分子遺傳學(xué)復(fù)習(xí)題及答案匯總

1、分子遺傳學(xué)復(fù)習(xí)題1 .名詞解釋：DNA甲基化(DNA methylation ):是指由DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)，催化甲基基團(tuán)從S-腺昔甲硫氨酸向胞嘧啶的C-5 位點(diǎn)轉(zhuǎn)移的過(guò)程。ENCODE 計(jì)劃 (The Encyclopedia of DNA Elements Project) ：即“ DNA 元件百科全書計(jì)劃” ，簡(jiǎn)稱 ENCODE 計(jì)劃，是在完成人類基因組全序列測(cè)定后的2003 年 9 月由美國(guó)國(guó)立人類基因組研究所(National Human Genome Research Institute ， NHGRI ) 組織的又一個(gè)重大的國(guó)際合作計(jì)劃， 其目的是解碼基因組的藍(lán)圖，鑒定人類基因

2、組中已知的和還不知功能的多個(gè)物種的保守序列等在內(nèi)的所有功能元件。ENCODE 計(jì)劃的實(shí)施分為3 個(gè)階段：試點(diǎn)階段(a pilot phase) 、技術(shù)發(fā)展階段(a technology development phase )和生產(chǎn)階段(a producttionphase) 。gRNA (guide RNA) ：既指導(dǎo)”RNA(gRNA ， guide RNA) ，能通過(guò)正常的堿基配對(duì)途徑，或通過(guò)G U 配對(duì)方式與mRNA 上的互補(bǔ)序列配對(duì)，指導(dǎo)編輯的進(jìn)行。GT-AG 規(guī)律(GT-AG rule ) ：真核生物所有編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，其RNA 前體在內(nèi)含子和外顯子交界處有兩個(gè)較短的保守序列，

3、內(nèi)含子的左端均為GT,右端均為AG,此規(guī)律稱GT-AG規(guī)律。miRNA :即小RNA ,長(zhǎng)度為22nt左右，5'端為磷酸基團(tuán)、3'端為羥基。miRNA廣泛存在于真核生物中，不具有開放閱讀框架，不編碼蛋白質(zhì)，其基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)，在RNase田酶切后以雙鏈形式存在，是近幾年在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類具有調(diào)控功能的非編碼RNA ,它們主要參與基因轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控。RNA 編輯 (RNA editing) : 是指通過(guò)堿基修飾、核苷酸插入或刪除以及核苷酸替換等方式改變RNA的堿基序列的轉(zhuǎn)錄后修飾方式。RNA 誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體(RNA Induced Silencing Compl

4、ex ， RISC ) ：與 siRNA 結(jié)合后可識(shí)別并切斷 mRNA 。RNA 指導(dǎo)的 DNA 甲基化(RNA Directed DNA Methylation RDDM ) ：活性 RISC 進(jìn)入核內(nèi)，指導(dǎo)基因發(fā)生DNA 的甲基化。密碼子擺動(dòng)假說(shuō)(wobble hypothesis):密碼子的第 1, 2位核音酸(5' -3')與反密碼子的第2,3 核苷酸正常配對(duì)；密碼子的的第3 位與反密碼子的第1 位配對(duì)并不嚴(yán)謹(jǐn)，當(dāng)反密碼子的第1 位為U時(shí)可識(shí)別密碼子第 3位的A或G,而G則可識(shí)別U或C, I (次黃喋吟)可識(shí)別 U或C或 A。比較基因組學(xué)(comparative gen

5、omics ) ：是一門通過(guò)運(yùn)用數(shù)理理論和相應(yīng)計(jì)算機(jī)程序，對(duì)不同物種的基因組進(jìn)行比較分析來(lái)研究基因組大小和基因數(shù)量、基因排列順序、編碼序列與非編碼序列的長(zhǎng)度、數(shù)量及特征以及物種進(jìn)化關(guān)系等生物學(xué)問題的學(xué)科。表觀遺傳變異(epigenetic variation ) :基因的堿基序列未發(fā)生改變，而是由于DNA 甲基化，組蛋白的乙酰化和RNA 編輯等修飾導(dǎo)致基因活性發(fā)生了變化，使基因決定的表型發(fā)生變化，且可遺傳少數(shù)世代，但這種變化是可逆的。超基因家族(supergene family ) ：是 DNA 序列相似，但功能不一定相關(guān)的若干個(gè)單拷貝基因或若干組基因家族的總稱。沉默子(silencer) ：

6、一種轉(zhuǎn)錄負(fù)調(diào)控元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。特點(diǎn)很象增強(qiáng)子，但不增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，而是減弱轉(zhuǎn)錄，故稱負(fù)增強(qiáng)子。代謝組學(xué)(metabolomics) ：是對(duì)某一生物或細(xì)胞在一特定生理時(shí)期內(nèi)所有低分子量代謝產(chǎn)物同時(shí)進(jìn)行定性和定量分析的一門新學(xué)科。端粒 (telomere) ：是由獨(dú)特的DNA 序列及相關(guān)蛋白質(zhì)組成的線性真核染色體的末端結(jié)構(gòu)，它具有防止末端基因降解、染色體末端間的粘連和穩(wěn)定染色體末端及其精確復(fù)制等功能。反向遺傳學(xué)( reverse genetics) ：是從改變某個(gè)感興趣的基因或蛋白質(zhì)入手，然后去尋找相關(guān)的表型變化。反轉(zhuǎn)座子(retroposon )或“反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(

