《格林童話》中的睡美人中了詛咒，沉睡了許多年。最后終于遇到了自己的王子，蘇醒了。
在基因的世界里，也有一個(gè)睡美人。然而，這位睡美人卻沉睡了一千多萬(wàn)年，直到1997年才被科學(xué)家喚醒。這位睡美人就是睡美人轉(zhuǎn)座子。
想要了解這位特殊的睡美人，讓我們先來(lái)看看什么是轉(zhuǎn)座子。
什么是轉(zhuǎn)座子？
轉(zhuǎn)座子就是一段特殊的基因序列，能夠改變自己在基因組中的位置。轉(zhuǎn)座子是女科學(xué)家Barbara McClintock 孤軍奮斗，在研究玉米色素基因調(diào)控機(jī)制時(shí)，發(fā)現(xiàn)并命名的。轉(zhuǎn)座子也叫跳躍基因。
玉米中的轉(zhuǎn)座子與諾貝爾獎(jiǎng)
為什么我們平時(shí)吃的玉米是黃色的？玉米粒從外到內(nèi)依次是種皮、糊粉層、胚乳和胚。玉米的黃色是胚乳的顏色。如果玉米的外層糊粉層沒(méi)有花青素，就是透明的，這樣就會(huì)表現(xiàn)出里層的胚乳黃色。而有些玉米，比如紫色玉米，糊粉層中含有紫色的花青素，就擋住了胚乳的黃色，我們就只能看到糊粉層的紫色。
Barbara McClintock發(fā)現(xiàn)花青素基因是由轉(zhuǎn)座子調(diào)控的，轉(zhuǎn)座子可以使色素基因表達(dá)或停止表達(dá)，表現(xiàn)出來(lái)就是顏色的有無(wú)。由于轉(zhuǎn)座子在玉米中的跳躍非?；钴S，花青素的表達(dá)時(shí)而開(kāi)始時(shí)而停止，最后不同籽粒中花青素的表達(dá)量會(huì)有不同，表現(xiàn)的顏色就有深有淺。Barbara McClintock就是因?yàn)榇隧?xiàng)研究獲得了1983年的諾貝爾獎(jiǎng)，她也是唯一一個(gè)獨(dú)享生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的女科學(xué)家。
轉(zhuǎn)座子分兩類(lèi)：逆轉(zhuǎn)座子和DNA轉(zhuǎn)座子。
逆轉(zhuǎn)座子（retrotransposon)
逆轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座過(guò)程是這樣的：首先，逆轉(zhuǎn)座子從基因組DNA上轉(zhuǎn)錄出RNA，然后，轉(zhuǎn)錄出來(lái)的RNA通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄重新產(chǎn)生DNA。最后，這個(gè)復(fù)制出來(lái)的DNA會(huì)在基因組上找一個(gè)新的位置插入進(jìn)去。
DNA轉(zhuǎn)座子（DNA transposons）
跟逆轉(zhuǎn)座子不同的是，DNA轉(zhuǎn)座子不需要先由DNA轉(zhuǎn)錄出RNA，而是直接由轉(zhuǎn)座酶催化轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基因位置上。有的轉(zhuǎn)座酶能夠特異性結(jié)合到DNA的靶位置，這樣轉(zhuǎn)座子跳到的位置就是確定的。有的轉(zhuǎn)座酶是隨機(jī)結(jié)合到DNA的靶位置，最后轉(zhuǎn)座子跳到哪個(gè)基因上就不確定。睡美人轉(zhuǎn)座子（sleeping beauty transposon，也叫SB轉(zhuǎn)座子）就是一類(lèi)DNA轉(zhuǎn)座子。
自主和非自主轉(zhuǎn)座子
轉(zhuǎn)座子也可以分為自主轉(zhuǎn)座子和非自主轉(zhuǎn)座子。
自主轉(zhuǎn)座子不依賴別人，自己就能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)座。而非自主轉(zhuǎn)座子要依賴別人，自己不能獨(dú)立完成轉(zhuǎn)座。這個(gè)“別人”，對(duì)于DNA轉(zhuǎn)座子來(lái)說(shuō)，是其他基因表達(dá)的轉(zhuǎn)座酶，它自己不表達(dá)轉(zhuǎn)座酶。對(duì)于逆轉(zhuǎn)座子來(lái)說(shuō)，“別人”就是其他基因表達(dá)的逆轉(zhuǎn)錄酶。
逆轉(zhuǎn)座子和DNA轉(zhuǎn)座子中都包括自主轉(zhuǎn)座子和非自主轉(zhuǎn)座子。
轉(zhuǎn)座子如何跳躍？
轉(zhuǎn)座子跳躍是它的特征。
為了理解轉(zhuǎn)座子跳躍過(guò)程，我們需要先來(lái)了解下轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)座子包括兩端的反向重復(fù)序列和中間的轉(zhuǎn)座基因。反向重復(fù)序列是轉(zhuǎn)座酶結(jié)合的位置，中間的轉(zhuǎn)座基因就是基因間來(lái)回跳躍的基因片段。
