分子生物學(xué)第11章轉(zhuǎn)錄前的基因活化

1、11.1 DNA水平的調(diào)控水平的調(diào)控11.2 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因活化染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因活化11.3 核基質(zhì)附著區(qū)與基因表達(dá)核基質(zhì)附著區(qū)與基因表達(dá)11.4 DNA甲基化在調(diào)節(jié)基因表達(dá)中的作用甲基化在調(diào)節(jié)基因表達(dá)中的作用11 轉(zhuǎn)錄前的基因活化基因表達(dá)調(diào)控的層次 基因表達(dá)受發(fā)育階段及環(huán)境因素的影響?；虮磉_(dá)受發(fā)育階段及環(huán)境因素的影響。生物體對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控有許多的層次，如生物體對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控有許多的層次，如轉(zhuǎn)錄前的基因活化、轉(zhuǎn)錄過(guò)程、轉(zhuǎn)錄后的轉(zhuǎn)錄前的基因活化、轉(zhuǎn)錄過(guò)程、轉(zhuǎn)錄后的RNA加工成熟過(guò)程、翻譯過(guò)程、翻譯后的多加工成熟過(guò)程、翻譯過(guò)程、翻譯后的多肽加工過(guò)程。這些過(guò)程對(duì)于生物生長(zhǎng)發(fā)育是肽加工過(guò)程。這

2、些過(guò)程對(duì)于生物生長(zhǎng)發(fā)育是非常重要的。非常重要的。 DNA 水平的調(diào)控 某些原生動(dòng)物、線蟲(chóng)和甲殼類(lèi)動(dòng)物在個(gè)體發(fā)某些原生動(dòng)物、線蟲(chóng)和甲殼類(lèi)動(dòng)物在個(gè)體發(fā)育中，體細(xì)胞會(huì)發(fā)生染色體丟失現(xiàn)象，只有將來(lái)育中，體細(xì)胞會(huì)發(fā)生染色體丟失現(xiàn)象，只有將來(lái)分化形成生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞才保持完整的基因分化形成生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞才保持完整的基因組。組。 目前在高等真核生物（包括動(dòng)、植物）中尚目前在高等真核生物（包括動(dòng)、植物）中尚未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的基因丟失現(xiàn)象。未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的基因丟失現(xiàn)象。 基因丟失基因丟失基因丟失 馬蛔蟲(chóng)受精卵里只有一對(duì)染色體（馬蛔蟲(chóng)受精卵里只有一對(duì)染色體（2n = 2），），當(dāng)個(gè)體發(fā)育到一定階段后，在將分化為體細(xì)胞

3、的當(dāng)個(gè)體發(fā)育到一定階段后，在將分化為體細(xì)胞的那些細(xì)胞中，這對(duì)染色體破碎成許多小染色體。那些細(xì)胞中，這對(duì)染色體破碎成許多小染色體。有的小染色體具有著絲粒，在細(xì)胞分裂中得到保有的小染色體具有著絲粒，在細(xì)胞分裂中得到保留，不具有著絲粒的小染色體因?yàn)樵谝院蟮募?xì)胞留，不具有著絲粒的小染色體因?yàn)樵谝院蟮募?xì)胞分裂中不能分配到下一代細(xì)胞中而丟失，在將形分裂中不能分配到下一代細(xì)胞中而丟失，在將形成生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞里卻沒(méi)有染色體破碎和丟成生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞里卻沒(méi)有染色體破碎和丟失現(xiàn)象。這些基因的丟失決定了細(xì)胞的命運(yùn)。失現(xiàn)象。這些基因的丟失決定了細(xì)胞的命運(yùn)。 基因丟失（續(xù)） 許多原生動(dòng)物細(xì)胞中（纖毛蟲(chóng)綱的草履蟲(chóng)、