7、retrotransposon ) ” :先轉(zhuǎn)錄為RNA 再反轉(zhuǎn)錄成DNA而進(jìn)行轉(zhuǎn)座的遺傳元件。核酶( ribozyme ) :具有催化活性的RNA, 即化學(xué)本質(zhì)是核糖核酸(RNA), 卻具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作用底物就是同一RNA 分子中的某些部位。核心啟動(dòng)子(core promoter ):是指在體外測(cè)定到的由RNA pol n進(jìn)行精確轉(zhuǎn)錄起始所要求的最低限度的一套DNA 序列元件。化學(xué)基因組學(xué)(chemogenomics) ：它是作為后基因組時(shí)代的新技術(shù),是聯(lián)系基因組和新藥研究的橋梁和紐帶。它指的是使用對(duì)確定的靶標(biāo)蛋白高度專一的小分子化合物來(lái)進(jìn)行基因功能

8、分析和發(fā)現(xiàn)新的藥物先導(dǎo)化合物?；蚪M印跡(genomic imprinting) : 也稱作基因印跡(gene impringting) ， 是一種新發(fā)現(xiàn)的非孟德爾遺傳現(xiàn)象，指來(lái)自雙親的某些等位基因在子代中呈現(xiàn)差異性表達(dá)的現(xiàn)象。程序性細(xì)胞死亡/凋亡( programmed cell death/apoptosis) ：細(xì)胞應(yīng)答一類刺激劑，引起一連串特征性的反應(yīng)，從而啟動(dòng)導(dǎo)致細(xì)胞死亡的途經(jīng)。焦磷酸化編輯( pyrophosphorolytic editing ) ： RNA 聚合酶通過(guò)PPi 的摻入 (聚合反應(yīng)的逆反應(yīng))去除錯(cuò)誤加入的核苷酸，然后加入正常的核苷酸，雖然這種編輯不能區(qū)分正常和錯(cuò)誤的

9、核苷酸，但由于轉(zhuǎn)錄在錯(cuò)誤加入核苷酸后停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而對(duì)其有優(yōu)先校正功能。酵母雙雜交(yeast two -hybrid) ：利用雜交基因通過(guò)激活報(bào)道基因的表達(dá)探測(cè)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間的相互作用。亮氨酸拉鏈(leucine zipper ) ：是由伸展的氨基酸組成，每7 個(gè)氨基酸中的第7 個(gè)氨基酸是亮氨酸，亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在a-螺旋的一側(cè)，所有帶電荷的氨基酸殘基排在另一側(cè)。當(dāng)2 個(gè)蛋白質(zhì)分子平行排列時(shí)，亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成“拉鏈”。密碼子使用的偏好(relative synonymous codon usage ， RSCU ) ：編碼同一氨基酸的各個(gè)密碼子的使用頻率在不同生

10、物中并不相同，也不與該氨基酸在整個(gè)蛋白質(zhì)中的頻率成正比，這也就是密碼子使用的偏好現(xiàn)象，該現(xiàn)象可影響基因表達(dá)的效率。母系印跡(maternal imprinting) : 來(lái)自母本的等位基因(母源等位基因)不表達(dá)，而父源等位基因表達(dá)的現(xiàn)象。母性基因 ( maternal gene)： 母體卵子發(fā)生時(shí)所表達(dá)的基因，母性體細(xì)胞基因是在母性體細(xì)胞中表達(dá)，而母性胚系基因則在生殖細(xì)胞中表達(dá)(如卵母細(xì)胞)。染色質(zhì)重塑(chromatin remodeling) : 是表觀遺傳修飾中一種常見的方式，是指導(dǎo)致整個(gè)細(xì)胞分裂周期中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和位置改變的過(guò)程。染色質(zhì)重塑因子(chromatin remodeling

11、factor ) : 依靠水解ATP 提供能量來(lái)完成染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變。染色質(zhì)重塑因子在組成及功能上不同，但都包含類Snf2 超家族的ATP 酶亞基增強(qiáng)子(enhancer) ：該 DNA 序列可增加與其連鎖基因轉(zhuǎn)錄的頻率。增強(qiáng)子多位于基因的5'端，但也可位于基因的3'端，甚至基因的內(nèi)含子中。無(wú)位置及方向性，但可能有組織細(xì)胞特異性，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10200倍，有的甚至可以高達(dá)上千倍。甚至遠(yuǎn)離靶基因達(dá)幾千kb也仍有增強(qiáng)作用。轉(zhuǎn)座子沉默(transposon silencing ) :宿主積累了轉(zhuǎn)座子的多個(gè)拷貝，從而阻遏轉(zhuǎn)座發(fā)生。組成型剪接(constitutive spl

