转座子的序列组成有何特点？

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。BBaker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。

21 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〕。

22 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。

23 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。

31 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〕。

32 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

41 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〕。

42 PCR-based分离法

421 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

422 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。

423 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。

一、植物的遗传转化

20世纪70年代末80年代初，人们用野生型Ri和Ti质粒转化烟草和马铃薯细胞获得再生植株后，以Ti质粒为载体的植物遗传转化技术随之被建立。近年来植物的遗传转化技术得到了迅速发展，建立了多种转化系统。按照基因引入受体植物细胞的方法，植物遗传转化技术大体可分为两类：以载体为媒介的基因转移和基因或DNA的直接转移。所谓以载体为媒介的基因转移就是将目的基因连于某一载体DNA上，然后通过寄主感染受体植物等途径将外源基因转入植物细胞的技术。DNA的直接转移是指利用植物细胞生物学特性，通过物理、化学和生物学方法将外源基因转入植物细胞的技术。

（一）载体法转化 农杆菌介导的转化是最主要的一种载体转化方法。利用经过改造的农杆菌Ti质粒为载体可以高效地转移外源基因。所获得的转化植物有两种基本方法：一种是1979年Marton等以植物原生质为受体的共培养法（ocultivation）；一种是1985年Horsch等人建立的叶盘法（leaf disc cocultivation）。

共培养法是把农杆菌与植物原生质体共同培养以实现转化的方法。其程序包括农杆菌对初生细胞壁的原生质体的转化、转化细胞的筛选和诱导转化细胞分化并再生植株。

叶盘法实际上是对共培养法加以改进后而创立的一种转化方法。用农杆菌感染叶片外植体并短期共培养。在培养过程中，农杆菌的vir基因被诱导，它的活化可以启动T-DNA向植物细胞的转移。共培养后，也要进行转化的外植体的筛选、愈伤组织的培养、诱导分化等步骤，以得到再生植株。叶盘法由于不需进行原生质体操作等，方法简单，获得转化植株也更快，是用植物外植体为材料进行转基因的一个良好途径。

农杆菌介导的遗传转化是大多数双子叶植物转化中常采用的方法，但由于农杆菌具有宿主局限性，极少能感染单子叶植物，特别是一些重要的农作物如水稻、小麦、玉米等对农杆菌不敏感，难于应用此法进行遗传转化。

除上述以Ti质粒为载体的基因转化外，还可以用脂质体（liposome）为载体进行遗传转化。脂质体是由磷脂组成的膜状结构，因此可将DNA分子包装在脂质体内以避免受体细胞DNase的降解，把DNA分子导入到植物的原生质体中去。

（二）基因直接转移的方法 这是指既不依赖于农杆菌，也不依赖其他载体或媒介的一些基因转移方法。

1．电激和电注射法 电脉冲能改变细胞膜的透性。通过高压电脉冲的电激穿孔作用把外源DNA引入植物原生质体的方法就称为电激法（electroporation）。这种方法现已较广泛地应用于单子叶和双子叶植物以及动物的基因转移，如20世纪80年代末用此法将新霉素磷酸转移酶（NPT Ⅱ）基因转入玉米自交系的原生质体，已再生成植株。

通过电激技术把基因直接引入完整的植物细胞或组织的方法，称作电注射（electroinjection）。这种方法可避免原生质体培养和再生成植株的繁杂操作与困难，因而具有巨大的应用潜力。

2．基因枪法 基因枪法又称粒子轰击技术（particle bombardment）。这一方法是用粒子枪把表面吸附有外源DNA的金属微粒高速地射进植物细胞或组织。由于此法快速简便，不受宿主范围限制，而受体植物细胞不需去除细胞壁，转化率又高，被转化的细胞或组织容易再生成植株，因而颇受关注。

3．微注射法 微注射法（microinjection）是利用显微注射仪等，通过机械的方法将外源基因或DNA直接注入细胞核或细胞质。与其他方法相比，这个方法对外源遗传物质的导入更为直接和有效。