4、許多原生動(dòng)物細(xì)胞中（纖毛蟲(chóng)綱的草履蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)等）含有兩種類(lèi)型的核，小核和大核。通常鐘蟲(chóng)等）含有兩種類(lèi)型的核，小核和大核。通常在它們的生殖細(xì)胞中只具有一個(gè)小核，當(dāng)細(xì)胞分在它們的生殖細(xì)胞中只具有一個(gè)小核，當(dāng)細(xì)胞分化時(shí)，小核經(jīng)歷各種變化，最終結(jié)果是產(chǎn)生擁有化時(shí)，小核經(jīng)歷各種變化，最終結(jié)果是產(chǎn)生擁有一個(gè)大核和一個(gè)小核的雙核細(xì)胞。小核中含有無(wú)一個(gè)大核和一個(gè)小核的雙核細(xì)胞。小核中含有無(wú)活性的活性的DNA，僅僅為將來(lái)產(chǎn)生生殖細(xì)胞貯藏遺傳，僅僅為將來(lái)產(chǎn)生生殖細(xì)胞貯藏遺傳信息；大核中的信息；大核中的DNA則是具有轉(zhuǎn)錄活性的模板。則是具有轉(zhuǎn)錄活性的模板。 基因丟失（續(xù)） 在對(duì)原生動(dòng)物在對(duì)原生動(dòng)物Oxytrichia

5、的大核形成過(guò)程的研的大核形成過(guò)程的研究中發(fā)現(xiàn)，處于生殖細(xì)胞中的小核究中發(fā)現(xiàn)，處于生殖細(xì)胞中的小核DNA，在分化，在分化過(guò)程中被切割成長(zhǎng)度為過(guò)程中被切割成長(zhǎng)度為50020000bp的線性片段，的線性片段，而且大部分而且大部分DNA在形成上述線性片段的過(guò)程中被在形成上述線性片段的過(guò)程中被徹底降解。通過(guò)一種目前還不清楚的方式，剩下的徹底降解。通過(guò)一種目前還不清楚的方式，剩下的片段能夠不斷復(fù)制，直到每個(gè)細(xì)胞中含有片段能夠不斷復(fù)制，直到每個(gè)細(xì)胞中含有17000種種不同片段的不同片段的1000個(gè)拷貝為止。這些片段進(jìn)一步建成個(gè)拷貝為止。這些片段進(jìn)一步建成大核。在這個(gè)過(guò)程中，大核所含的大核。在這個(gè)過(guò)程中，大核

6、所含的DNA是小核是小核DNA的幾百倍，但是丟失了一半以上的小核的幾百倍，但是丟失了一半以上的小核DNA序列。序列。 DNA 水平的調(diào)控 基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增 基因擴(kuò)增是指細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)基因擴(kuò)增是指細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專(zhuān)一性地大量增加的現(xiàn)象，它是通過(guò)改變基因的專(zhuān)一性地大量增加的現(xiàn)象，它是通過(guò)改變基因的數(shù)量而調(diào)節(jié)基因表達(dá)的一種調(diào)控方式。當(dāng)發(fā)育分?jǐn)?shù)量而調(diào)節(jié)基因表達(dá)的一種調(diào)控方式。當(dāng)發(fā)育分化或環(huán)境條件改變，使對(duì)某種基因產(chǎn)物的需要量化或環(huán)境條件改變，使對(duì)某種基因產(chǎn)物的需要量劇增，單靠調(diào)節(jié)表達(dá)活性不足以滿足需要時(shí)，依劇增，單靠調(diào)節(jié)表達(dá)活性不足以滿足需要時(shí)，依靠基因擴(kuò)增可迅速增加基因表達(dá)產(chǎn)物