12、icing ) ：編碼蛋白質(zhì)的不連續(xù)基因通過(guò)RNA 剪接將內(nèi)含子從mRNA的前體中依次去除，然后規(guī)范地將外顯子剪接成成熟的mRNA ，這種剪接方式是一個(gè)基因只產(chǎn)生一種成熟的mRNA ，一般也只產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)產(chǎn)物。組蛋白密碼(histone code ) ：組蛋白氨基端的各種修飾(甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化從及組合通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生效應(yīng)蛋白質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn)而影響基因的表達(dá)活性，等) 而調(diào)控下游的細(xì)胞學(xué)過(guò)程。組蛋白修飾(histone modification):是指染色質(zhì)上的組蛋白被甲基化、乙?；蛄姿峄倪^(guò)程。中心法則(central dogma ) F.Crick于1958年提出的闡

13、明遺傳信息傳遞方向的法則，指出遺傳信 息從DNA傳遞至RNA ,再傳遞至多肽。 DNA與RNA之間遺傳信息的傳遞是雙向的，而遺傳 信息只是單向地從核酸流向蛋白質(zhì)。簡(jiǎn)答題：1 .核小體與核小體定位在基因表達(dá)及其調(diào)控中有何作用？核小體與基因表達(dá)核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均證實(shí)，核小體是基因轉(zhuǎn)錄的通用抑制子。細(xì)胞內(nèi)基因組包裹在核小體內(nèi)，如果啟動(dòng)子區(qū)在核小體中，則轉(zhuǎn)錄通常會(huì)被抑制。實(shí)驗(yàn)也證明由于缺少H4組蛋白，在核小體不能形成的酵母細(xì)胞系中，很多基因變?yōu)榻M成型表達(dá)，而在正常的細(xì)胞中，它們均處于抑制狀態(tài)。核小體定位與核小體定位密碼核小體在DNA上的精確定位對(duì)細(xì)胞正常功能的發(fā)揮起重要作用。由

14、于核小體與 DNA的動(dòng)態(tài)相互作用，大多數(shù)核小體的位置是不固定的。但是在有些情況下，某 些核小體被限定在基因組的固定位置上，或者說(shuō) DNA序列僅以一種特定的構(gòu)型組裝成核小體， 則DNA上的每個(gè)位點(diǎn)將一直位于核小體上的特定位置，我們稱這種組裝類型為核小體定位。2 .原核生物與真核生物的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)有什么差別？原核生物的啟動(dòng)子：在操縱元中，從mRNA開始轉(zhuǎn)錄的位點(diǎn)以上都是啟動(dòng)子序列，20bp-200bp。特點(diǎn)：1.Pribnow框：TATAAT ,位于-10左右，是 RNA聚合酶的牢固結(jié)合位點(diǎn)；2. Sextama框：TTGACA ,位于-35附近，是 RNA聚合酶的初始結(jié)合位點(diǎn)；3.上述二者及之間的

15、距離決定轉(zhuǎn)錄效率，一般距離17bp左右;4. CAP位點(diǎn)cAMP -受體蛋白復(fù)合物在啟動(dòng)子上的的結(jié)合位點(diǎn) 真核生物的啟動(dòng)子：在基因的5'端，由RNA聚合酶及轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子結(jié)合的區(qū)域稱為啟動(dòng)子 (promoter)。一般從轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)(+1)到RNA聚合酶結(jié)合的區(qū)域?yàn)楹诵膯?dòng)子，在其上游還有增強(qiáng)子、沉默子等上游調(diào)控元件，它們和反式作用因子一起調(diào)控基因的表達(dá)。真核生物有三類RNA聚合酶，與此對(duì)應(yīng)，有三類不同的啟動(dòng)子。RNA聚合酶I識(shí)別的啟動(dòng)子，除 5SrRNA基因外，還有一個(gè)45S的rRNA前體，其啟動(dòng)子由起始位點(diǎn)的核心啟動(dòng)子和其上游控制元件兩部分組 成；RNA聚合酶n啟動(dòng)子由四部分元件組成，

16、即轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、TATA盒、上游元件和遠(yuǎn)上游元件；RNA聚合酶田啟動(dòng)子可分為兩種類型：一種是啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游，又稱下游啟動(dòng)子(downstream promoter )、基因內(nèi)啟動(dòng)子(intragenetic promoter )或內(nèi)部控制區(qū)(internal control region)。另一種啟動(dòng)子是與常見的啟動(dòng)子相似，又稱上游啟動(dòng)子( upstream promoter) o 3.常見的反式作用因子有哪些？其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？反式作用因子(trans-acting factor)是指能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。反式作用因子有兩

