内含子的类型知识大全

内含子

真核生物和原核生物差别之一就在于：真核生物的DNA基因序列上含有内含子，而原核生物则无，内含子是存在真核生物DNA序列上的间插序列，内含子在DNA转录 后被剪切掉，其主要在基因调控和选择性剪切有着重要作用。

内含子 - 类型

根据剪接过程为自发还是要经过剪接体的加工，人们将内含子分为自剪接和剪接体内含子。自剪接内含子:在1981年由汤玛斯•切希发现的自剪接内含子中，又分为：型内含子和剪接体内含子。

剪接体内含子：这类内含子的剪除要有剪接体的帮助。一段序列在剪接中是内含子还是外显子，取决于其自身。

GT-AG-内含子：最常见的内含子是所谓的GT-AG-内含子。它以GU开头并以AG结尾。

AT-AC-内含子：AT-AC-内含子则是以AU开头，AC结尾。

内含子 - 第一类内含子

一类新的可动因子即第一类内含子(groupIintron)已被发现，它们广泛在于各种生物的线粒体、叶绿体 及基因组内，内含子移动分内含子回归(intronloss)和内含子转座(imtrontransposition)，前者已为实验证实，后者则尚未被证实。

一、第一类内含子可动现象的发现和被步研究

1975年，人们以啤酒酵母菌mt-DNA某些突变 为标记进W+XW-杂交，发现W+传递到了代的比例为95%而W-几乎为零，现象上好似发生了单方赂基因转变(unidirectionalgeneconversion)。从W-到W+，由于W+中有内含子ScLDU.1，而W-则无，故人们认为上述现象与该内含了有关。

顺序分析发现该内含子中存在一个可读框PRF，起始于AUG，共长235个密码子，为确定该产物的生化功能，人们以内含子上下游的一些富含GC的顺序作为探针来研究W+XW-杂交中两不同阶段的mtDNA，即：(1)合子刚形成时的mt-DNA，此时双亲的mt-DNA同时存在于一个细胞中;(2)几个细胞世代以后，当细胞是同质体时的mt-DNA。

通过对W+XW-的子代中的同质体克隆的观察发现，内含子ScLSU.在子代中的传递效率高达95%，恰好与W+情况相吻合，而mt-DNA上远离ScLSU.内含子发生了单方向基因转变，而且在单方向基因转变同时还发生距该内含子上下游几百bp范围的侧翼DNA顺序的共转变，其频率随距内含子的距离的增加而减小。

而当研究W+XW-中的合子刚形成时的mt-DNA时，发现在无内含子(intronless)LSU基因的内含子插入位发生一个双链断裂，该断裂将随合子的长大而消失，推测与内含子插入引起的DNA修复有关。

同时，当Wd突变体和无内含子的野生型杂交时，发现没有内含子的单方向基因转变发生，核苷酸顺序分析表明Wd突变原因是在内含子ORF的不同位置发生了移码突变、无义突变和多个碱基置换，说明该内含子的翻译产物在I-(intronless)基因的双链断裂形成中起着直接或间接的作用。

1986所有人用通用遗传密码构建了一个等同于ScLSU.1内含子ORF的顺序，发现它在E.coli中能表达为一个内切核酸酶，并可高度特异地切割带内含子切割序的mt-DNA，该识别顺序共长18bp，切割后可产生4bp伸出的3'-OH末端以插入内含子，而内含子一旦插入到无内含子顺序后，该顺序就被分割成两部分，无法再为内切核酸酶识别，从而可阴止I+基因的自切割，使基因变均表现为单方向的，即从I+到I-。通过对酵母W系统的研究可概括出第一类内含子可动的三个条件：

(1)一个基因的两种功能形式的存在，即I+和I-，且能通过杂交进行遗传交换;

(2)在内含子中要存在一咱ORF，并编码有功能的双链内切核酸酶;

(3)在无内含子基因中存在呆为该内切梳酸酶识别的顺序。

在W系统研究之后，人们通过许多杂交实验又发现了一系列可动的第一类内含子，例Chlamydomonaseugametos的cp-DNA中的CeLSU.5、Saccharomycescererisiae中的Sccox1.4，T4噬菌体中的T4td.1和T4aunY.1，Physarumpolycephalum的PpLSU.3及Neurosporacrassa中的含子Ncnd1，1等。

二、第一类内含子可动的可能机制

第一类内含了DNA的内部ORF表达，产生一个双链内切核酸酶，该酶识别无内含子的同一基因上的顺序并结合上去，酶切产生具有4bp伸出析3'-OH末端的双链断裂，然后以I+基因的未切割的同源顺序作为模板来修复双链断裂，该修复机制延伸到侧翼区域，导致共转变，而内含子一旦插入后，它本身既可产生内切核酸酶，也可作为修复断裂的模板，从而使整个过程可不断进行。

内含子转座也通过相同的过程进行，由于内切核酸酶识别顺序可存在于三种位置：

(1)同一基因的拷则;(2)不同基因;(3)基因间区域，这三种情况下的内含子插入，导致三种不同结果，第一种情况在内含子插入后产生内含子回归;第二种导致转座，因为插入新位点的内含子进行有效的RNA剪接;第三种情况也导致转座，但由于插入的内含子DNA无法转录，故它将经随机突变而消失。

同时，在双链断裂的修复中，切点周围的顺序和未切割模板的外显顺序之间的同源性对修复亦很重要，同源性越高，修复效率越高。所以，内含子回归很常见，而内含子转座则很少见。

另处，内含子转座也可通过RNA中介进行，基因Gl(I+)经转录和自剪接产生被切下来的内含子RNA，该RNA通过反向剪接整合到另一个基因G2(I-)中，再经逆转录和重组，产生带有I的G2，这种情况主要是在四膜虫中发现的。