7、的量。靠基因擴(kuò)增可迅速增加基因表達(dá)產(chǎn)物的量。 基因擴(kuò)增（續(xù)） 在兩棲類(lèi)和昆蟲(chóng)的卵母細(xì)胞中，為貯備大量核在兩棲類(lèi)和昆蟲(chóng)的卵母細(xì)胞中，為貯備大量核糖體以供胚胎早期發(fā)育的需要，通常專(zhuān)一性地?cái)U(kuò)增糖體以供胚胎早期發(fā)育的需要，通常專(zhuān)一性地?cái)U(kuò)增rRNA基因。非洲爪蟾體細(xì)胞基因。非洲爪蟾體細(xì)胞rDNA拷貝數(shù)約拷貝數(shù)約500個(gè)，個(gè)，而卵母細(xì)胞中而卵母細(xì)胞中rDNA的拷貝數(shù)可達(dá)的拷貝數(shù)可達(dá)2百萬(wàn)個(gè)，以染色百萬(wàn)個(gè)，以染色體外環(huán)狀體外環(huán)狀DNA分子的形式存在，每個(gè)環(huán)狀分子的形式存在，每個(gè)環(huán)狀DNA分分子含子含24個(gè)甚至多達(dá)個(gè)甚至多達(dá)16個(gè)個(gè)rRNA基因。這些基因。這些rDNA約約占整個(gè)卵母細(xì)胞占整個(gè)卵母細(xì)胞DNA的的

8、75%。當(dāng)胚胎期開(kāi)始時(shí)，這。當(dāng)胚胎期開(kāi)始時(shí)，這些染色體外擴(kuò)增的環(huán)狀些染色體外擴(kuò)增的環(huán)狀rDNA拷貝即失去功能并逐拷貝即失去功能并逐漸消失。漸消失。 基因擴(kuò)增（續(xù)） 外界環(huán)境因素也可以造成基因擴(kuò)增。用二氫葉外界環(huán)境因素也可以造成基因擴(kuò)增。用二氫葉酸還原酶的抑制劑氨甲喋呤處理離體培養(yǎng)的細(xì)胞系，酸還原酶的抑制劑氨甲喋呤處理離體培養(yǎng)的細(xì)胞系，可以使這個(gè)酶的基因可以使這個(gè)酶的基因 dhfr 擴(kuò)增達(dá)到擴(kuò)增達(dá)到40400個(gè)拷貝，個(gè)拷貝，從而產(chǎn)生更高的酶活性來(lái)增加對(duì)氨甲喋呤的抗性。從而產(chǎn)生更高的酶活性來(lái)增加對(duì)氨甲喋呤的抗性?；驍U(kuò)增了的細(xì)胞系可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是穩(wěn)定系基因擴(kuò)增了的細(xì)胞系可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是穩(wěn)定

9、系（stable lines），無(wú)論是否除去氨甲喋呤，擴(kuò)增的），無(wú)論是否除去氨甲喋呤，擴(kuò)增的d h f r 基 因 都 依 然 存 在 ； 另 一 類(lèi) 是 不 穩(wěn) 定 系基 因 都 依 然 存 在 ； 另 一 類(lèi) 是 不 穩(wěn) 定 系（unstable lines），擴(kuò)增的），擴(kuò)增的dhfr基因在除去氨甲喋基因在除去氨甲喋呤后逐漸消失。呤后逐漸消失?；驍U(kuò)增（續(xù)） 穩(wěn)定系中擴(kuò)增的穩(wěn)定系中擴(kuò)增的 dhfr 基因成簇串聯(lián)在一起，基因成簇串聯(lián)在一起，位于一條染色體原來(lái)的位于一條染色體原來(lái)的 dhfr 基因位置上，而其同基因位置上，而其同源染色體的源染色體的 dhfr 基因通常不擴(kuò)增。不穩(wěn)定系中擴(kuò)基因通

10、常不擴(kuò)增。不穩(wěn)定系中擴(kuò)增的增的 dhfr 基因以雙小染色體（基因以雙小染色體（double-minute chromosomes）的形式存在，每個(gè)雙小染色體含）的形式存在，每個(gè)雙小染色體含有有24個(gè)個(gè) dhfr 基因，雙小染色體可以自主復(fù)制，基因，雙小染色體可以自主復(fù)制，但無(wú)著絲點(diǎn)，在有絲分裂中不能均等地分配到子但無(wú)著絲點(diǎn)，在有絲分裂中不能均等地分配到子細(xì)胞中去，并常常因此而丟失。細(xì)胞中去，并常常因此而丟失。DNA 水平的調(diào)控基因重排基因重排 基因重排是改變基因組中有關(guān)基因序列結(jié)基因重排是改變基因組中有關(guān)基因序列結(jié)構(gòu)的一種基因表達(dá)調(diào)控方式。一個(gè)最典型的例構(gòu)的一種基因表達(dá)調(diào)控方式。一個(gè)最典型的例

