反转录转座子和DNA转座子有什么区别?
介绍
转座因子(TEs)是可以从基因组中的一个位置移动到另一个位置的基因序列。它们几乎存在于所有生物体中,并在塑造物种的遗传多样性方面发挥着至关重要的作用。TEs 主要分为两大类:反转录转座子和DNA转座子。尽管这两类 TEs 共享相同的转座一般机制,但它们在结构、转座机制和进化历史方面有所不同。
DNA转座子
DNA转座子是最简单的一种TEs,由一个转座酶基因和两侧的末端反向重复序列 (TIRs) 构成。它们通常通过“剪切-粘贴”机制移动,其中转座酶从其原始位置切除转座子,然后将其插入基因组中的新位点。根据 TIRs 的方向,这种机制可以在目标位点产生基因物质的重复或缺失。
DNA转座子广泛存在于原核生物和真核生物中。它们通常成簇存在,并且在某些生物体的基因组中可能占据很大一部分。例如,在果蝇(黑腹果蝇)中,DNA转座子约占基因组的 3%。一些著名的 DNA 转座子例子包括玉米中的 Ac/Ds 元件、果蝇中的 P 元件以及基因工程中使用的 Sleeping Beauty 转座子。
反转录转座子
另一方面,反转录转座子比 DNA 转座子更复杂,并且具有更多样的结构。它们通常由两个开放阅读框 (ORFs) 组成,两侧是被长末端重复序列 (LTRs) 或短散布核元件 (SINEs) 和变长串联重复序列。
ORFs 编码反转录转座过程所需的蛋白质:逆转录酶,它将 RNA 复制成 DNA;整合酶,它将 DNA 复制本重新插入基因组。反转录转座子通过 RNA 中间体移动,因此被称为“复制-粘贴”元件。
反转录转座子在真核生物基因组中含量丰富,尤其是在植物和脊椎动物中,它们可能构成基因组的 40% 以上。例如,人类基因组包含约 48% 的反转录转座子序列,其中大部分是非功能性的古代转座事件残余。
反转录转座子分为两大类:LTR 反转录转座子(也称为逆转录病毒)和非 LTR 反转录转座子(如长散布核元件或 LINEs 和短散布核元件或 SINEs)。LTR 反转录转座子与逆转录病毒具有相似的结构,并与一些脊椎动物基因的进化有关。
反转录转座子和 DNA 转座子的区别
反转录转座子和 DNA 转座子之间最根本的区别在于它们的转座方式。反转录转座子通过 RNA 中间体移动,因此需要将其 RNA 逆转录成 DNA,而 DNA 转座子则直接以 DNA 的形式移动。这种差异对其转座机制和进化史有几个影响。
例如,反转录转座子可以插入基因组中的任何位置,包括基因内,而 DNA 转座子的目标位点范围更有限。反转录转座子也更容易在 DNA 损伤位点(如双链断裂)处插入,这可能导致染色体重排和基因破坏。相反,DNA 转座子通常整合到特定序列中,通常对基因组的破坏最小。
反转录转座子和 DNA 转座子都是可移动的遗传元件,但除了转座方式外,它们在许多方面都不同。以下是这两类 TEs 之间的一些更详细的区别
结构
如前所述,DNA 转座子通常由编码转座酶的单个基因组成,两侧是末端反向重复序列 (TIRs)。相比之下,反转录转座子的结构更复杂,其变化范围很大,取决于反转录转座子的家族或谱系。LTR 反转录转座子在其末端包含两个 LTRs,它们是相同的序列,通常长几千个碱基对。编码逆转录酶和整合酶的 ORFs 位于 LTRs 之间。另一方面,非 LTR 反转录转座子缺乏 LTRs,并且具有更多样的结构,例如 LINEs,它有两个被目标位点重复序列包围的 ORFs,以及 SINEs,它更短,依赖于其他 TEs 的机制来实现其移动性。
转座方式
如前所述,反转录转座子通过 RNA 中间体移动,而 DNA 转座子则直接以 DNA 的形式移动。反转录转座子的生命周期始于宿主细胞的 RNA 聚合酶将反转录转座子 DNA 转录成 RNA。
然后,由反转录转座子编码的逆转录酶将 RNA 逆转录成 cDNA 复制本,然后由反转录转座子编码的整合酶将其重新插入基因组。相反,DNA 转座子由转座酶从其原始位置切除,然后由相同的酶将其插入基因组中的新位点。
结论
反转录转座子和 DNA 转座子是两类转座因子,除了转座方式外,它们在许多方面都不同。反转录转座子具有更复杂的结构,通过 RNA 中间体移动,没有特定的目标序列,并且在真核生物基因组中数量更多。
DNA 转座子具有更简单的结构,直接以 DNA 的形式移动,具有特定的目标序列,并且在基因组中丰度较低。了解这两类 TEs 之间的区别对于研究基因组进化、基因调控以及由 TE 插入引起的遗传疾病至关重要。对 TEs 生物学的进一步研究无疑将揭示基因组运作和生命进化本身的新见解。