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基因内含子

三、第一类内含子可动现象的作用和意义

内含子DNA顺序插入到一个新位置，应带来它的转录和剪接问题，内含子回归不存在这个问题，因为I+基因本身可正常转录和剪接。但是，就内含子转坐而言，由于内含子本身无启动子，其转坐有赖于宿主基因，所以，内含子转座常导致产生一个无活性的内含子，它将因无法时行有效转录而通过随机突变在进化中消失，故内含子转座的频率很低。

同时，当内含子插入到某一基因后，要保持该基因的正常功能，就必须有效的进行RNA剪接，第一类内含子的剪接和内含子的IGS(internalguidesequence)顺序与上游外显子之间碱基配对的相互作用有关，故一个成功的内含子插入依赖于该内含子能够与新的基因相匹配。

同时，资料表明，许多第一类内含子的上游外显子有短的保留下游外显子没有，故推测可能内含子发生转座后，可通过随机突变或特异的复制机来适应新的回归位点，以获得与外显子的正确匹配，从而成为一个成功的内含子转座，当然，转座中外显子的共转变或外显子通过随机突变而适应新插入的内含子两种方式同样也能提高内含子和外显子的匹配，提高内含子转座的成功率。

既然单方向内含子插入的频率及高，I-等位基因为何未在群体中消失呢?一种解释是：I+基因是近期出现的，并将随时间推移取代所有I-等位基因;另一种解释认为是自然不利于含有内含子的细胞的生长;而目前更多的人认为是内含子回归和丢失之间的平衡维持第一类内含在细胞世代稳定存在，只要插入到合适的位置后能进行有效的转录和剪接，同时不给细胞带来任何新的表型。

在S.cerevisiae中，mt-内含子的剪接功能缺陷型是呼吸缺陷的，而这些内含子发生缺失后就可得到呼吸正常的野生型表型的回复子，故人们推测内含子丢失的可能机制是：I+RNA发生剪接，除去内含子，再反转录，并通过受体基因和cDNA外显子顺序之间的同源重组，导致内含子丢失，而实验中发现第二类内含子和反转录病毒的逆转录酶有同源顺序，

使人们猜想第一类内含子的丢失可能由第二类内含子的翻译产物控制，1989年有人用mss18突变体证明了这一想法，因为实验表明，第一类内含子Secoxl.5b的发生缺失需要第二类内含子Sccoxl.1Sccoxl.2的存在。

目前对大量的生物研究表明，大批内含子在生物中的分布物不均衡，表示为(1)同一种的不同个体中，有的有内含子，有的没有;(2)同一基因在不同种生物基因组中的内含子的特性，数目位置等不同，如Sccoxl.2b和Ancoxl.3是高度同源内含子插入在不同种的同一回归位点的例子，这两种内含子有70%顺序相同，但内含子周围的外显子顺序很不同，从而推测可能是内含子发生水平转移的结果，而不同生物不同回归位点有高度同源内含子存在的事实，如ScLSU.1和Nccob.2也说明水平转移的可能。

总之，内含子在不同种或同一种的不同个体中的不同回归位点分布的不均可以用内含子回归和内含子丢失之间的平衡来解释，而在不回归位点分布的不均可以用回归的内含子丢失之间的平衡来解释，而在不同回归位点上相似相关内含子的存在则可能是内含子转座的结果。而且，如果这种内含子转座是发生在极其不同的种之间的话，那么，可能在转移过程中还存在着某种未知形式的分子载体。当然，这还只是一种设想，有待于进一步的证实。

I型内含子和Ⅱ型内含子的区别

I型内含子(group I intron)

一类具有酶催化功能的内含子,转录成RNA后,可以自我剪接。此类内含子转录后可以形成9个由碱基配对形成的特定二级结构,分别命名为P1至P9,P1和P7是保守的。I型内含子具有自我剪接的功能,在剪接反应中,要有一种鸟嘌呤核苷(含有游离的3'-OH)G-OH。G首先结合到内含子的5'端,当线性的内含子成为环状时,其3'端可以距离5'端15个核苷酸以外,从而将原来的5'端和15个碱基(或以上)的节段(包括G)切除出去。这种自我剪接,是由RNA的特定序列的核酸内切酶的活性所催化。

Ⅰ型内含子比Ⅱ型内含子更普遍,这两类内含子之间没有什么关系,它们有一个共同的特性,就是在体外能够自我剪接,而不需要任何蛋白质酶的催化。但是在体内它们却都需要蛋白质帮助折叠成二级结构。

Ⅱ型内含子

同I型内含子类似，是一类具有酶催化功能的内含子,转录成RNA后,可以自我剪接。Ⅱ型内含子以与剪接体类似的方式进行剪接，但不需要任何蛋白质(自剪接)。虽然剪接可以在没有蛋白质的情况下进行，但依然会额外的使用5个RNA分子及超过50多个蛋白质，并水解多个三磷酸腺苷(ATP)分子。使用 ATP 是要提高剪接mRNA的准确性，避免出现错误。

以下是Ⅱ型内含子自剪接的特点(与I型相同是两次交酯化)：

1、内含子内特定腺苷的2'羟基攻击5'剪接位点，从而形成一个套索。

2、5'外显子的3'羟基于3'剪接位点引发第二次的交酯化，从而将两个外显子接合。

从内含子的剪接机制来看，内含子主要有三种类型：I型内含子、II型内含子和核pre-mRNA剪接的III型内含子、tRNA的IV型内含子。I型、II型及III型内含子的剪切机制是相似的，只有tRNA的IV型内含子剪接机制完全不同。 I型内含子与II型内含子可以自我剪接，但是剪接的效率比较低，III型内含子剪接需要结构复杂的剪接体，但是其剪接效率比较高。