11、子是人和哺乳動(dòng)物在子是人和哺乳動(dòng)物在B淋巴細(xì)胞分化期間發(fā)生淋巴細(xì)胞分化期間發(fā)生基因組重建，從而產(chǎn)生抗體的多樣性，以識(shí)別基因組重建，從而產(chǎn)生抗體的多樣性，以識(shí)別和區(qū)分不同結(jié)構(gòu)的抗原。和區(qū)分不同結(jié)構(gòu)的抗原。 基因重排 抗體分子中最主要的抗體分子中最主要的IgG是由兩條輕鏈和是由兩條輕鏈和兩條重鏈組成。輕鏈和重鏈由兩條重鏈組成。輕鏈和重鏈由3個(gè)獨(dú)立的多基個(gè)獨(dú)立的多基因家族編碼，其中兩個(gè)編碼輕鏈（因家族編碼，其中兩個(gè)編碼輕鏈（和和），），一個(gè)編碼重鏈。一個(gè)編碼重鏈?；蛑嘏?小鼠的小鼠的、和重鏈的基因家族分別位于第和重鏈的基因家族分別位于第6、12和和16號(hào)染色體上。決定輕鏈的基因族上分別由號(hào)染色體上

12、。決定輕鏈的基因族上分別由L、V、J、C四類(lèi)基因片段，四類(lèi)基因片段，L代表前導(dǎo)片段代表前導(dǎo)片段（leader segment），），V代表可變片段（代表可變片段（variable segment），），J代表連接片段（代表連接片段（joining segment），），C代表恒定片段（代表恒定片段（constant segment）。決定重鏈）。決定重鏈的基因族上共有的基因族上共有L、V、D、J、C五類(lèi)基因片段，五類(lèi)基因片段，其中其中D代表多樣性片段（代表多樣性片段（diversity segment）。）。 基因重排 小鼠的重鏈和小鼠的重鏈和鏈基因族各有鏈基因族各有V片段約片段約200個(gè)，個(gè)

13、，鏈的鏈的V片段有片段有5個(gè)；個(gè)；J片段有片段有5個(gè)；個(gè)；D片段有片段有12個(gè)。個(gè)。人的抗體基因族結(jié)構(gòu)大體相似，但分布在不同染人的抗體基因族結(jié)構(gòu)大體相似，但分布在不同染色體上。當(dāng)淋巴細(xì)胞受到抗原刺激而分化為漿細(xì)色體上。當(dāng)淋巴細(xì)胞受到抗原刺激而分化為漿細(xì)胞時(shí)，胚原型胞時(shí)，胚原型DNA將發(fā)生基因重排而形成表達(dá)型將發(fā)生基因重排而形成表達(dá)型DNA。重鏈取一個(gè)。重鏈取一個(gè)V、D、J與與L、C重排成表達(dá)重排成表達(dá)型型DNA，而將其它的，而將其它的V、D、J切除；同樣輕鏈也切除；同樣輕鏈也取一個(gè)取一個(gè)V、J與與L、C重排。這樣每一種淋巴細(xì)胞重排。這樣每一種淋巴細(xì)胞能且僅能產(chǎn)生一種抗體。能且僅能產(chǎn)生一種抗體。

