現(xiàn)在知道麥克林托克在玉米中發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)座因子Ac是DNA轉(zhuǎn)座子（DNA transposon）。第一個(gè)在分子水平得到闡明的DNA轉(zhuǎn)座子是黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）的P因子（P elements）。

果蠅P因子的發(fā)現(xiàn)源自一次意外的雜交不育實(shí)驗(yàn)。當(dāng)人們將實(shí)驗(yàn)室最常用的黑腹果蠅株系的雌蠅與野外采集的黑腹果蠅株系的雄蠅做雜交試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)由此產(chǎn)生的子代果蠅竟然是不育的。而相反的雜交，即野外采集株系的雌蠅與實(shí)驗(yàn)室常用的果蠅株系的雄蠅雜交產(chǎn)生的子代果蠅卻是正?？捎摹Ｄ敲?，這種雜交不育（hybrid dysgenesis）究竟是基因突變還是染色體畸變引起的呢？我們把雜交中實(shí)驗(yàn)室常用的果蠅株系的細(xì)胞類型稱為M型，把野外采集株系果蠅的細(xì)胞類型稱為P型。實(shí)驗(yàn)中M型雌蠅與p型雄蠅雜交產(chǎn)生的子蠅的生殖系細(xì)胞出現(xiàn)了高頻率基因突變和染色體畸變，以及染色體不分離等異?，F(xiàn)象而不能生育，成為有生物學(xué)缺陷的不育果蠅。有趣的是相反的雜交，即p型雌蠅與M型雄蠅雜交產(chǎn)生的子蠅是正?？捎?。

圖7-20　黑腹果蠅的P因子導(dǎo)致不育現(xiàn)象的可能原因（引自A.J.Griffiths）

值得注意的是大多數(shù)果蠅的不育性狀是不穩(wěn)定的，會以很高的頻率回復(fù)成野生型或變?yōu)槠渌任换虻耐蛔?，這種不穩(wěn)定性往往限于M型果蠅的生殖系細(xì)胞。這種現(xiàn)象和玉米中轉(zhuǎn)座因子插入突變的高回復(fù)率極為相似。于是有學(xué)者提出了一種假設(shè)，認(rèn)為果蠅的這類雜交不育可能是轉(zhuǎn)座因子插入特定基因致使其失去功能所造成的，那么，這種突變的回復(fù)就應(yīng)該是插入序列被切除的結(jié)果。這個(gè)假設(shè)在果蠅不穩(wěn)定的白眼突變（white，w）株的成功分離中得到了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)分析證實(shí)這個(gè)突變株的絕大部分突變果蠅是由于一個(gè)稱為P因子的轉(zhuǎn)座因子插入了野生型等位基因wv而造成的，而M型果蠅株則完全沒有P因子。分析還表明在P型果蠅株的每個(gè)基因組中存在著30～50個(gè)P因子拷貝，P因子長度因中間部分存在不同程度的缺失而不同，它的變化范圍從0.5～2.9 kb?，F(xiàn)已測得黑腹果蠅完整的P因子長度為2 907 bp，含4個(gè)外顯子和3個(gè)內(nèi)含子，兩側(cè)裝有31 bp反向重復(fù)序列（圖7-21）。圖中顯示了P因子的4個(gè)外顯子ORF0、ORF 1、ORF2和ORF3，以及3個(gè)內(nèi)含子，兩側(cè)的紅色三角形為反向重復(fù)序列。在體細(xì)胞中前3個(gè)外顯子剪接在一起表達(dá)，經(jīng)翻譯后生成分子量為66 000的抑制蛋白能抑制所有P因子的轉(zhuǎn)座活性。在生殖系細(xì)胞中4個(gè)外顯子都剪接在一起表達(dá)，經(jīng)翻譯后生成分子量為87 000的轉(zhuǎn)座酶，使P因子得以在M型細(xì)胞中轉(zhuǎn)座。不育和其他遺傳損傷就是基因組中的P因子和分子量為66 000的抑制蛋白在M型細(xì)胞中相互作用的后果。

圖7-21　果蠅P因子的結(jié)構(gòu)及其在體細(xì)胞和生殖系細(xì)胞中的差異性轉(zhuǎn)錄、翻譯與遺傳學(xué)效應(yīng)（改自A.J.Griffiths等）