17、個(gè)重要的功能結(jié)構(gòu)域:DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域，它們是其發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能的必需結(jié)構(gòu)，此外還包含有連接區(qū)。反式作用因 子可被誘導(dǎo)合成，其活性也受多種因素的調(diào)節(jié)。主要包括：1 .DNA結(jié)合域：a.螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋b.鋅指結(jié)構(gòu)c.亮氨酸拉鏈 d螺旋-突環(huán)-螺旋2 .轉(zhuǎn)錄激活域：與其他 轉(zhuǎn)錄因子相互作用的結(jié)構(gòu)成分。與轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)的反式作用因子通常可分為四大類：RNA聚合酶；和 RNA聚合酶相聯(lián)它們結(jié)合在靶基因的啟動(dòng)子上，形成 GTFs), (general transcription factor系的普遍性轉(zhuǎn)錄因子.前起始復(fù)合物(pre-initiation complex , PIC),啟動(dòng)基

18、因的轉(zhuǎn)錄；特異性轉(zhuǎn)錄因子 (gene-specific(DNA -binding) regulatory factors)( 如激活因子和抑制因子 )，一類與靶基因啟動(dòng)子和增強(qiáng)子 (或沉 默子)特異結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，具有細(xì)胞及基因特異性，可以增強(qiáng)或抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄；種類多樣的協(xié)調(diào)因子（coregulatory factors） ， 要么改變局部染色質(zhì)的構(gòu)像（如組蛋白?；D(zhuǎn)移酶和甲基轉(zhuǎn)移酶 ） ，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的起始具有推動(dòng)作用，要么直接在轉(zhuǎn)錄因子和前起始復(fù)合物之間發(fā)揮橋梁作用（如中介因子（Mediator）,推動(dòng)前起始復(fù)合物（PIC）形成和發(fā)揮作用。包括：1.螺旋轉(zhuǎn)角螺旋：有 3個(gè)螺旋，螺旋3 是識(shí)

19、別和DNA 結(jié)合，一般結(jié)合于大溝；螺旋1 和 2 和其它蛋白質(zhì)結(jié)合；2.鋅指結(jié)構(gòu)：它由一小組保守的氨基酸和鋅離子結(jié)合，在蛋白質(zhì)中形成了相對(duì)獨(dú)立的功能域；3.亮氨酸拉鏈； 4.螺旋一環(huán)一螺旋（HLH ） ； 5.同源異形結(jié)構(gòu)域：幾乎存在于所有真核生物中。4 .原核生物與真核生物基因表達(dá)調(diào)節(jié)機(jī)制的主要差別是什么？在原核生物中，基因表達(dá)的調(diào)控以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控為主，在調(diào)節(jié)基因的作用下，主要以操縱子為單位， 轉(zhuǎn)錄出一條多順反子mRNA ， 并指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成；而且轉(zhuǎn)錄和翻譯是偶聯(lián)的，很少發(fā)生mRNA的加工、 修飾。 但也存在轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控，例如反義RNA 的調(diào)控， 翻譯的調(diào)控，RNA 開關(guān)等。在真核生物中

20、，基因表達(dá)的調(diào)控十分復(fù)雜，可發(fā)生在多個(gè)層次、多個(gè)水平，包括從染色體和染色質(zhì)的表觀遺傳學(xué)控制，DNA 的復(fù)制、RNA 的轉(zhuǎn)錄、加工與拼接、蛋白質(zhì)翻譯及翻譯后加工、修飾等等。對(duì)于真核生物基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，主要是順式作用元件（cis-actingelement）與反式作用因子（trans-acting factor）的相互作用。另外， DNA 的重排和RNA 的交替剪接也是真核生物基因表達(dá)多樣性的重要機(jī)制；近年發(fā)現(xiàn)的小分子 RNA 通過(guò) RNA 干擾途徑也可調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，介導(dǎo) DNA 的甲基化、mRNA 的降解及翻譯起始的抑制等。5 .轉(zhuǎn)座子的遺傳學(xué)效應(yīng)與應(yīng)用轉(zhuǎn)座子（transposon, Tn）是

21、一類較大的轉(zhuǎn)座因子，除了含有與它轉(zhuǎn)座作用有關(guān)基因外，還帶有抗藥基因以及其他基因，如乳糖發(fā)酵基因。因此Tn 的轉(zhuǎn)座能使宿主菌獲得有關(guān)基因的特性，已發(fā)現(xiàn)有多種Tn,如Tn1、Tn2、Tn3等。Tn分子大小一般在 2 00025 000bp ,兩端有相同序列，如 IR 序列。改變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)：當(dāng)轉(zhuǎn)座子插入后而引起受體位點(diǎn)DNA 一段短的同向重復(fù)序列（DR） ，即靶位加倍誘發(fā)基因突變：插入失活和滲漏突變與轉(zhuǎn)座子在插入位點(diǎn)中的方向有關(guān)。例如，當(dāng)dSpm 和 Ds因子插入與靶基因的方向相反時(shí)，前體 mRNA 中的 dSpm 或 Ds 序列則可通過(guò)轉(zhuǎn)錄后的加工過(guò)程而被除掉，所以含有轉(zhuǎn)座子的基因仍然編碼野生型蛋