14、 鼠胚系Ig基因的構(gòu)成人胚系Ig基因的構(gòu)成小鼠Ig重鏈的基因重排、轉(zhuǎn)錄與合成的順序小鼠Ig重鏈的基因重排、轉(zhuǎn)錄與合成的順序（續(xù)）小鼠Ig輕鏈的基因重排、轉(zhuǎn)錄與合成的順序小鼠Ig重鏈的基因重排、轉(zhuǎn)錄與合成的順序（續(xù)）圖圖111 真核生物染色體的組裝模式真核生物染色體的組裝模式常染色質(zhì)和異染色質(zhì) 常染色質(zhì)是間期核內(nèi)凝縮程度相對(duì)較低的染常染色質(zhì)是間期核內(nèi)凝縮程度相對(duì)較低的染色質(zhì)區(qū)，異染色質(zhì)是凝縮程度相對(duì)較高的染色質(zhì)色質(zhì)區(qū)，異染色質(zhì)是凝縮程度相對(duì)較高的染色質(zhì)區(qū)。按其功能來(lái)分，根據(jù)其是否轉(zhuǎn)錄區(qū)域，還可區(qū)。按其功能來(lái)分，根據(jù)其是否轉(zhuǎn)錄區(qū)域，還可以將染色質(zhì)分為活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)，異以將染色質(zhì)分為活性染

15、色質(zhì)和非活性染色質(zhì)，異染色質(zhì)中都是非活性染色質(zhì)。常染色質(zhì)中一部分染色質(zhì)中都是非活性染色質(zhì)。常染色質(zhì)中一部分是活性染色質(zhì)，一部分是非活性染色質(zhì)?；钚匀臼腔钚匀旧|(zhì)，一部分是非活性染色質(zhì)?；钚匀旧|(zhì)伸展成念珠狀，有些地方還與組蛋白分離。色質(zhì)伸展成念珠狀，有些地方還與組蛋白分離。 DNase 超敏感位點(diǎn) 用極低濃度的用極低濃度的DNase對(duì)染色質(zhì)進(jìn)行切割，對(duì)染色質(zhì)進(jìn)行切割，能夠被切割的位點(diǎn)稱(chēng)為能夠被切割的位點(diǎn)稱(chēng)為DNase超敏感位點(diǎn)。超敏感位點(diǎn)。 DNase 超敏感位點(diǎn)位于活性染色質(zhì)區(qū)。在活性超敏感位點(diǎn)位于活性染色質(zhì)區(qū)。在活性染色質(zhì)區(qū)，由于染色質(zhì)區(qū)，由于DNA裸露，易受裸露，易受DNase 切割。切

16、割。有些有些DNase 超敏感位點(diǎn)是一個(gè)短的區(qū)域，即超敏感位點(diǎn)是一個(gè)短的區(qū)域，即30nm纖維為序列特異調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合所中斷的區(qū)域；纖維為序列特異調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合所中斷的區(qū)域；有些有些DNase 超敏感位點(diǎn)是一些較長(zhǎng)的區(qū)域，即超敏感位點(diǎn)是一些較長(zhǎng)的區(qū)域，即轉(zhuǎn)錄正在進(jìn)行的區(qū)域。異染色質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)錄正在進(jìn)行的區(qū)域。異染色質(zhì)對(duì)DNase不敏不敏感。感。 常染色質(zhì)，示活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)及DNase超敏感位點(diǎn)非活性染色質(zhì)非活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)極低濃度極低濃度DNase能夠切割的位點(diǎn)能夠切割的位點(diǎn)稱(chēng)為稱(chēng)為DNase超敏感位點(diǎn)。超敏感位點(diǎn)。成串的非甲基化的成串的非甲基化的CpG序列稱(chēng)為序列稱(chēng)為CpG島島H

17、1組蛋白的修飾 H1組蛋白結(jié)合在核小體組蛋白結(jié)合在核小體DNA進(jìn)出口處，并進(jìn)出口處，并在形成二級(jí)結(jié)構(gòu)在形成二級(jí)結(jié)構(gòu)30nm螺線管時(shí)起重要作用。當(dāng)螺線管時(shí)起重要作用。當(dāng)在在H1組蛋白特異的氨基酸殘基上發(fā)生磷酸化時(shí)，組蛋白特異的氨基酸殘基上發(fā)生磷酸化時(shí)，染色質(zhì)凝縮，使該區(qū)域成為異染色質(zhì)。關(guān)閉該染色質(zhì)凝縮，使該區(qū)域成為異染色質(zhì)。關(guān)閉該區(qū)段的基因表達(dá)。區(qū)段的基因表達(dá)。 核心組蛋白修飾 核心組蛋白修飾后會(huì)影響它們與核心組蛋白修飾后會(huì)影響它們與DNA的結(jié)合，的結(jié)合，修飾作用包括乙酰化、磷酸化和甲基化。其中核修飾作用包括乙?；⒘姿峄图谆?。其中核心組蛋白賴(lài)氨酸殘基被乙?；?，減少了組蛋白心組蛋白賴(lài)氨酸殘

