總結為「假作真時真亦假」。它們與原來的基因可能很相似,但又可以有很大差異,例如DPRX基因有7組假基因,DPRXP4(就是說DPRX的第四假基因)與原基因經過比對(Alignment),存在95%的相似序列。[來源請求]

參考文獻

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  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可免費查閱. 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可免費查閱. PMID 23236127. doi:10.1073/pnas.1219372109可免費查閱. 
  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 (編). 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. (原始內容存檔於2022-11-23) (英語). 

參考文獻

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外部連結

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