CHƯƠNG II: CÁC BẾN ĐỔI CỦA ADN 2.1. Đột biến gen
2.3. Các yếu tố di truyền vận động
2.3.1. Các yếu tố di truyền vận động ở prokariote
Đoạn xen (insertion sequence= IS) là loại yếu tố di truyền vận động đơn giản nhất có cấu trúc khá giống nhau ở các sinh vật. Khi xen vào giữa gene, yếu tố IS làm gián đoạn trình tự mã hóa và làm bất hoạt sự biểu hiện của gene. Một số trường hợp,có tín hiệu kết thúc phiên mã và dịch mã, yếu tố IS làm cản trở sự biểu hiện ở sau promoter trong cùng operon. Ở E. coli, có các nhóm đoạn xen: IS1, IS2, IS3 và IS4. Chúng có thể phân bố rãi rác trên ADN chính của vi khuẩn và trên các plasmid. Ví dụ yếu tố IS1 có khoảng 5-8 bản sao trên ADN với chiều dài 768 bp. Tất cả các yếu tố IS đều chứa đoạn ADN mã hóa cho protein, được gọi là transposase, là enzyme cần thiết cho sự di chuyển của yếu tố IS từ một vị trí trên ADN đến vị trí khác. Đoạn gene này nằm giữa 2 đoạn lặp lại đảo ngược inverted repeat - IR ngắn.
2.3.1.2. Gene nhảy
Các yếu tố IS riêng lẻ không chỉ có khả năng tự di chuyển mà khi hai yếu tố nàynằm đủ gần nhau thì chúng có thể vận động như một đơn vị hoàn chỉnh và mang theo các gene nằm giữa chúng. Cấutrúc phức tạp này được gọi là
gene nhảy (jumping gene) mà thuật ngữ là transposon. Có hai kiểu transposon ở vi khuẩn :
(1) Transposon hỗn hợp, ví dụ Tn10 (hình 2.6) mang gene kháng tetracyline nằm giữa hai yếu tố IS10 ngược chiều( bên trái và bên phải, ký hiệu là IS10L và IS10R)
(2) Transposon đơn giản, ví dụ Tn3 ( hình 2.7) mang cụm [ gene transposase + gen phân tách resolvase + gene β- lactamase] và ở hai đầu là các đoạn lặp ngược chiều IR với 38 bp giống nhau.
Các đoạn lặp ngược chiều của yếu tố IS Các yếu tố IS ngược chiều
Các đoạn lặp ngược chiều của yếu tố IS
Gene kháng tetracyline (TetR)
Hình 2.6. Cấu trúc của các gene nhảy Tn10 ( nguồn: Transposable elements: http://www.slideshare.net/tauseefsko/transposons-
complete-ppt)
Hình 2.7. Cấu trúc của các gene nhảy Tn3 ( nguồn: Transposable elements: http://www.slideshare.net/tauseefsko/transposons-complete-ppt)
Cơ chế của sự chuyển vị: Đầu tiên, transposase cắt vết hình chữ chi qua 5 cặp base (khác với sự cắt của enzyme restriction endonuclease) ở vi trí DNA mục tiêu (target site DNA) . Tiếp theo là sự hội nhập của transposon qua trung gian của transposase, transposon xen vào giữa các đầu mút của chữ chi. Đầu lồi ra của sợi đơn được sử dụng như là khuôn để tổng hợp sợi bổ sung thứ hai. Sự gắn vào tạo sự sao chép 5 cặp base, được gọi là sự sao chép điểm mục tiêu (target site duplication).
Hầu hết các yếu tố di động của prokaryote đều sử dụng một trong 2 cơ chế chuyển vị: là sao chép (replicative) và bảo thủ (conservative) hay không sao chép. Trong con đường sao chép (như ở Tn3), một bản sao mới của yếu tố di động tạo ra khi chuyển vị, kết quả là một bản sao ở vị trí mới và bản sao còn lại ở vị trí cũ. Trong con đường bảo thủ (như ở trường hợp Tn10) không có sự sao chép. Thay vào đó, yếu tố được cắt ra từ ADN hoặc plasmid và được gắn vào vị trí mới. Con đường này còn được gọi là con đường "cắt và dán" (cut and paste) Sự nhân đôi đoạn trình tự DNA ngắn ở điếm xen vào (insertion site)
Cơ chế xen điển hình của một transposon, có thể hình dung như sau:
(1) Đầu tiên, enzyme này bám vào cả hai đầu mút của transposon (gồm các đoạn lặp đảo ngược, IR)
(2) Kế đó, enzyme transposon nhận biết một trình tự ADN đặc thù như là vị trí đích của chúng và cắt theo kiểu zigzag tạo ra các “đầu dính”
tựa như một số enzyme cắt giới hạn; nhưng một số transposon khác có thể xen transposon vào bất cứ chỗ nào trên gen.
(3) Sau khi transposon được gắn vào ADN chủ, các khoảng trống được lấp đầy theo nguyên tắc bổ sung nhờ tác dụng của ADN polimerase và ligase vì vậy tạo ra các đoạn lặp cùng chiều giống nhau ở mỗi đầu mút của transposon.