它是怎么跳躍的呢？打個(gè)比方，就好像我們?cè)诜礁翊纱u上面做立定跳遠(yuǎn)，一開(kāi)始我們?cè)谄鹗几褡由?，每個(gè)人用的力量不同，最后落到的格子也不同。轉(zhuǎn)座子也是這樣，如果把方格看成是一個(gè)一個(gè)位于基因組上的基因，轉(zhuǎn)座子的跳躍就是在不同的基因直接跳躍，最后跳到哪個(gè)基因上，就會(huì)影響哪一個(gè)基因的表達(dá)。具體的，轉(zhuǎn)座子跳躍分為三個(gè)階段。
轉(zhuǎn)座酶的結(jié)合
2個(gè)轉(zhuǎn)座酶分別結(jié)合到轉(zhuǎn)座子兩端的反向重復(fù)序列上，形成了轉(zhuǎn)座子和轉(zhuǎn)座酶的聯(lián)會(huì)復(fù)合體。
切割
位于轉(zhuǎn)座子序列兩端的反向重復(fù)序列配對(duì)，將兩個(gè)轉(zhuǎn)座酶拉到一起。結(jié)合在一起的轉(zhuǎn)座酶會(huì)把中間的轉(zhuǎn)座基因切割下來(lái)。
整合
轉(zhuǎn)座酶會(huì)帶著轉(zhuǎn)座子，特異或者隨機(jī)的結(jié)合到新的DNA位點(diǎn)，并將轉(zhuǎn)座子插入進(jìn)去。通常，被轉(zhuǎn)座子插入的基因會(huì)突變失活。
睡美人轉(zhuǎn)座子
終于輪到講我們的主角睡美人轉(zhuǎn)座子小姐姐了。
長(zhǎng)久以來(lái)，轉(zhuǎn)座子只能在植物、細(xì)菌、真菌和無(wú)脊椎動(dòng)物中用來(lái)改變一些基因的表達(dá)。但在脊椎動(dòng)物中，一直沒(méi)有找到可以應(yīng)用的轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)。
這是因?yàn)榧棺祫?dòng)物進(jìn)化出了一種特殊的機(jī)制來(lái)防止轉(zhuǎn)座子的胡作非為，要知道，如果轉(zhuǎn)座子亂插入一個(gè)關(guān)鍵的基因，結(jié)果可能是致命的。所以在脊椎動(dòng)物體內(nèi)活躍的, 高效的轉(zhuǎn)座子極少，絕大多數(shù)轉(zhuǎn)座子在進(jìn)化中失活了。這導(dǎo)致科學(xué)家很長(zhǎng)一段時(shí)間都找不到可用于脊椎動(dòng)物的轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)。
第一個(gè)被復(fù)活的脊椎動(dòng)物自主轉(zhuǎn)座子來(lái)自鮭魚(yú)。
這個(gè)轉(zhuǎn)座子序列早已在進(jìn)化的長(zhǎng)河中失活千萬(wàn)年，科學(xué)家形象地稱它為睡美人轉(zhuǎn)座子。
在現(xiàn)存的鮭魚(yú)中，大多數(shù)轉(zhuǎn)座酶序列已經(jīng)發(fā)生突變，失去了轉(zhuǎn)座活性。1997年，科學(xué)家Ivics等通過(guò)生物信息學(xué)方法，分析8種鮭魚(yú)中12個(gè)Tc1類(lèi)轉(zhuǎn)座酶序列，找出了其中的保守序列，從而確定了已經(jīng)滅絕的鮭魚(yú)中具有活性的睡美人轉(zhuǎn)座酶的基因序列?？茖W(xué)家Ivics隨后對(duì)這個(gè)古老的轉(zhuǎn)座子進(jìn)行了分子水平的重建，最終成功喚醒了沉睡千萬(wàn)年的睡美人的轉(zhuǎn)座活性。
睡美人轉(zhuǎn)座子沉睡千萬(wàn)年，一直在等待可以喚醒她的王子。遇到 Ivics ，睡美人終于不再沉睡。
之后的研究發(fā)現(xiàn)，睡美人轉(zhuǎn)座子在多種脊椎動(dòng)物中都擁有轉(zhuǎn)座活性。通過(guò)人工改造和序列優(yōu)化，睡美人轉(zhuǎn)座子已經(jīng)成為高效的脊椎動(dòng)物轉(zhuǎn)座系統(tǒng)。并且，該轉(zhuǎn)座子可以整合到基因組并通過(guò)生殖細(xì)胞穩(wěn)定遺傳給后代，是目前基因敲除或敲減很有潛力的替代工具。
總結(jié)
轉(zhuǎn)座子能夠在基因間跳躍，插入到靶基因內(nèi)部，激活或失活基因，從而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)水平，影響物種的進(jìn)化。睡美人轉(zhuǎn)座子是能夠在脊椎動(dòng)物中高效轉(zhuǎn)座的基因元件，是最有希望進(jìn)行人類(lèi)基因治療的工具。除了睡美人轉(zhuǎn)座子，近年來(lái)，一些其他類(lèi)似的DNA轉(zhuǎn)座子，比如小豬轉(zhuǎn)座子（PiggyBac transposons ），也被成功應(yīng)用于哺乳動(dòng)物中，為哺乳動(dòng)物中進(jìn)行轉(zhuǎn)座研究提供了更多選擇。睡美人轉(zhuǎn)座子
作為一種有效的遺傳工具，已經(jīng)發(fā)揮了巨大的作用，具有廣泛的應(yīng)用前景。如果睡美人轉(zhuǎn)座子的安全性和有效性能夠進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證，有可能在人類(lèi)攻克癌癥、艾滋病、血液病等重大疾病中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。
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