微注射法除用于植物细胞外，近些年还发展到用于直接注射植物子房，这样更有利于外源遗传物质对幼胚的转化。这方面的工作我国于20世纪70年代即已进行了理论与实践的探索，并已获得抗枯萎病的棉花转化植株抗虫棉等。

二、转基因动物技术及其应用

（一）转基因动物的概念 借助基因工程技术把外源目的基因导入生殖细胞、胚胎干细胞和早期胚胎，并在受体染色体上稳定整合，使之经过各种发育途径得到能把外源目的基因传给子代的个体，即转基因动物（transgenic animal）。转入的目的基因称为转基因（transgene），这种转移目的基因的过程称为转基因作用（transgenesis）。关于“转基因”的概念，通常只限于动、植物中经基因工程技术进行的基因转移，因此品种间不论有性或无性杂交获得新基因的途径都不属此范畴。

（二）转基因动物技术 转基因动物技术是20世纪80年代初发展起来的一项生物技术，它克服了物种之间的生殖隔离，实现了动物物种之间遗传物质的交换和重组。根据外源基因导入的方法和对象的不同，至今主要有3种途径可以产生转基因动物，即显微注射法、反转录病毒法和胚胎干细胞法。反转录病毒转移基因的基本方法在前面已有简介，这里只介绍显微注射法和胚胎干细胞法两种。

1．受精卵原核显微注射法 显微注射技术是从动物胚胎学研究移核实验的基础上发展而来。20世纪80年代初期人们利用这一方法向动物生殖细胞转移外源基因，成功地建立了转基因小鼠。1985年转基因绵羊和转基因猪问世，以后转基因大鼠、兔、鸡、牛、鱼等都已陆续取得成功，可见显微注射法是迄今应用得较为普遍而又最有成效的一种获得转基因动物的技术。

本方法是在显微镜下，用直径约为1μm的玻璃管直接插入受精卵的雄原核内，将毛细管内所带有的外源基因的DNA注入原核，然后将其移植到假孕母体输卵管或子宫内并发育成子代个体。为了解转基因的整合情况，可酌情应用斑点杂交、多聚酶链式反应或Southern印迹杂交等方法对子代个体DNA进行检测。

显微注射法的优点是导入的外源基因片段可长达50 kb，且无需载体，外源基因在宿主染色体上的整合率相对较高。其不足之处是外源基因的整合是随机的，因而难以控制其整合率；再者，对外源基因能否稳定整合于受体基因组的检测，必须等到子一代个体出生后经过选择才能确定，不利于在生育期长、产仔少的大家畜中应用。

2．胚胎干细胞介导法 胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES）是指从哺乳动物胚胎囊胚期内的细胞团中分离出来的尚未分化的胚胎细胞，这种细胞具有发育的多能性，能够分化出各种组织。20世纪80年代中期人们开始研究利用ES细胞获得转基因动物的方法。这个途径是将外源基因直接导入ES细胞，经体外培养筛选后再注入到受体囊胚腔中，与其中的囊胚细胞聚集在一起，成为受体胚胎的一部分，参与其分化。由这种胚胎发育而成嵌合体的转基因动物，即其中有一部分组织来源于整合有外源基因的供体ES细胞。在嵌合过程中，被转化的ES细胞分化而成的生殖细胞可通过杂交将引入的外源基因传递下去。

在以胚胎干细胞为媒介获得转基因动物的技术中，既可以用多种方法将外源基因导入ES细胞，且细胞的鉴定、筛选比较方便，又可预先在细胞水平上测定外源基因的拷贝数、定位和表达的水平以及插入的稳定性等，而且将ES细胞注入囊胚的操作较易进行，整合率相对较高。只是建立ES细胞系本身就是一项难度极高的工作，目前小鼠ES细胞系虽已建立，但在猪、羊中还未能得到真正稳定的ES细胞株。

