Gen nhảy

Gen nhảy là một đoạn DNA hoặc bản sao của nó di chuyển vị trí trong hệ gen mà không có sự trao đổi lại (xem hình)., , 
Nguồn gốc thuật ngữ này từ tiếng Anh là "jumping gene", do nhà nữ di truyền học Hoa Kỳ Barbara McClintock đề xuất vào khoảng những năm 1940-1945, sau những nghiên cứu của bà tại Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor ở New York, mà bà vốn gọi là Transposable Element (phát âm IPA: /trænsˈpəʊzəbl ˈɛlɪmənt/, viết tắt: TE, nghĩa Việt: nhân tố di động). Ban đầu, hầu hết các nhà di truyền học nghi ngờ khám phá của McClintock. Tuy nhiên, trong nhiều năm sau, người ta đã chứng minh là hiện tượng đó không chỉ có thật, mà còn tồn tại rất phổ biến ở hầu hết tất cả các loài sinh vật (cả sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực) với tỉ lệ cao. Chẳng hạn, đến năm 1996, SanMiguel cho biết các TE chiếm khoảng 50% bộ gen người và tới 90% bộ gen ngô. Bởi thế, mãi hơn 40 năm sau phát hiện (năm 1983), bà McClintock mới được nhận giải Nobel về các thành tựu của mình.
Trong các tài liệu khoa học hiện đại, TE còn được gọi bằng nhiều tên khác nữa như tóm tắt ở bảng sau, nhưng đều có nội hàm như trên., 
Trong các tên gọi trên, thì không thể khẳng định tên gọi nào là đúng hơn cả; nhưng tên gọi bằng tiếng Anh: "transposon" (phát âm tiếng Anh: /transˈpəʊzɒn/, tiếng Việt: /tran-pô-zôn/) hay nhân tố chuyển vị được dùng phổ biến và ít gây tranh cãi hơn cả.
Nội hàm của các thuật ngữ trên (gen nhảy/nhân tố di động/gen di động/phần tử chuyển vị) đều dùng để chỉ hiện tượng một gen hay nhiều gen cùng một cụm có thể chuyển đổi vị trí của nó từ DNA này sang DNA khác, mà không do trao đổi chéo giữa các nhiễm sắc thể tương đồng trong giảm phân, nghĩa là không phải tái tổ hợp tương đồng. Kết quả là một phần hoặc toàn bộ một hệ gen được cấu trúc lại (recombination tức tái tổ hợp), trong đó lô-cut gen bị chuyển đổi hoặc bị mất, đôi khi tạo đột biến nghịch hoặc dẫn đến sự trùng lặp chuỗi nuclêôtit hoặc có thể thay đổi kích thước hệ gen, do đó có thể dẫn đến tái tổ hợp không tương đồng.
Trong tiếng Việt hiện nay, thuật ngữ "gen nhảy" được dùng phổ biến nhất, vì nó dễ hiểu ngay đối với người nhập môn, mặc dù chưa được xem là thuật ngữ hoàn chỉnh. Thuật ngữ này cần phân biệt với thuật ngữ gen hoán vị, mặc dù cả hai đều chỉ sự thay đổi vị trí gen.
Các thành tựu nghiên cứu về gen nhảy gắn liền với tên tuổi của Barbara McClintock, nhà nữ khoa học duy nhất đến nay một mình đoạt một giải Nobel. (Xem chi tiết ở trang Barbara McClintock).
Khái niệm chung.
Lược sử phát hiện.
Do đó, bà giả định rằng các gen quy định màu hạt ngô đã chuyển đổi vị trí - gọi tắt là chuyển vị (transposition), hay gọi một cách khác là nó đã "nhảy" từ lô-cut này sang lô-cut khác trong bộ gen (genome). Hiện tượng này cũng là tái tổ hợp gen, nhưng không có trao đổi tương hỗ, nên gọi là tái tổ hợp không tương đồng.
Các loại TE.
Sau khi công trình của McClintock được công nhận trên toàn thế giới, một bước tiến vĩ đại trong di truyền học cũng như sinh học phân tử đã diễn ra. Các nhà khoa học biết thêm nhiều loại TE (nhân tố di động) khác nhau và có các cách phân loại khác nhau. Một trong những cách phân loại phổ biến là chia thành 2 lớp:
TE lớp I.
Đây là nhóm các TE cần sao ngược (RNA phiên thành DNA) để chuyển vị, tên gốc tiếng Anh là retrotransposon (phát âm Quốc tế: /retrōtransˈpōˌzän/), dịch sang tiếng Việt là nhân tố chuyển vị ngược.
Sự chuyển vị ngược (retrotransposition) cần enzym sao ngược, qua đó tạo ra bản sao của phần tử chuyển vị ở vị trí mới, còn phần tử ban đầu (gọi là phân tử cho) vẫn giữ nguyên cấu trúc, không biến đổi. Do vậy, chuyển vị ngược tạo nên ít đứt đoạn cũng như ít tái cấu trúc của bộ gen tế bào. Ở người và nhiều động vật, các biến đổi của bộ gen do chuyển vị ngược dẫn đến bất hoạt hoặc hoạt hoá gen tương ứng tiềm ẩn nguy cơ gây ung thư. Ở vi khuẩn, quá trình này góp phần tích cực trong tiến hoá của chúng, vì đã được xác định là tạo ra gen chống thuốc kháng sinh.
Xem chi tiết hơn về lớp này ở trang Nhân tố chuyển vị ngược.
TE lớp II.
Đây là nhóm các TE transposon trước hết phải bị cắt, sau đó kết nối (gắn) vào vị trí khác gọi là vị trí đích (target site) trên DNA khác (gọi là DNA mục tiêu) theo kiểu chèn vào giữa DNA này. Do đó, quá trình này cần enzym chuyển vị transposase. Quá trình này mà xảy ra ở vi khuẩn, thì khác hẳn con đường RecBCD, là con đường luôn cần RecA: xem chi tiết ở trang RecBCD.
Phát hiện của Barbara McClintock ở ngô đã cho thấy NST số 9 bị đứt ở cánh ngắn tại điểm xác định, rồi chuyển vị sang nơi khác là thuộc nhóm này. Chính hoạt động của nhóm này - như đã nghiên cứu gần suốt 30 năm qua - mang lại những hiểu biết quan trọng trong tái tổ hợp gen mới là gen nhảy thực sự.
Hình 4 minh hoạ tóm tắt những nét chính trong hoạt động của 2 lớp này (hình lấy từ gốc của Siomi MC, Sato K, Pezic D, Aravin A) được dịch từ tiếng Ucraina.
- Hình 4.I (phía trên) là транспозония (chuyển vị) có cái kéo tượng trưng cho enzym trans-pô-za-za.
- Hình 4.II (phía dưới) là ретротранспозония (chuyển vị ngược) có sao ngược RNA thành DNA, rồi DNA này mới chèn vào vị trí khác.
Tóm lại: Gen nhảy (jumping gene) là gen bị cắt một cách tự nhiên, rồi chuyển vị sang nơi khác trong bộ gen (transposon), hoặc là gen mà bản sao ngược của nó chuyển vị (retrotransposon) còn nó vẫn không đổi.