對于雜交不育的解釋的假設(shè)是，野外采集株果蠅的基因組中除了存在P因子外還有一種抑制P因子轉(zhuǎn)座的抑制蛋白。按照這個(gè)模型，P因子不但編碼負(fù)責(zé)自身轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)座酶，也編碼阻遏轉(zhuǎn)座酶合成的抑制蛋白。出于某種未知的原因，實(shí)驗(yàn)室株果蠅不含有P因子，所以細(xì)胞質(zhì)中不存在P因子編碼的抑制蛋白。當(dāng)不含P因子的M型雌蠅與攜帶了P因子的雄蠅交配時(shí)，因?yàn)榫又惶峁因子的基因組，而不提供含有抑制蛋白的細(xì)胞質(zhì)，來自雄蠅的P因子就處在新形成的沒有抑制蛋白的受精卵細(xì)胞質(zhì)中，所以就可以在基因組中進(jìn)行轉(zhuǎn)座，一旦插入功能性基因引起突變，就可能導(dǎo)致不育等遺傳損傷。而P型雌蠅與M型雄蠅雜交時(shí)，因由雌蠅提供的細(xì)胞質(zhì)中存在著P因子及其編碼的抑制蛋白阻遏了轉(zhuǎn)座的發(fā)生，因此不會造成不育。那么，為什么實(shí)驗(yàn)室果蠅株不含P因子呢？一個(gè)可能的解釋是，我們使用的實(shí)驗(yàn)室株果蠅是摩爾根等從100年前采集的果蠅樣本逐步選育而成的，那個(gè)時(shí)期的果蠅群體中并不含P因子。然而，在此后的100年中的某個(gè)時(shí)間，P因子進(jìn)入了野外的果蠅自然群體。盡管P因子進(jìn)入果蠅群體的真實(shí)情況并不清楚，但研究顯示轉(zhuǎn)座子確實(shí)能迅速從群體中極少數(shù)個(gè)體擴(kuò)散到整個(gè)群體，就像攜帶抗性基因轉(zhuǎn)座子的細(xì)菌會將轉(zhuǎn)座子迅速地?cái)U(kuò)散至原先敏感的細(xì)菌群體一樣。

P因子插入引起的基因突變還可以用于基因定位的標(biāo)記工具。P因子的插入會使被插入的基因斷裂而喪失功能，并產(chǎn)生異常的表型。如果將P因子的部分DNA序列做成探針，通過分子雜交就能找到斷裂的基因，還可以進(jìn)一步克隆這個(gè)基因，這種實(shí)驗(yàn)方法稱為轉(zhuǎn)座子標(biāo)記法（transposon tagging）。魯賓（G.Rubin）和斯波拉廷（A.Sprading）還將P因子用作果蠅的轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)工具，開創(chuàng)了果蠅的逆向遺傳學(xué)（reversegenetics）研究。傳統(tǒng)的經(jīng)典遺傳學(xué)主要借助自發(fā)突變或誘發(fā)突變產(chǎn)生的表型變異來定位基因、研究基因的結(jié)構(gòu)和功能、克隆，以及在分子水平上鑒定基因。逆向遺傳學(xué)則把研究的程序反過來，通過分子生物學(xué)技術(shù)將突變引入序列已知的基因，再分析突變造成的表型效應(yīng)，如特定生物學(xué)或生物化學(xué)反應(yīng)的阻斷，及其引起的異常表型來分析結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)。轉(zhuǎn)座因子的插入技術(shù)則是逆向遺傳學(xué)研究的重要工具?，F(xiàn)在P因子已經(jīng)成為果蠅遺傳學(xué)家最感興趣也是在基因工程實(shí)驗(yàn)中最有應(yīng)用價(jià)值的轉(zhuǎn)座因子。

麥克林托克最初在玉米中發(fā)現(xiàn)的Ds-Ac轉(zhuǎn)座系統(tǒng)中的Ac因子兩側(cè)也有反向重復(fù)序列，并能編碼轉(zhuǎn)座酶，所以是能自行獨(dú)立進(jìn)行轉(zhuǎn)座的自主型轉(zhuǎn)座子。Ds因子不能編碼轉(zhuǎn)座酶而不能自行轉(zhuǎn)座，所以稱為非自主型轉(zhuǎn)座子。當(dāng)基因組中存在Ac因子時(shí)，它編碼的轉(zhuǎn)座酶能識別并結(jié)合于Ac或Ds的兩端，以啟動(dòng)轉(zhuǎn)座過程（注意：Ac和Ds同屬一個(gè)轉(zhuǎn)座子家族，可以相互識別和相互作用，在玉米中還存在多個(gè)不同的轉(zhuǎn)座子家族，參見圖7-5）。與P因子只能在果蠅基因組中發(fā)揮作用不同，Ac作用的范圍可以從玉米擴(kuò)展到模式生物擬南芥和水稻、大麥等農(nóng)作物的基因組。實(shí)際上Ac因子早就成了植物遺傳學(xué)研究和農(nóng)作物育種的重要分子工具。

現(xiàn)在看來麥克林托克發(fā)現(xiàn)玉米的轉(zhuǎn)座因子也許并不是完全偶然的，研究表明在現(xiàn)今玉米（Zea mays）的總量為2.3gb的基因組中，幾乎85%是轉(zhuǎn)座因子。玉米約有40 000個(gè)平均長度為3.3 kb的基因，這些基因就像由100萬個(gè)轉(zhuǎn)座子和逆轉(zhuǎn)座子組成的汪洋大海中的點(diǎn)點(diǎn)孤島。