De modus van ontdekking van transponeerbare elementen
Enkele van de belangrijke ontdekkingswijzen van transponeerbare elementen zijn:
In feite bezetten de meeste genen vaste plaatsen op de chromosomen en is de algehele structuur van de genetische kaart praktisch onveranderlijk. Begin jaren veertig hebben onderzoekers echter ontdekt dat sommige DNA-sequenties (namelijk genen) hun positie kunnen veranderen.
Afbeelding Courtesy: geneticamedicala.files.wordpress.com/2013/03/dna_transposons_classes.jpg
Deze mobiele elementen worden verschillende 'springgenen', 'mobiele elementen', 'cassettes', 'invoegreeksen' en 'transposons' genoemd. De formele naam voor deze familie van mobiele genen is transponeerbare elementen, en hun beweging wordt transpositie genoemd.
De term transposon werd bedacht door Hedges en Jacob in 1974 voor een DNA-segment dat van het ene DNA-molecuul (of chromosoom) naar het andere kon gaan en resistentie tegen antibioticum ampiciline droeg. Transponeerbare elementen kunnen worden gedefinieerd als kleine, mobiele DNA-sequenties die rond chromosomen bewegen zonder rekening te houden met homologie en insertie van deze elementen kan deleties, inversies, chromosomale fusies en zelfs meer gecompliceerde herschikkingen produceren.
Transponeerbare elementen werden ontdekt door Barbara McClintock (1965) door een analyse van genetische instabiliteit in maïs (maïs). De instabiliteit betrof chromosoombreuk en bleek plaats te vinden op plaatsen waar transponeerbare elementen zich bevonden. In de analyse van McClintock werden de gebeurtenissen van breuk gedetecteerd door het verlies van bepaalde genetische markers te volgen.
In sommige experimenten gebruikte McClintock een marker (gen) die de afzetting van pigmentatie reguleerde in het aleuron, de buitenste laag endosperm van maïskorrels. Bedenk dat het endosperm triploïde is en wordt geproduceerd door de vereniging van twee maternale kernen en een paternale kern.
McClintock's marker was een allel van de C-locus op de korte arm van chromosoom 9. Aangezien dit allel, genaamd C I, een dominante remmer van aleuronkleuring is, moet elke kernel die deze bezit, kleurloos zijn. McClintock bevruchtte CC-oren met stuifmeel van C I CI-kwasten, waardoor kernjes werden geproduceerd waarin het endosperm C I CC was. Hoewel veel van deze kernels kleurloos waren, zoals verwacht, vertoonden sommige korrels vlekken van bruinachtig-paars pigment. McClintock (1951) vermoedde dat bij dergelijke mozaïeken het remmende Ci-allel ergens tijdens de ontwikkeling van het endosperm verloren was gegaan, wat leidde tot een kloon van weefsel die pigment kon produceren. Het genotype in een dergelijke kloon zou -CC zijn, waarbij het streepje verlies van het Ci-allel aangeeft. Verdere studie toonde aan dat C I- allel verloren was gegaan door chromosoombreuk.
Zoals getoond in Fig. 41.1 zou een breuk op de door de pijl gelabelde plaats een segment van het chromosoom losmaken van zijn centromeer, waardoor een accentfragment ontstaat. Zo'n chromosomaal fragment lijkt tijdens celdeling verloren te gaan, dus zouden alle afstammelingen van deze cel een deel van het vaderlijke chromosoom missen. Omdat het verloren fragment het C1-allel droeg, zou geen van de cellen in deze kloon geremd worden om pigment te vormen, en als een van hen een deel van het aleuron produceerde, zou een kleurvlek verschijnen.
McClintock stelde vast dat dergelijke kernelmozaïeken vaak het gevolg waren van breuken op een bepaalde plaats op chromosoom 9. Zij noemde de factor die deze breuken produceerde, Ds, voor "dissociatie". In haar experimenten droeg het chromosoom dat het C I- allel droeg ook de Ds-factor.
Op zich was de Ds-factor echter niet in staat om chromosoombreuken te induceren. Ze ontdekte dat Ds moest worden geactiveerd door een andere factor, genaamd Ac, voor "activator". De Ac-factor was aanwezig in sommige maïsvoorraden, maar afwezig in andere. Door verschillende aandelen te kruisen, kon Ac worden gecombineerd met Ds, waardoor de aandoening werd gecreëerd die leidde tot chromosoombreuk.
Dit tweefactorsysteem (dat wil zeggen de Ac-Ds-familie) gaf een verklaring voor de genetische instabiliteit die McClintock op chromosoom 9 van maïs had waargenomen. Haar verdere studies hebben aangetoond dat zowel Ac als Ds lid zijn van een familie van transponeerbare elementen. Deze elementen zijn structureel gerelateerd aan elkaar en kunnen op veel verschillende plaatsen op de chromosomen worden ingevoegd.
In feite zijn er vaak meerdere kopieën van de Ac- en Ds-elementen aanwezig in het maizt-genoom. Door genetische analyse liet McClintock zien dat zowel Ac- als Ds-elementen konden bewegen. Toen een van deze elementen in of in de buurt van een gen werd ingevoegd, ontdekte McClintock soms dat de functie van het gen veranderde. In extreme gevallen werd de functie volledig onderdrukt. Vanwege dit effect op genexpressie; McClintock (1956) verwees naar Ac en D's als controlerende elementen.