（三）转基因动物的应用 转基因动物的研究内容非常广泛，20世纪80～90年代以来从基础理论到应用技术在深度和广度上都有了很大发展，并已日渐由实验室走向生产实践。

1．在基因表达调控研究方面的应用 利用转基因动物可作为在体内研究外源基因表达调控的“反应器”，下面仅就DNA顺式调控元件和基因在发育中的时空调节为例予以介绍。

（1）顺式调控元件的研究 异常的脂蛋白水平与动脉粥样硬化等疾病有关。人类有5种脂蛋白，各自含有不同的载脂蛋白。现已发现约有17种载脂蛋白，它们的编码基因已测序，是用于研究心血管疾病的候选基因。把载脂蛋白基因转入小鼠，可用来研究人脂蛋白代谢、调控以及动脉粥样硬化。在研究载脂蛋白基因组织特异性表达的顺式调控元件时，发现有两簇载脂蛋白基因凋节的组织特异性表达（图19-15）。一簇包括A－Ⅰ、C-Ⅲ和 A-Ⅳ基因，定位于人11号染色体长臂2区3带（11q23），是按A－Ⅰ、C－Ⅲ、A－Ⅳ的顺序组成。C－Ⅲ的转录方向与其他两个基因相反。 A-Ⅰ和C-Ⅲ主要在肝和小肠中表达，A-Ⅳ主要在小肠表达。在 C-Ⅲ基因的-02～-14bp之间是调节 A－Ⅰ基因在小肠中表达的区域。这个区域也是 C－Ⅲ和A－Ⅳ基因在小肠表达的凋控元件，表明这一元件可以调节整个载脂蛋白基因簇在小肠的表达。另一基因簇定位于19号染色体长臂1区3带（19q13），包含有E、C－Ⅰ和C-Ⅱ基因，它们按E、C－Ⅰ、C－Ⅱ顺序排列。E基因主要在肝脏和大部分身体组织中表达，但表达水平低。以后发现在C－Ⅰ基因和C－Ⅱ基因之间有一调控区可使E基因在肝脏内高水平表达，该区长约154 bp。此外，还证实这个调控区也调节该座位其他两个载脂蛋白基因 C－Ⅰ和 C－Ⅱ在肝脏的表达。的表达。

（2）与发育相关基因的表达与调控 用转基因动物可研究基因在发育中的时空调控。珠蛋白基因是研究发育调控的最好例子。人类珠蛋白基因分为α、β两簇，分别定位于16号和11号染色体，各长30kb和60kb。据1993年的报道，为分析完整的β-珠蛋白基因中人的珠蛋白基因的开关调控，Peterson等把一个含有248 kb长的人β-珠蛋白基因簇的酵母人工染色体（YAC）转入小鼠。对转基因小鼠中此基因簇的表达分析表明，在成年的转基因动物中只有人β-珠蛋白表达；在子一代和子二代动物中证实YAC β座位有β样珠蛋白基因的发育开关调控，即在卵黄囊中有ε-和γ-珠蛋白基因表达，在14天的肝脏中有少量γ和大量β表达，而在成年动物中则仅有β珠蛋白基因的mRNA表达。采用先在酵母细胞内通过同源重组的方式使YAC发生突变，然后把这种突变的YAC导入小鼠，就可以详细研究整个座位上基因的调控机制，如珠蛋白基因在发育与分化中的基因表达、定点诱变的β基因对发育凋节的影响等等。

除前述有关基因表达凋控的研究外，把转基因动物用于遗传病动物模型的研制近年来发展也很快，如把pro-αⅠ胶原突变基因导入小鼠基因组，可产生类似人的骨发育不全症的转基因小鼠，这对了解人类遗传病的发病机理意义重大。

2．用于基因产品的制备

在转基因动物中，导入的目的基因表达，人们就可以从该动物的乳汁和血液里获得目的基因产物，因此，可把转基因动物看作是一种个体表达系统（whole animal expression system），以制备某种基因产物。这样的转基因动物常被称作动物生物反应器（animal bioreactor）。