22、白質(zhì)和mRNA ，即所謂的滲漏突變。如果轉(zhuǎn)座子在外顯子中的轉(zhuǎn)錄方向與所在基因的轉(zhuǎn)錄方向相同，轉(zhuǎn)錄過(guò)程常終止在轉(zhuǎn)座子的多聚A化信號(hào)位點(diǎn)上，形成半截子mRNA ，因此也造成插入失活。調(diào)節(jié)基因表達(dá)：當(dāng)然也存在轉(zhuǎn)座子插入某個(gè)基因的內(nèi)含子或外顯子中而影響該基因表達(dá)，通常表現(xiàn)為降低該基因的轉(zhuǎn)錄水平。但有些情況下也會(huì)改變內(nèi)含子的剪接位點(diǎn)，使某些外顯子丟失，因此也導(dǎo)致基因失活。如果轉(zhuǎn)座子插入到某個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄控制區(qū)或啟動(dòng)子中，則導(dǎo)致該基因完全失活。 當(dāng)轉(zhuǎn)座子從該座位上切割后，該基因又可恢復(fù)到顯性性狀。但是由于切割后往往造成插入位點(diǎn)發(fā)生缺失、重復(fù)或倒位等結(jié)構(gòu)的變異，因而其表達(dá)活性就不可能完全恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，而使

23、基因的轉(zhuǎn)錄活性和轉(zhuǎn)錄時(shí)空發(fā)生各種變化。如降低基因的表達(dá)水平，或改變基因的組織或器官特異性表達(dá)等。產(chǎn)生新的變異：由于轉(zhuǎn)座插入位點(diǎn)可能出現(xiàn)新的基因，如像Tn 帶的抗藥性基因，它的轉(zhuǎn)座不僅造成某個(gè)基因的插入突變，同時(shí)在此位點(diǎn)上出現(xiàn)一個(gè)新的抗藥性基因。然基因克隆是研究基因結(jié)構(gòu)和功能及基因轉(zhuǎn)移的必要前提，轉(zhuǎn)座子標(biāo)記克隆目的基因：后從中篩選目的基因。在基因產(chǎn)物未知的情況下一般采用兩種方法來(lái)分離控制發(fā)育的基因，一種是減法雜交與差異篩選；另一種是轉(zhuǎn)座子標(biāo)記方法。該技術(shù)的原理是用轉(zhuǎn)座子給未知的目的基因加以標(biāo)記，這樣便于該基因的識(shí)別與分離。應(yīng)用轉(zhuǎn)座子標(biāo)記技術(shù)，在植物中已成功地克隆到幾種調(diào)節(jié)基因，如調(diào)節(jié)花色素苷合成

24、的cl 基因。轉(zhuǎn)座因子作為基因工程載體：利用P 因子作為載體轉(zhuǎn)座因子作為基因工程載體，將外源基因轉(zhuǎn)移到果蠅胚胎生殖系細(xì)胞中，對(duì)果蠅進(jìn)行遺傳操作。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是只插入一個(gè)外源基因的拷貝。也就是說(shuō)，所有轉(zhuǎn)基因果蠅只攜帶一個(gè)拷貝的外源基因，因而便于對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行研究。6 . 簡(jiǎn)述染色質(zhì)重塑的基本過(guò)程及其生物學(xué)功能。染色質(zhì)重塑(chromatin remodeling) 是表觀遺傳修飾中一種常見的方式，是指導(dǎo)致整個(gè)細(xì)胞分裂周期中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和位置改變的過(guò)程。此過(guò)程涉及某些依賴能量供給的組蛋白修飾，從而導(dǎo)致許多蛋白 -蛋白及蛋白-DNA 的互作受到破壞。在染色質(zhì)發(fā)生重塑的過(guò)程中，密集的染色質(zhì)絲在核小體

25、連接處發(fā)生松懈造成染色質(zhì)疏松，從而使啟動(dòng)子區(qū)中的順式作用元件得以暴露，為反式作用因子(轉(zhuǎn)錄因子)與之結(jié)合提供了空間接觸的可能。染色體重塑過(guò)程由兩種蛋白復(fù)合體所介導(dǎo)，即ATP 依賴型核小體重構(gòu)復(fù)合體和組蛋白修飾復(fù)合體。前者通過(guò)水解作用改變核小體構(gòu)型，后者對(duì)核心組蛋白N 端尾部的共價(jià)修飾進(jìn)行催化。染色質(zhì)重塑是DNA 修復(fù)和基因表達(dá)調(diào)控過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。染色質(zhì)重塑使染色質(zhì)組織結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列重要的變化，如染色質(zhì)去凝聚、核小體變成開放式的疏松結(jié)構(gòu)、使轉(zhuǎn)錄因子等更易接近并結(jié)合核小體DNA ，從而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄等。染色質(zhì)重塑與發(fā)育：SWI/SNF 在果蠅的個(gè)體發(fā)育中具有重要作用。ISWI 在體細(xì)胞核移植過(guò)

