分子遗传学复习题

分子遗传学

名词解释：

DNA甲基化（DNA methylation）:是指由DNA甲基化转移酶介导，催化甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸向胞嘧啶的C-5位点转移的过程。

ENCODE计划(The Encyclopedia of DNA Elements Project)：即“DNA元件百科全书计划”，简称ENCODE计划，是在完成人类基因组全序列测定后的2003年9月由美国国立人类基因组研究所（National Human Genome Research Institute，NHGRI）组织的又一个重大的国际合作计划，其目的是解码基因组的蓝图，鉴定人类基因组中已知的和还不知功能的多个物种的保守序列等在内的所有功能元件。ENCODE计划的实施分为3个阶段：试点阶段（a pilot phase）、技术发展阶段（a technology development phase）和生产阶段（a producttion phase）。

gRNA (guide RNA)：既指导”RNA(gRNA，guide RNA)，能通过正常的碱基配对途径，或通过G—U配对方式与mRNA上的互补序列配对，指导编辑的进行。

GT--AG规律（GT-AG rule）：真核生物所有编码蛋白质的结构基因，其RNA前体在内含子和外显子交界处有两个较短的保守序列，内含子的左端均为GT，右端均为AG，此规律称GT-AG规律。

miRNA：即小RNA，长度为22nt左右，5′端为磷酸基团、3′端为羟基。miRNA广泛存在于真核生物中，不具有开放阅读框架，不编码蛋白质，其基因的转录产物是发夹状结构，在RNaseⅢ酶切后以双链形式存在，是近几年在真核生物中发现的一类具有调控功能的非编码RNA，它们主要参与基因转录后水平的调控。

RNA编辑(RNA editing) :是指通过碱基修饰、核苷酸插入或删除以及核苷酸替换等方式改变RNA的碱基序列的转录后修饰方式。

RNA诱导的沉默复合体（RNA Induced Silencing Complex，RISC）：与siRNA结合后可识别并切断mRNA。

RNA指导的DNA甲基化（RNA Directed DNA Methylation RDDM）：活性RISC进入核内，指导基因发生DNA的甲基化。密码子摆动假说（wobble hypothesis）：密码子的第1，2位核苷酸（5’→3’）与反密码子的第2，3核苷酸正常配对；密码子的的第3位与反密码子的第1位配对并不严谨，当反密码子的第1位为U时可识别密码子第3位的A或G，而G则可识别U或C，I（次黄嘌呤）可识别U或C或A。

比较基因组学（comparative genomics）：是一门通过运用数理理论和相应计算机程序，对不同物种的基因组进行比较分析来研究基因组大小和基因数量、基因排列顺序、编码序列与非编码序列的长度、数量及特征以及物种进化关系等生物学问题的学科。

表观遗传变异（epigenetic variation）:基因的碱基序列未发生改变，而是由于DNA甲基化，组蛋白的乙酰化和RNA编辑等修饰导致基因活性发生了变化，使基因决定的表型发生变化，且可遗传少数世代，但这种变化是可逆的。

超基因家族（supergene family）：是DNA序列相似，但功能不一定相关的若干个单拷贝基因或若干组基因家族的总称。

沉默子（silencer）：一种转录负调控元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。特点很象增强子，但不增强转录，而是减弱转录，故称负增强子。

代谢组学(metabolomics)：是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科。

端粒(telomere)：是由独特的DNA序列及相关蛋白质组成的线性真核染色体的末端结构，它具有防止末端基因降解、染色体末端间的粘连和稳定染色体末端及其精确复制等功能。

反向遗传学（reverse genetics）：是从改变某个感兴趣的基因或蛋白质入手，然后去寻找相关的表型变化。

反转座子（retroposon）或“反转录转座子（retrotransposon）”:先转录为RNA再反转录成DNA而进行转座的遗传元件。核酶（ribozyme）:具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。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。

核心启动子（core promoter）：是指在体外测定到的由RNA polⅡ进行精确转录起始所要求的最低限度的一套DNA序列元件。

化学基因组学(chemogenomics)：它是作为后基因组时代的新技术,是联系基因组和新药研究的桥梁和纽带。它指的是使用对确定的靶标蛋白高度专一的小分子化合物来进行基因功能分析和发现新的药物先导化合物。

基因组印迹(genomic imprinting) :也称作基因印迹(gene impringting)，是一种新发现的非孟德尔遗传现象，指来自双亲的某些等位基因在子代中呈现差异性表达的现象。

程序性细胞死亡/凋亡（programmed cell death/apoptosis)：细胞应答一类刺激剂，引起一连串特征性的反应，从而启动导致

细胞死亡的途经。

焦磷酸化编辑（pyrophosphorolytic editing）：RNA聚合酶通过PPi的掺入（聚合反应的逆反应）去除错误加入的核苷酸，然后加入正常的核苷酸，虽然这种编辑不能区分正常和错误的核苷酸，但由于转录在错误加入核苷酸后停留时间过长，而对其有优先校正功能。