1982年Palmiter把大鼠生长激素基因转入小鼠，成功地获得高效表达生长激素的小鼠，其体积明显增加，证实了用转基因动物生产外源基因产品的可行性。近年来的报道已证实在转基因家畜（如猪）的乳腺中可高效合成自身不含有的异源蛋白，如乳清蛋白等。目前，英国正在研究通过羊β-乳球蛋白启动子和乳清蛋白启动子的控制，在转基因羊体内表达人α1抗胰蛋白酶和凝血因子Ⅸ；在美国已有在转基因小鼠、乳羊和乳牛乳汁中分别表达产生tPA和促性腺素的研究报道。我国利用转基因动物为反应器生产基因制品的工作也在展开，最近有关单位已从转基因羊乳汁中获得促红细胞生成素。

3．动物品种的培育与改良

把具有优良性状的基因或抗病基因导入畜禽以培育新的品种，这是转基因动物研究中的一个极重要的方面。如已培育出抗鸡白细胞组织增生病毒的转基因鸡新品种。为增强鱼类的抗冻性，已有抗冻蛋白基因在转基因鲑鱼中表达的报道。1985年我国学者朱作岩在国际上首次将小鼠MT／hGH融合基因注入金鱼受精卵中，获得转基因金鱼，其F1比转基因鱼的同代大两倍。以后该类实验中还陆续获得其他鲫、鲤等几种转入生长激素基因的鱼。

三、转基因技术研究进展

（一）基因分离技术的发展 真核生物基因组非常大，巨遗传背景常不清楚，要从这样庞大的DNA中分离目的基因实非易事。但是由于生物化学、酶学、分子生物学等学科的迅速发展，为基因的分离提供了有效手段，如今已发展了一些新的分离目的基因的技术，如PCR、转座子标签法与基因组消减技术等。

1．转座子标签技术 基因发生转座最重要的遗传效应是引起插入突变，也就是使插入位置的基因失活并诱导产生突变型，或在插入位置上出现新基因。因此，可用转座子作探针克隆出该突变基因，再用突变基因作探针，从野生型个体中分离并克隆出野生型基因。这种用转座子来分离基因的技术称为转座子标签技术（transposon tagging）（图19－16）。这种技术的一个显著特点是可以用来分离预先不清楚表达产物的基因。目前已可利用在分子水平上研究得较为清楚的转座子系统如玉米的Ac／Ds、金鱼草的Tam3等来分离异源植物的基因。

利用转座子分离植物基因时，首先要构建含转座子与质粒载体，因为已分离得到的转座子与选择标记需整合到适当的质粒基因组中才能用于目标植物的遗传转化。当前用于构建转座子载体的质粒主要是根癌农杆菌的Ti质粒和pBR322等。其次是目标植物的遗传转化，现常用带有载体系统的根癌农杆菌进行转化。第三是转座及拷贝数的检测。最后是转座子插入突变的检测及分离。而对分离得到的突变体，还要证明其突变确系转座子的插入所引起的。

近几年，一些用传统生化方法难以分离的基因已用转座子标签法分离出来，如金鱼草中控制花瓣及雄蕊发育的基因，与花的发生、发育有关的基因，亚麻的抗锈基因等。美国、荷兰等国也分别利用转座子分离拟南芥菜种子中脂肪酸合成的基因和研究植物病原体的抗性。

2．基因组消减技术 基因组消减（genomic subtraction）技术是最近几年在PCR基础上发展起来的根据表型变异进行目的基因分离和鉴定的又一种方法，已被应用于动、植物中分离遗传背景不十分清楚的基因，如在医学研究中已将该技术用于分离和鉴定肿瘤缺失和重排基因、制备多态位点探针、分离遗传性疾病基因和基因治疗等领域。

运用消减杂交技术分离缺失序列的概念最早是由Buatz提出的，他利用T4噬菌体缺失突变株的DNA来分离相应缺失区域的mRNA并获得成功。以后被许多实验室引用并加以改进。1989年D．Stuars和L．Wieland分别将PCR技术引入消减杂交方法中，使基因组消减杂交技术得以推广应用。这一技术的基本原理是先用γ射线等引起机体大片段DNA的缺失突变，然后用此突变体DNA与野生型DNA杂交，用以去除野生型中突变体的DNA。如此反复几次，在反应体系中突变体DNA所缺失的那段亲本DNA序列便被保留下来。采用生物素-亲和素-磁珠系统或HAT结合生物素-亲和素层析系统富集缺失这种序列并用PCR技术扩增。扩增的序列再用来与野生型基因文库杂交，从而克隆到对应缺失性状的基因（图19-17）。