26、程中還起到染色質(zhì)重塑因子的作用，它以依賴ATP 的方式使通用轉(zhuǎn)錄因子TATA 框結(jié)合蛋白(TATAbox binding protein ， TBP) 從體細(xì)胞核基質(zhì)上解離并從細(xì)胞核中釋放出來(lái)染色質(zhì)重塑與人類疾病染色質(zhì)重塑復(fù)合物和組蛋白修飾酶的突變均可引起人體生長(zhǎng)發(fā)育畸形，導(dǎo)致智力發(fā)育遲緩，甚至癌癥的發(fā)生染色質(zhì)重塑與基因劑量補(bǔ)償基因劑量補(bǔ)償是指在雌雄個(gè)體中確保X 連鎖基因產(chǎn)物均等化的機(jī)制。 劑量補(bǔ)償效應(yīng)通常發(fā)生在性染色體中，但是在常染色體異常的非整倍體或具有某些常染色體片段的個(gè)體中，同樣存在劑量補(bǔ)償效應(yīng)，如玉米 1 號(hào)染色體長(zhǎng)臂上的乙醇脫氫酶基因在1 號(hào)染色體三體性和四體性的玉米中表現(xiàn)出劑量補(bǔ)

27、償效應(yīng)。論述題1 .有哪些方法可用于功能基因組學(xué)的研究？現(xiàn)在有何進(jìn)展？T-DNA 標(biāo)簽法：T-DNA 標(biāo)簽是目前使用最為廣泛的一種植物功能基因組學(xué)研究手段，該方法已經(jīng)作為突變?cè)磻?yīng)用于好幾種植物，如擬南芥，水稻等。是利用根瘤農(nóng)桿菌T-DNA 構(gòu)建的載體介導(dǎo)轉(zhuǎn)化， 將一段已知的DNA 序列整合到基因組DNA 上， 該段 DNA 隨機(jī)插入到目的基因的內(nèi)部或附近，就會(huì)影響該基因的表達(dá)，從而使該基因失活并表現(xiàn)出突變體的表型。T-DNA 的轉(zhuǎn)移和整合的機(jī)制不是很清楚，T-DNA 的插入可能引起染色體重排，以致突變體表型與T-DNA 插入無(wú)關(guān)，使得進(jìn)一步的反向遺傳學(xué)分析變得復(fù)雜。轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法：當(dāng)一段特定的轉(zhuǎn)

28、座子DNA 序列插入到植物基因組中目的基因內(nèi)部或其相鄰位點(diǎn)時(shí)，便會(huì)誘導(dǎo)該基因發(fā)生突變，并最終導(dǎo)致表型變化，形成突變植株。如果此段DNA 插入序列是已知的，那么便可以用作DNA 雜交的分子探針，從突變植株的基因組DNA 文庫(kù)中篩選到突變的基因。經(jīng)過(guò)多年努力，通過(guò)該方法已經(jīng)對(duì)70000 多個(gè)經(jīng) RescueMu 拯救的基因旁側(cè)進(jìn)行了測(cè)序，確定了23000 多個(gè)突變穗型，為玉米基因組后續(xù)研究工作的開展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。反義 RNA 技術(shù)的基因敲除：利用與靶RNA 具有互補(bǔ)序列的RNA 分子，通過(guò)與靶RNA 進(jìn)基因敲除作為功能從而抑制或封閉基因表達(dá)。行堿基配對(duì)結(jié)合的方式參與基因表達(dá)的調(diào)控，基因組學(xué)方法

29、，在動(dòng)物小鼠以及酵母等中使用較為廣泛，但在植物中僅在苔蘚植物Physcotrellapaterz 中使用的較為成功。盡管在高等植物中做了大量的實(shí)驗(yàn)，但大部分都是不成功的，或至少是用常規(guī)途徑是不可行的?；蛳葳澹褐饕揽繄?bào)告基因的隨機(jī)插入來(lái)產(chǎn)生融合轉(zhuǎn)錄物或融合蛋白，通過(guò)檢測(cè)報(bào)告基因而推知基因及其功能，有增強(qiáng)子陷阱和啟動(dòng)子陷阱等。Ac Ds 轉(zhuǎn)座元件及T DNA 的基因陷阱載體已成功用于擬南芥、水稻、玉米、番茄等，基因陷阱在功能基因組的工作中將越來(lái)越重要，將成為揭示植物基因組奧秘的又一有力武器?；瘜W(xué)誘變的新發(fā)展TILLINC 技術(shù)：借助高通量、標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)手段，快速有效地從經(jīng)化學(xué)誘變劑 EMS 誘

