分子遺傳學(xué)復(fù)習(xí)題及答案-

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， 鑒定人類基因組中已

2、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) ，能通過正常的堿基配對(duì)途徑，或通過 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)

3、較短的保守序列，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出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

4、Complex ， 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(wobble hypothesis):密碼子的第1, 2位核甘酸(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)( c

5、omparative genomics) ： 是一門通過運(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?；?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

6、族的總稱。沉默子(silencer) ： 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

7、轉(zhuǎn)座子(retroposon) 或 反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(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)

8、確定的靶標(biāo)蛋白高度專一的小分子化合物來進(jìn)行基因功能分析和發(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

9、常的核苷酸， 雖然這種編輯不能區(qū)分正常和錯(cuò)誤的核苷酸，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，排列在笫螺旋的一側(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， RSC

10、U ) ： 編碼同一氨基酸的各個(gè)密碼子的使用頻率在不同生物中并不相同， 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

11、改變的過程。染色質(zhì)重塑因子( chromatin remodeling factor ) : 依靠水解 ATP 提供能量來完成染色質(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

12、個(gè)拷貝，從而阻遏轉(zhuǎn)座發(fā)生。組成型剪接( constitutive splicing) ：編碼蛋白質(zhì)的不連續(xù)基因通過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?；?、磷酸化、泛素化等) 及組合通過改變?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， 從 而調(diào)控下游的細(xì)胞學(xué)過程。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^

13、 程。中心法則(central dogma) F.Crick于1958年提出的闡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)3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，在核小體不能形成白酵母細(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

14、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)：I.Pribnow框：TATAAT ,位于-10左右，是 RNA聚合酶的牢固結(jié)合位點(diǎn)；2. S

15、extama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

16、，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H啟動(dòng)子由四部分元件組成，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m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Uupstream promoter)。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

17、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)。反式作用因子有兩個(gè)重要的功能ff曳典: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騾魅-笆J -螺延=b.隹指結(jié)構(gòu)=c亮氫駿拉鏈 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?？煞譃樗拇箢悾篟NA聚合酶；和RNA聚合酶相聯(lián)系的普遍性轉(zhuǎn)錄因子 (general transcription factor , GTFs)它們結(jié)合在

18、靶基因的啟動(dòng)子上，形成前 起始復(fù)合 物 (pre-initiation complex ， PIC) ， 啟 動(dòng)基 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(

19、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)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

20、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， 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RNA干擾途徑也可調(diào)節(jié)基因的表

21、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

22、因子插入與靶基因的方向相反時(shí)，前體 mRNA中的dSpm或Ds序列則可通過轉(zhuǎn)錄后的加 工過程而被除掉， 所以含有轉(zhuǎn)座子的基因仍然編碼野生型蛋白質(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)

23、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)到原來的狀態(tài)， 而使基因的轉(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。轉(zhuǎn)座子標(biāo)記克隆目的基因： 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， 然 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分離控制發(fā)育的基因，一種是減法雜交與差異篩

24、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)花色素甘合成的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， 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

25、指導(dǎo)致整個(gè)細(xì)胞分裂周期中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和位置改變的過程。此過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)生重塑的過程中， 密集的染色質(zhì)絲在核小體連接處發(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

26、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(TATA box 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)

27、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)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

28、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)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文庫中篩選到突變的基因。經(jīng)過多年努力，通過該方法已經(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

29、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，通過與靶RNA進(jìn)行堿基配對(duì)結(jié)合的方式參與基因表達(dá)的調(diào)控， 從而抑制或封閉基因表達(dá)。 基因敲除作為功能基因組學(xué)方法，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Physcotrella paterz 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。基因陷阱： 主要依靠報(bào)告基因的隨機(jī)插入來產(chǎn)生融合轉(zhuǎn)錄物或融合蛋白， 通過檢測(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、

30、水稻、 玉米、 番茄等，基因陷阱在功能基因組的工作中將 越來越重要，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誘變過的突變?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

31、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DNA中的G-C對(duì)通過隨后的修復(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EMS造成轉(zhuǎn)錄提前終止的功能缺失突變體來研究基 因的功能， 也可以通過錯(cuò)義突變引起的一些表型較弱、 中間類型的突變體來研究功能蛋白中 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)

32、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 ,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)

33、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物中表達(dá)， 說明在植物進(jìn)化過程中轉(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。突變體庫的飽和度分析 所謂飽和突變體庫( saturated mutant population )是指在一個(gè)突變體庫中基因組的每個(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

34、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 通過哪些機(jī)制控制基因的表達(dá)？實(shí)踐中有何應(yīng)用？RNA 干涉 ( RNA interference, RNAi) 通過雙鏈 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。RN

35、Ai 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

36、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)的基因重組。在蟲體之間結(jié)合過程中，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

37、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)越來越多地用于哺乳動(dòng)物基因的研究?；蛑委煹男路椒?，Voinnet和Li等分別在植物和果蠅中發(fā)現(xiàn)了通過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

38、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)來研究或闡明擬南芥所有基因( 約 25 000 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， RNAi 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，胞喀咤的甲基化干擾轉(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1