用基因组消减杂交技术目前已从拟南芥中成功地克隆到包含赤霉素GA1位点的基因。在医学研究中也有通过基因组消减杂交技术克隆人染色体特异的基因探针的报道，如杜兴式肌营养不良（duchenne muscular dystrophy，DMD）和脉络膜缺损（choroideremia）座位的探针。

（二）基因剔除技术 基因剔除（gene knock-out）技术又称基因打靶技术（gene trageting），是20世纪80年代末发展起来的。这是利用同源重组的方法以建立基因定点灭活细胞系或获得基因定点灭活动物。这一技术近年来应用于生物学的诸多研究领域，已获得数百种基因定位缺陷小鼠。

基因剔除技术的原理首先是用基因重组方法在目的基因片段中插入一外源基因作为筛选标记基因并使目的基因失活（定点突变），再将此（灭活）基因转入胚胎多能干细胞（ES细胞）中，通过细胞内的基因同源重组使灭活基因取代染色体上原有的目的基因。经筛选和基因型鉴定后，把定点突变后的ES细胞注入宿主囊胚腔内，然后将胚胎植入假孕母体子宫，使其发育成目的基因缺陷（突变）的嵌合体，经子代自交后筛选出目的基因缺陷的纯合子即基因剔除动物。

基因剔除的具体实验步骤是：首先要进行同源重组载体的设计与构建，即选择具有一定长度（5～7kb以上）与目的基因功能区域同源的序列，并插入选择性标记基因（如新霉素抗性基因neo等），以便于筛选。在此同源序列的一端或两端还可以连接上负筛选标志基因（如单纯疱疹病毒胸苷激酶基因等）。用电转染等方法将此同源重组载体转染靶细胞。通过药物抗性来筛选重组细胞克隆，并用PCR和Southern杂交等方法对重组细胞进行基因型鉴定，这时得到的就是单个等位基因被剔除的杂合子细胞。为建立等位基因双剔除的细胞系，则还要将单个等位基因剔除的细胞大量传代培养，然后在更高浓度的选择性培养基中多次重复筛选，并对最终得到的阳性克隆进行基因型鉴定。

在应用上，通过探讨目的基因突变在基因剔除动物个体发育中的时空效应以及分析体内单基因缺陷所产生的表型异常，可以研究基因功能和调控，建立疾病的动物模型和基因治疗等。因此，在细胞水平进行基因剔除研究有非常重要的意义。如近几年国外已报道建立了用于研究心血管疾病的载脂蛋白E（apoE）、低密度脂蛋白受体的基因剔除动物。

基因剔除细胞系的建立有可能直接发现特定基因剔除后的影响，阐明基因功能，制备基因缺失的细胞模型，用于发病机理或基因治疗的研究。体细胞与ES细胞同源重组有所不同，后者一般只需将同源染色体等位基因之一灭活，就能在嵌合体后代中最终获得纯合的基因剔除动物。而在体细胞水平灭活特定基因就必须把一对等位基因都灭活，否则无法研究其功能。目前采用两种方法都可成功地达到这一目的：一是用两种带有不同标记基因的同源重组载体分别对靶细胞进行两次同源重组；另一是把单个等位基因灭活的细胞系传代培养，提高标记基因产物抗药物的浓度，利用标记基因表达的累加效应，筛选出细胞系中自然发生的双等位基因被剔除的细胞克隆。

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。BBaker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。

21 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〕。

22 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。

23 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。

31 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〕。

32 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

41 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〕。

42 PCR-based分离法

421 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

422 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。

423 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。

-----------------------以下仅供了解-----------------

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)。

------------------------以下仅供参考-------------------------

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。BBaker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。

21 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〕。

22 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。

23 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。

31 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〕。

32 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

41 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〕。

42 PCR-based分离法

421 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

422 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。

423 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。

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