30、變過(guò)的突變?nèi)后w中鑒定出點(diǎn)突變。目前 TILLINC 作為一種全新的反向遺傳學(xué)研究方法已經(jīng)用于多種植物及作物中，如擬南芥，玉米，水稻等，在擬南芥TILLINC 項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了材料， DNA 樣品及突變信息的充分共享。2 .目前最常用的突變體創(chuàng)制方法有哪些？如何利用突變體進(jìn)行功能基因組學(xué)研究？用EMS產(chǎn)生突變體EMS處理生物材料可使 DNA的鳥喋吟第六位酮基烷化而形成O6-乙基鳥喋吟，而 O6-乙基鳥喋吟可以與腺喋吟配對(duì)而不能與胞喀咤配對(duì)。因此，原來(lái)DNA中的G-C對(duì)通過(guò)隨后的修復(fù)變?yōu)锳-T。 EMS 誘發(fā)的特點(diǎn)是突變均勻分布于整個(gè)基因組中而不呈現(xiàn)明顯的“熱點(diǎn)” 。我們不僅僅可以通過(guò)EMS 造成轉(zhuǎn)

31、錄提前終止的功能缺失突變體來(lái)研究基因的功能，也可以通過(guò)錯(cuò)義突變引起的一些表型較弱、中間類型的突變體來(lái)研究功能蛋白中某個(gè)特定氨基酸殘基的功能。快中子突變體電離輻射可以引起細(xì)胞內(nèi)(或 DNA) 原子或分子的電離和激發(fā)從而引起遺傳物質(zhì)的改變?；蚪M DNA 的缺失是電離輻射造成生物誘變最常見的結(jié)果?？傮w來(lái)講輻射能量越大，缺失的片段也就越大。快中子能量高，輻射處理的劑量容易控制和操作簡(jiǎn)便，同時(shí)在一個(gè)基因組上可以存在多個(gè)突變位點(diǎn)，同時(shí)誘變后生物材料仍保持較高的活性，誘變后的材料可以不經(jīng)過(guò)任何處理直接進(jìn)行篩選。T-DNA 標(biāo)簽技術(shù)是以農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的一種插入突變研究方法。與轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽技術(shù)相比,

32、該法的最大特點(diǎn)是插入后較穩(wěn)定。在獲得穩(wěn)定的突變表型后,可用報(bào)告基因?yàn)樘结樤谕蛔凅w文庫(kù)中克隆相應(yīng)的功能基因。若插入的片段內(nèi)包括大腸桿菌的復(fù)制起點(diǎn),則可通過(guò)質(zhì)粒挽救的方法克隆插入序列兩翼的植物基因片段。T-DNA 插入的另一特點(diǎn)是如果插入的是無(wú)啟動(dòng)子的抗生素抗性等報(bào)告基因，而T-DNA 插入植物啟動(dòng)子附近，就可導(dǎo)致外源報(bào)告基因的表達(dá)，從而可在細(xì)胞或組織水平上進(jìn)行篩選轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽突變體由于轉(zhuǎn)座子活躍的轉(zhuǎn)座活性能導(dǎo)致高頻率的基因突變而被廣泛應(yīng)用與病毒、細(xì)菌、酵母、果蠅、擬南芥菜、水稻等物種的突變體創(chuàng)制與基因功能研究。更為重要的是單子葉植物的轉(zhuǎn)座子可以在雙子葉植物中表達(dá)、雙子葉植物的轉(zhuǎn)座子也可以在單子葉植

33、物中表達(dá)，說(shuō)明在植物進(jìn)化過(guò)程中轉(zhuǎn)座子的表達(dá)和轉(zhuǎn)座機(jī)制具有較高的保守性，同時(shí)為轉(zhuǎn)座子在突變體創(chuàng)制與基因功能研究提供了更廣闊的前景。突變體庫(kù)的飽和度分析所謂飽和突變體庫(kù)(saturated mutant population )是指在一個(gè)突變體庫(kù)中基因組的每個(gè)基因至少有一次突變的機(jī)會(huì)。突變體的飽和度是由突變體容量、每個(gè)突變體上的突變位點(diǎn)、有效突變的頻率決定的。在固定誘變劑量的前提下基因組本身越大，暴露于誘變劑中的機(jī)會(huì)也就越多、獲得有效突變的頻率也就越高，反之基因組越小暴露于誘變劑中的機(jī)會(huì)也就越小，但單位長(zhǎng)度的DNA 上的突變位點(diǎn)基本是相同的。3 .RNAi 通過(guò)哪些機(jī)制控制基因的表達(dá)？實(shí)踐中有何應(yīng)

34、用？RNA 干涉 ( RNA interference, RNAi) 通過(guò)雙鏈RNA( double -stranded RNA, dsRNA) 介導(dǎo)特異性地降解靶mRNA, 使靶基因發(fā)生沉默, 從而表現(xiàn)出特定基因缺失的表型。它可以快速分析靶基因的功能 , 這為研究植物功能基因組提供了很大方便, 成為反向遺傳學(xué)研究的重要工具之一。RNAi 不同于其它基因阻斷技術(shù)，它是轉(zhuǎn)錄后水平的基因靜默機(jī)制，以至于注射該基因的內(nèi)含子或者啟動(dòng)子順序的dsRNA 都沒有干涉效應(yīng)。 RNAi 能夠非常特異地降解與之序列相應(yīng)單個(gè)內(nèi)源基因 mRNA ，且抑制基因表達(dá)效率很高，相對(duì)少量的dsRNA 就可以使表型達(dá)到缺失突