18、基被乙?；?，減少了組蛋白的正電荷，降低了與的正電荷，降低了與DNA的結(jié)合力?；钚匀旧|(zhì)的結(jié)合力。活性染色質(zhì)往往是高度乙?；?。往往是高度乙?；?。非組蛋白修飾 非組蛋白中包括各種轉(zhuǎn)錄因子（反式作用非組蛋白中包括各種轉(zhuǎn)錄因子（反式作用因子），它們的活性也會(huì)受到修飾調(diào)節(jié)。因子），它們的活性也會(huì)受到修飾調(diào)節(jié)。在非組蛋白中有一類(lèi)，由于其在電泳中的高遷在非組蛋白中有一類(lèi)，由于其在電泳中的高遷移率，故稱(chēng)為高遷移率蛋白（移率，故稱(chēng)為高遷移率蛋白（high mobility group, HMG），它們常與活性染色質(zhì)結(jié)合，），它們常與活性染色質(zhì)結(jié)合，并與轉(zhuǎn)錄效率升高相聯(lián)系。并與轉(zhuǎn)錄效率升高相聯(lián)系。 核基質(zhì)

19、染色質(zhì)可用鹽、中性去垢劑和染色質(zhì)可用鹽、中性去垢劑和Dnase等化等化學(xué)方法和電泳等物理方法來(lái)提取。提取后殘留學(xué)方法和電泳等物理方法來(lái)提取。提取后殘留的結(jié)構(gòu)，即為核基質(zhì)（的結(jié)構(gòu)，即為核基質(zhì)（nuclear matrix），也），也稱(chēng)核骨架（稱(chēng)核骨架（nuclear scaffold）。核基質(zhì)的主要）。核基質(zhì)的主要成分是蛋白質(zhì)。成分是蛋白質(zhì)。 間期染色質(zhì)提取后殘留的核基質(zhì)是一種有間期染色質(zhì)提取后殘留的核基質(zhì)是一種有著不同密度的纖維狀網(wǎng)。著不同密度的纖維狀網(wǎng)。 基質(zhì)附著區(qū) 真核生物的染色體是由周期性緊密結(jié)合在真核生物的染色體是由周期性緊密結(jié)合在核基質(zhì)上的核基質(zhì)上的DNA環(huán)組成的。環(huán)組成的。DNA上

20、與核基質(zhì)結(jié)上與核基質(zhì)結(jié)合 的 那 段 序 列 稱(chēng) 為 基 質(zhì) 附 著 區(qū) （合 的 那 段 序 列 稱(chēng) 為 基 質(zhì) 附 著 區(qū) （ m a t r i x attachment regions，MARs），或稱(chēng)為基質(zhì)結(jié)），或稱(chēng)為基質(zhì)結(jié)合區(qū)（合區(qū)（matrix association regions，MARs）。）。MARs之間的環(huán)約為之間的環(huán)約為5200kb左右。如果以間期左右。如果以間期染色質(zhì)平均染色質(zhì)平均85kb有一個(gè)環(huán)來(lái)計(jì)算，具有有一個(gè)環(huán)來(lái)計(jì)算，具有109核苷核苷酸對(duì)的二倍體細(xì)胞應(yīng)有酸對(duì)的二倍體細(xì)胞應(yīng)有23,000個(gè)個(gè)MARs。 基質(zhì)附著區(qū)（續(xù)） 現(xiàn)有的研究表明，現(xiàn)有的研究表明，MARs