酵母双杂交(yeast two-hybrid)：利用杂交基因通过激活报道基因的表达探测蛋白质与蛋白质间的相互作用。

亮氨酸拉链（leucine zipper）：是由伸展的氨基酸组成，每7个氨基酸中的第7个氨基酸是亮氨酸，亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在α-螺旋的一侧，所有带电荷的氨基酸残基排在另一侧。当2个蛋白质分子平行排列时，亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成“拉链”。

密码子使用的偏好（relative synonymous codon usage，RSCU）：编码同一氨基酸的各个密码子的使用频率在不同生物中并不相同，也不与该氨基酸在整个蛋白质中的频率成正比，这也就是密码子使用的偏好现象，该现象可影响基因表达的效率。母系印迹(maternal imprinting) :来自母本的等位基因（母源等位基因）不表达，而父源等位基因表达的现象。

母性基因（maternal gene)：母体卵子发生时所表达的基因，母性体细胞基因是在母性体细胞中表达，而母性胚系基因则在生殖细胞中表达（如卵母细胞）。

染色质重塑(chromatin remodeling) :是表观遗传修饰中一种常见的方式，是指导致整个细胞分裂周期中染色质结构和位置改变的过程。

染色质重塑因子（chromatin remodeling factor）: 依靠水解ATP提供能量来完成染色质结构的改变。染色质重塑因子在组成及功能上不同，但都包含类Snf2超家族的A TP酶亚基

增强子（enhancer）：该DNA序列可增加与其连锁基因转录的频率。增强子多位于基因的5’端，但也可位于基因的3’端，甚至基因的内含子中。无位置及方向性，但可能有组织细胞特异性，一般能使基因转录频率增加10～200倍，有的甚至可以高达上千倍。甚至远离靶基因达几千kb也仍有增强作用。

转座子沉默（transposon silencing）:宿主积累了转座子的多个拷贝，从而阻遏转座发生。

组成型剪接（constitutive splicing）：编码蛋白质的不连续基因通过RNA剪接将内含子从mRNA的前体中依次去除，然后规范地将外显子剪接成成熟的mRNA，这种剪接方式是一个基因只产生一种成熟的mRNA，一般也只产生一种蛋白质产物。组蛋白密码（histone code）：组蛋白氨基端的各种修饰（甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等）及组合通过改变染色质的结构或产生效应蛋白质的结合位点而影响基因的表达活性，从而调控下游的细胞学过程。

组蛋白修饰(histone modification) :是指染色质上的组蛋白被甲基化、乙酰化或磷酸化的过程。

中心法则（central dogma）F.Crick于1958年提出的阐明遗传信息传递方向的法则，指出遗传信息从DNA传递至RNA，再传递至多肽。DNA与RNA之间遗传信息的传递是双向的，而遗传信息只是单向地从核酸流向蛋白质

简答题：

1.核小体与核小体定位在基因表达及其调控中有何作用？

2.原核生物与真核生物的启动子结构有什么差别？

原核生物的启动子

在操纵元中，从mRNA开始转录的位点以上都是启动子序列，20bp-200bp

特点：

1.Pribnow框：TA TAAT，位于-10左右，是RNA聚合酶的牢固结合位点

2.Sextama框：TTGACA，位于-35附近，是RNA聚合酶的初始结合位点

3.上述二者及之间的距离决定转录效率，一般距离17bp左右

4.CAP位点cAMP-受体蛋白复合物在启动子上的的结合位点

真核生物启动子真核生物有三类RNA聚合酶，与此对应，有三类不同的启动子。事实上RNA聚合酶Ⅱ，Ⅲ所作用的启动子情况比较复杂

RNA聚合酶Ⅰ识别的启动子，除5SrRNA基因外，其它rDNA基因组成一个大的多拷贝基因族，转录成一个45S的rRNA 前体，其启动子由起始位点的核心启动子和其上游控制元件两部分组成。核心启动子包括-45到+20，负责转录的启始；

上游控制元件从-200到-150，它们之间的序列长度对转录效率影响很大。

RNA聚合酶Ⅲ启动子可分为两种类型。一种是启动子位于转录起始点下游，又称下游启动子（downstream promoter）、基因内启动子（intragenetic promoter）或内部控制区（internal control region）。另一种启动子是与常见的启动子相似，又称上游启动子（upstream promoter）。下游启动子又分为两个亚型，Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型内部启动子有两个分开的序列

boxA（TGGCNNAGTGG）（共同序列RRYNNARYGG），和boxC（CGGTCGANNCC）（共同序列RRTGGGA/TGACC），而它们之间的距离比较固定，为中间元件（internal element IE），这是5SrRNA基因的典型结构。Ⅱ型内部启动子由boxA和boxB（GGTTCGANTCC）组成，两者之间距离较大，且不固定，是tRNA基因启动子的典型结构。上游启动子包括三部分元件，即TA TA框，近侧序列元件（proximal sequence element, PSE），和远侧序列元件（distal sequence element, DSE），这是部分snRNA基因启动子的典型结构。

