什麼是移動遺傳元件？

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引言

在原核生物中，遺傳物質透過細胞分裂（如二元分裂）從親代傳遞給子代。這種透過細胞分裂的傳遞被稱為垂直傳遞。現在還有一種稱為水平傳遞的傳遞方式，它不涉及細胞分裂，而是藉助轉化、轉導和接合三種機制進行遺傳物質的轉移。

這三種機制藉助某些能夠編碼蛋白質和酶的DNA序列發生，這些序列被稱為移動遺傳元件。它們不僅存在於原核生物中，也以轉座子和逆轉座子的形式存在於人類中。

移動遺傳元件——概述

移動遺傳元件可以定義為能夠從一個位置移動到另一個位置或可以在染色體上覆制的DNA片段。它們可以在原核生物和真核生物中找到，構成了基因組的大部分。

已知它們對細菌的適應性有深遠的影響，不僅如此，它們還有助於生物體適應新的環境，並透過導致趨異進化來產生遠親物種。

移動遺傳元件是由巴巴拉·麥克林托克發現的。她在DNA雙螺旋結構和遺傳密碼被解釋之前就發現了這些元件。由於她在這一領域的貢獻，她於1983年獲得了諾貝爾醫學獎。

移動遺傳元件的型別

原核生物和真核生物的各種移動遺傳元件如下：

質粒

它們是環狀DNA分子，獨立於宿主染色體複製。天然存在的細菌質粒大小範圍從5000到400000個鹼基對。它們可以透過稱為轉化的過程被引入細菌細胞。它們在重組DNA技術中用作載體。

無論採用哪種方法，實際上只有少數細胞會攝取質粒DNA，因此需要一種方法來選擇確實攝取了質粒的細胞。通常，宿主細胞需要質粒才能在特定條件下生長，例如賦予抗生素抗性的基因。它們也可以充當可選擇標記，因為只有被重組質粒轉化的細胞才能在抗生素存在下生長，使得任何含有質粒的細胞在這些生長條件下都是可選擇的。

噬菌體

噬菌體具有將48,502個鹼基對的DNA高效遞送至細菌的機制，可用作載體來克隆稍大的DNA片段。噬菌體載體允許克隆長達23,000個鹼基對的DNA片段。

轉座子

這些是存在於幾乎所有細胞中的DNA片段，它們從染色體上的一個位置移動或跳躍到同一染色體或不同染色體上的另一個位置。這種運動稱為轉座，通常不需要DNA序列同源性，新的位置或多或少是隨機確定的。轉座子插入必需基因可能會殺死細胞，因此轉座受到嚴格調控，通常非常不頻繁。

轉座子也許是最簡單的分子寄生蟲，適應於被動地複製在宿主細胞的染色體中。在某些情況下，它們攜帶對宿主細胞有用的基因，因此與宿主處於一種共生關係。

逆轉座子

一些來自酵母和果蠅等不同來源的特徵明確的真核DNA轉座子具有與逆轉錄病毒非常相似的結構，這些被稱為逆轉座子。它們編碼與逆轉錄病毒逆轉錄酶同源的酶，其編碼區兩側是LTR序列。它們透過RNA中間體從細胞基因組中的一個位置轉座到另一個位置，利用逆轉錄酶製作RNA的DNA複製，然後將DNA整合到新的位點。

病毒

它們也像移動遺傳元件一樣起作用。通常，它們在宿主外部是非生命的，但在宿主內部是生命的。當它們感染宿主生物體時，它們會將基因從一個宿主轉移到另一個宿主，甚至從兩個不同物種的生物體轉移。

移動遺傳元件的功能

• 我們聽說過細菌中正在發展的抗生素耐藥性。這種抗生素耐藥性的發展可以歸因於抗生素耐藥性基因，這些基因已被發現與移動遺傳元件相關，使它們能夠將這種耐藥性傳播到整個細菌群落。

• 移動遺傳元件透過傳播某些毒力因子（如外酶和外毒素）來幫助細菌。

• 在真核生物中，它們佔據了基因組的大部分，它們是塑造大多數生物體基因和基因組的驅動力。

• 質粒和噬菌體等移動遺傳元件可用作重組DNA技術和克隆程式中的工具。

結論

即使在發現DNA的雙螺旋結構和遺傳密碼之前，人們就已經瞭解了很多關於移動遺傳元件的知識。由於它們能夠獨立於細胞染色體複製，因此它們可以幫助介導細胞間或細胞內的DNA運輸。移動遺傳元件除了核心基因外，還攜帶其他一些基因，這些基因為宿主細胞提供了選擇性優勢。

某些具有經濟和醫學重要性的細菌表型是由這些移動遺傳元件編碼的。水平基因轉移技術和其他相關過程為基因組學領域提供了巨大的機遇。