21、序列缺少保守性，序列缺少保守性，它們通常含有約它們通常含有約 70% 的的 A + T ，除此之外缺少，除此之外缺少共有序列。不同來(lái)源的共有序列。不同來(lái)源的MARs之間不能相互雜之間不能相互雜交，但可以與不同來(lái)源的核基質(zhì)結(jié)合，說(shuō)明其交，但可以與不同來(lái)源的核基質(zhì)結(jié)合，說(shuō)明其序列同源性雖差，但在功能進(jìn)化上卻是保守的。序列同源性雖差，但在功能進(jìn)化上卻是保守的。圖圖113 MAR與核基質(zhì)的相互作用與核基質(zhì)的相互作用圖圖114 活體或離體兩種方法檢測(cè)活體或離體兩種方法檢測(cè)MAR（1）與核基質(zhì)結(jié)合活體方法活體方法離體方法離體方法圖圖114 活體或離體兩種方法檢測(cè)活體或離體兩種方法檢測(cè)MAR（2） 提取的提

22、取的DNA跑兩跑兩個(gè) 泳 道 ， 用個(gè) 泳 道 ， 用 特 異 的特 異 的DNA探針檢測(cè)其中一探針檢測(cè)其中一個(gè)泳道，看是否有特個(gè)泳道，看是否有特異的異的MAR片段片段活體方法活體方法離體方法離體方法 MARs在基因表達(dá)中的作用 MARs在基因表達(dá)中可能有在基因表達(dá)中可能有4種作用：種作用： 邊界元件作用，它確定了獨(dú)立的基因調(diào)節(jié)區(qū)域。邊界元件作用，它確定了獨(dú)立的基因調(diào)節(jié)區(qū)域。 染色質(zhì)調(diào)節(jié)作用，染色質(zhì)調(diào)節(jié)作用，MARs作為刺激或阻遏基因表作為刺激或阻遏基因表 達(dá)的順式作用元件，可促進(jìn)調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合和達(dá)的順式作用元件，可促進(jìn)調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合和 作用。作用。 作為作為DNA復(fù)制起點(diǎn)的組成起作用。復(fù)制起

23、點(diǎn)的組成起作用。 對(duì)于有絲分裂中期染色體的組裝并保持一定形狀對(duì)于有絲分裂中期染色體的組裝并保持一定形狀 是重要的。是重要的。 圖圖117 側(cè)向構(gòu)建有側(cè)向構(gòu)建有MAR的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)基因形成獨(dú)立活性結(jié)構(gòu)區(qū)基因形成獨(dú)立活性結(jié)構(gòu)區(qū)MARs的邊界作用 圖圖116 基質(zhì)附著區(qū)（基質(zhì)附著區(qū)（MARs）功能分析）功能分析1kb DNA云扁豆蛋白基因云扁豆蛋白基因增強(qiáng)子不能促進(jìn)表達(dá)增強(qiáng)子不能促進(jìn)表達(dá)增強(qiáng)子激活了表達(dá)增強(qiáng)子激活了表達(dá)MARs的邊界作用 MARs 的調(diào)節(jié)作用 當(dāng)用一個(gè)異源的酵母當(dāng)用一個(gè)異源的酵母ARS1 MAR作為側(cè)翼的作為側(cè)翼的GUS（葡糖苷酸酶）報(bào)告基因轉(zhuǎn)入煙草細(xì)胞，葡糖苷酸酶）報(bào)告基因轉(zhuǎn)入煙草細(xì)胞，

24、使報(bào)告基因的表達(dá)水平提高了使報(bào)告基因的表達(dá)水平提高了12倍，最高達(dá)倍，最高達(dá)24倍。倍。而改用來(lái)自煙草內(nèi)源的與核基質(zhì)結(jié)合較強(qiáng)的而改用來(lái)自煙草內(nèi)源的與核基質(zhì)結(jié)合較強(qiáng)的R67 MAR替換上述與核基質(zhì)結(jié)合較弱的酵母替換上述與核基質(zhì)結(jié)合較弱的酵母ARS1 MAR時(shí)，時(shí)，GUS的表達(dá)水平提高了的表達(dá)水平提高了60倍，最高達(dá)倍，最高達(dá)140倍。這說(shuō)明與核基質(zhì)結(jié)合力較強(qiáng)的倍。這說(shuō)明與核基質(zhì)結(jié)合力較強(qiáng)的MAR比結(jié)合力比結(jié)合力較弱的較弱的MAR對(duì)基因表達(dá)的影響較大。對(duì)基因表達(dá)的影響較大。 MARs 的調(diào)節(jié)作用（續(xù)） 在對(duì)番茄熱激蛋白基因表達(dá)的研究中發(fā)現(xiàn)，在對(duì)番茄熱激蛋白基因表達(dá)的研究中發(fā)現(xiàn)，只有在只有在3MAR