RNA聚合酶Ⅱ启动子由四部分元件组成，即转录起始点、TATA盒、上游元件和远上游元件。转录起始点（initiators）在有些Ⅱ型转录酶启动子中比较保守，其一致性序列为PyPyANT/APyPy，转录起始点常和TA TA盒组成核心启动子起始基础转录，但与其相连的上游元件和增强子可以促进其高效转录。对于含TATA盒的启动子，其启始点常在其下游25bp—30bp，有的基因启动子无典型起始子序列，则RNA聚合酶根据TATA盒下游30bp附近的第一个嘌呤碱基作为转录启始点

绝大多数Ⅱ型转录酶启动子均含有TA TA盒，一致性序列为TA TAAAA，第5和7位A有时可被T取代，看家基因（housekeeping genes）、同源异形基因（homobox gene)和哺乳类发育中的免疫控制基因无TATA盒。而奢侈基因（luxary genes）具有TATA盒，它可能是帮助RNA聚合酶正确识别其下游的起始子，从正确的位置起始转录；有些启动子的TA TA盒对转录十分重要，一旦缺失则完全失去活性。故TATA盒对有些Ⅱ型转录酶启动子的功能是十分重要。

3.常见的反式作用因子有哪些？其结构特点是什么？

4.原核生物与真核生物基因表达调节机制的主要差别是什么？

A 原核生物的基因多以操纵子为单位，转录和翻译是偶联的；真核生物的基因转录、RNA前体的加工、剪接在细胞核中进行，而翻译则在细胞质中进行.在原核生物中，基因表达的调控以转录水平调控为主，在调节基因的作用下，主要以操纵子为单位，转录出一条多顺反子mRNA，并指导蛋白质合成；而且转录和翻译是偶联的，很少发生mRNA的加工、修饰。但也存在转录后水平的调控，例如反义RNA的调控，翻译的调控，RNA开关等。

B在真核生物中，基因表达的调控十分复杂，可发生在多个层次、多个水平：包括从染色体和染色质的表观遗传学控制，DNA的复制、RNA的转录、加工与拼接、蛋白质翻译及翻译后加工、修饰等等。

对于真核生物基因的转录调控，主要是顺式作用元件（cis-acting element）与反式作用因子(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达多样性的重要机制；

近年发现的小分子RNA通过RNA干扰途径也可调节基因的表达，介导DNA的甲基化、mRNA的降解及翻译起始的抑制等。参与的有关酶和蛋白质的性质及机理也不尽相同。转录是基因表达关键的步骤之一，也是原核生物和真核生物基因表达的第一步。真核生物内含子的剪接和hnRNA加工机制十分复杂，可变剪接为一个基因产生多种蛋白质产物创造了可能。真核生物mRNA翻译后，其蛋白质产物可发生十分复杂的修饰和加工，例如，磷酸化、甲基化、乙酰化、糖基化、泛素化等。另外基因的表达还受到表观遗传现象的影响，例如组蛋白的修饰、染色体的重塑、DNA甲基化、RNA编辑等。

5.转座子的遗传学效应与应用

1、改变染色体结构

当转座子插入后而引起受体位点DNA一段短的同向重复序列（DR），即靶位加倍（target-site-duplication）。如转座子切离在DR之间重组，结果是夹在两个DR之间的DNA序列被切离而缺失(deletion)，中间的DNA序列形成一个环，将从细胞中丢失，DR在染色体上只留下一个拷贝(图6-51a)；如重组发生在IR之间，结果是夹在两个IR之间的DNA发生倒位（inversion）(图6-51b)，而反向重复得到保留，这将会导致下一次的倒位。

2、诱发基因突变

当转座子插入到某个基因座位中往往导致该基因失活，在某些情况，插入位点的基因保持正常转录，只是转录子中的插入序列通过转录后的剪接过程而被除掉，因此插入位点的基因仍表现出显性性状，这种现象叫做渗漏突变(leaky mutation)。也就是仍有—些残余水平基因表达的突变。该基因称为渗漏基因（leaky gene），又称亚效等位基因（hypomorph），即一种突变种基因与其野生型有相似的效应，但效应较弱。插入失活和渗漏突变与转座子在插入位点中的方向有关。