35、變體程度， 但 dsRNA 需要一個(gè)最小的長(zhǎng)度才能產(chǎn)生有效的干擾效果。dsRNA 小片段小于21-23 nt (如10-15 nt),特異性顯著降低，不能保證與細(xì)胞內(nèi)非靶向基因相互作用；遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于21-23 nt,互補(bǔ)序列可能延伸，超出抑制范圍。RNAi 基因表達(dá)的效應(yīng)可以突破細(xì)胞界限，在不同細(xì)胞甚至生物體間長(zhǎng)距離傳遞和維持，并可傳遞給子一代。RNAi 不僅是外源基因轉(zhuǎn)錄后抑制，而且動(dòng)植物本身也存在類似的作用機(jī)制。RNAi 對(duì)基因表達(dá)的靜默作用可能通過(guò)染色質(zhì)濃縮實(shí)現(xiàn)，dsRNA 可結(jié)合到植物啟動(dòng)子區(qū)域，能通過(guò)一種使DNA 甲基化的作用導(dǎo)致基因沉默。siRNA 可能參與纖毛蟲，四膜蟲蟲體間結(jié)合時(shí)的

36、基因重組。在蟲體之間結(jié)合過(guò)程中，結(jié)合到重組序列的 siRNA 介導(dǎo) DNA 缺失和染色體斷裂。 轉(zhuǎn)座子沉默與siRNA 有關(guān)，蠕蟲mut-7 基因參與RNAi 和轉(zhuǎn)位抑制，從裂殖酵母的中心粒區(qū)分離出 siRNA ，并檢測(cè)到這些siRNA 介導(dǎo)此區(qū)內(nèi)組蛋白甲基化。RNAi 的應(yīng)用 研究信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的新工具，由于 RNAi 能高效特異的阻斷基因的表達(dá)，可使其成為研究信號(hào)傳導(dǎo)通路的良好工具。 高通量研究基因功能，現(xiàn)有研究表明，雙鏈RNAi 干擾 (RNAi) 技術(shù)不僅可抑制體外細(xì)胞中特定基因的表達(dá)，而且也可抑制體內(nèi)特定基因的表達(dá)。， RNAi 作為一種快速靜默基因的途徑，將會(huì)越來(lái)越多地用于哺乳動(dòng)物基

37、因的研究。 基因治療的新方法，Voinnet 和 Li 等分別在植物和果蠅中發(fā)現(xiàn)了通過(guò)RNAi 實(shí)現(xiàn)的抗外源核酸機(jī)制： 被大多數(shù)RNA 病毒啟動(dòng)的RNAi ，可導(dǎo)致病毒基因組降解。如果用RNAi特異性地抑制如艾滋病病毒基因、肝炎病毒基因、癌基因、癌相關(guān)基因或突變基因的過(guò)度表達(dá)， 也可使這類基因保持靜默或休眠狀態(tài)，從而有望用這種新的手段治療各種病毒性疾病和惡性腫瘤等疑難病癥。RNAi 在植物功能基因組研究中的應(yīng)用，用RNAi 技術(shù)來(lái)研究或闡明擬南芥所有基因( 約 25000 個(gè) ) 的功能，表現(xiàn)出了高效性、穩(wěn)定性和專一性, 對(duì)于功能基因組的研究具有極大的深遠(yuǎn)意義。RNAi 在植物改良中的應(yīng)用，R

38、NAi 技術(shù)已被用于改良植物品質(zhì)、改善植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面的研究，取得了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。4 .DNA 甲基化是如何在轉(zhuǎn)錄水平上抑制基因表達(dá)的？直接干擾特異轉(zhuǎn)錄因子與各自啟動(dòng)子結(jié)合的識(shí)別位置DNA 的大溝是許多蛋白因子與DNA 結(jié)合的部位，胞嘧啶的甲基化干擾轉(zhuǎn)錄因子與DNA 的結(jié)合。許多轉(zhuǎn)錄因子，如AP -2 和 E2F 等能識(shí)別含 CpG 的序列，且對(duì)其甲基化程度非常敏感，當(dāng)CpG 上的 C 被甲基化后，轉(zhuǎn)錄即被抑制。轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物干擾基因轉(zhuǎn)錄甲基化 DNA 結(jié)合蛋白與啟動(dòng)子區(qū)內(nèi)的甲基化CpG 島結(jié)合，再與其它一些蛋白共同形成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物(transcriptional repression complex, TRC) ， 阻止轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子區(qū)靶序列的結(jié)合，從而影響基因的轉(zhuǎn)錄。已經(jīng)鑒定了甲基化胞嘧啶結(jié)合蛋白1 和2(MeCP1和MeCP2)及甲基化 DNA結(jié)合蛋白(MBD)等轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物。MeCPI的抑制作用比較弱，需要與含12 個(gè)甲基化CpG 的位點(diǎn)結(jié)合，缺乏MeCP1 的細(xì)胞其