25、、5MAR及內(nèi)含子均存在的情況及內(nèi)含子均存在的情況下基因正常表達(dá)，缺少其中一個(gè)將大大降低基下基因正常表達(dá)，缺少其中一個(gè)將大大降低基因表達(dá)。這說(shuō)明基因側(cè)翼的因表達(dá)。這說(shuō)明基因側(cè)翼的MARs和內(nèi)含子對(duì)和內(nèi)含子對(duì)于基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。于基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。 DNA甲基化 在真核生物在真核生物DNA中，甲基化發(fā)生在胞苷酸殘基中，甲基化發(fā)生在胞苷酸殘基胞嘧啶環(huán)的胞嘧啶環(huán)的5位碳原子上。甲基化位點(diǎn)通常在位碳原子上。甲基化位點(diǎn)通常在CG序序列上。對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，甲基化還能在列上。對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，甲基化還能在CNG序列的序列的C上發(fā)生。上發(fā)生。 CG CNG GC GNC 在上述序列中，如果一個(gè)位點(diǎn)上只有一條鏈的

26、在上述序列中，如果一個(gè)位點(diǎn)上只有一條鏈的C被甲基化，稱(chēng)為半甲基化；如果一個(gè)位點(diǎn)兩條鏈被甲基化，稱(chēng)為半甲基化；如果一個(gè)位點(diǎn)兩條鏈的的C都被甲基化，稱(chēng)為完全甲基化。都被甲基化，稱(chēng)為完全甲基化。 一般認(rèn)為，高度甲基化的區(qū)域是不轉(zhuǎn)錄區(qū)域。一般認(rèn)為，高度甲基化的區(qū)域是不轉(zhuǎn)錄區(qū)域。 DNA甲基化的作用 甲基化能防止相關(guān)限制酶的切割作用，還能甲基化能防止相關(guān)限制酶的切割作用，還能阻礙調(diào)節(jié)蛋白與之結(jié)合，在基因啟動(dòng)子和編碼區(qū)阻礙調(diào)節(jié)蛋白與之結(jié)合，在基因啟動(dòng)子和編碼區(qū)的甲基化可能抑制轉(zhuǎn)錄。的甲基化可能抑制轉(zhuǎn)錄。 植物植物DNA甲基化主要存在于核基因組。甲基化主要存在于核基因組。 限制性?xún)?nèi)切酶對(duì)甲基化和非甲基化CCGG的切割 圖圖119 DNA復(fù)制時(shí)甲基化類(lèi)型的傳遞復(fù)制時(shí)甲基化類(lèi)型的傳遞不對(duì)稱(chēng)序列的甲基化，新合成的子鏈不甲基化。不對(duì)稱(chēng)序列的甲基化，新合成的子鏈不甲基化。 DNA甲基化與基因表達(dá) 高度甲基化基因的表達(dá)受到抑制。由于不同高度甲基化基因的表達(dá)受到抑制。由于不同的基因在不同的器官或不同的發(fā)育階段表達(dá)，其的基因在不同的器官或不同的發(fā)育階段表達(dá)，其甲基化狀況也發(fā)生相應(yīng)的變化。如雌性哺乳動(dòng)物甲基化狀況也發(fā)生相應(yīng)的變化。如雌性哺乳動(dòng)物的一條的一條X染色體高度甲基化，而以非活性狀態(tài)存在；染色體高度甲基化，而以非活性狀態(tài)存在；珠蛋白基因在紅細(xì)胞中是低甲