当两个转座子被同一转座酶识别而整合到染色体的邻近位置时，则它们之间的DNA将变得易于被转座酶作用而转座。如果它们之间的DNA中含有外显子，则该外显子将被切离，并可能插入另一基因之中。这种效应称为“外显子改组”（exon shuffling）。所谓外显子改组，即源自一个或几个基因的若干个外显子像“洗牌” 那样地进行重排，可以产生新的基因。这也是生物体产生新基因和基因进化多样性的途径之一

3、调节基因表达

反转录病毒带有增强子（enhancer）序列，很多转座子也带有增强子，它们像RNA病毒一样，能使其插入位点附近的基因

活性增强。转座子除了含有增强子外，有的转座子还含有启动子，也能促进基因的转录活性

4、产生新的变异

由于转座插入位点可能出现新的基因，如像Tn带的抗药性基因，它的转座不仅造成某个基因的插入突变，同时在此位点上出现一个新的抗药性基因。由于转座作用，使某些原来在染色体相距甚远的基因组合在一起，构建成一个操纵子或表达单元，也有可能产生一些具有新的生物学功能的基因和编码新的蛋白质分子。

6.简述染色质重塑的基本过程及其生物学功能。

染色质重塑(chromatin remodeling)是表观遗传修饰中一种常见的方式，是指导致整个细胞分裂周期中染色质结构和位置改变的过程。此过程涉及某些依赖能量供给的组蛋白修饰，从而导致许多蛋白-蛋白及蛋白-DNA的互作受到破坏。在染色质发生重塑的过程中，密集的染色质丝在核小体连接处发生松懈造成染色质疏松，从而使启动子区中的顺式作用元件得以暴露，为反式作用因子（转录因子）与之结合提供了空间接触的可能。细胞基因组中的DNA通常并非处于裸露状态，而是与组蛋白一起构成结构致密的染色质，故染色质结构状态的改变会影响基因的表达。

染色体重塑过程由两种蛋白复合体所介导，即A TP依赖型核小体重构复合体和组蛋白修饰复合体。前者通过水解作用改变核小体构型，后者对核心组蛋白N端尾部的共价修饰进行催化。

染色质重塑是DNA修复和基因表达调控过程中的一个重要环节。染色质重塑使染色质组织结构发生一系列重要的变化，如染色质去凝聚、核小体变成开放式的疏松结构、使转录因子等更易接近并结合核小体DNA，从而调控基因转录等。

A 染色质重塑与发育

SWI/SNF在果蝇的个体发育中具有重要作用。单一的SWI/SNF复合物参与转录调控，而SWI/SNF-ISWI复合物可以调控组蛋白与DNA之间的相互作用，引起核小体重构，促进基因组DNA与特定转录因子的结合。ISWI果蝇突变体最显著的表型是雄性果蝇X染色体存在结构缺陷，X染色体变短变宽，说明ISWI对维持染色体的正常结构具有重要作用。另外，ISWI 在体细胞核移植过程中还起到染色质重塑因子的作用，它以依赖ATP的方式使通用转录因子TA TA框结合蛋白(TATA box binding protein，TBP)从体细胞核基质上解离并从细胞核中释放出来，同时，其他一些蛋白质由卵母细胞质进入核内。TATA 框结合蛋白的解离可能启动染色质重塑。

B 染色质重塑与人类疾病

染色质重塑复合物和组蛋白修饰酶的突变均可引起人体生长发育畸形，导致智力发育迟缓，甚至癌症的发生，其原因可能是由于重塑复合物中的关键蛋白发生突变，使染色质重塑失败，核小体不能正确定位，并使DNA损伤修复复合物和转录因子等不能接近DNA，从而影响基因的正常表达。如果突变导致抑癌基因或调节细胞周期的蛋白发生异常，将导致癌症发生。染色质重塑复合物及其相关蛋白均与转录激活和抑制、DNA甲基化、DNA修复以及细胞周期相关。

C 染色质重塑与基因剂量补偿

在二倍体生物中，一些性别分化的遗传信息来自性染色体。通常，只有一条性染色体的结构产生变化，而另外一条则没有改变。许多生物中，遗传信息是由父亲传给儿子(Y染色体，XY型)或由母亲传给女儿(W染色体，ZW型)，这种性别决定导致X或Z染色体上的基因剂量不均等。基因剂量补偿(gene dosage compensation)是指在雌雄个体中确保X连锁基因产物均等化的机制。均等化可通过不同途径实现：（1）关闭雌性体细胞中两个X染色体中的一个（哺乳动物）；（2）相对于雄性个体，降低雌性X连锁基因双剂量转录的水平（线虫）；（3）提高雄性中X连锁基因单剂量转录的水平（果蝇）。剂量补偿效应广泛存在于生物界，其现象复杂, 机制各异。当两条X染色体中有一条失活时，并不意味着它上面的全部基因都失活。

论述题

1.有哪些方法可用于功能基因组学的研究？现在有何进展？

随着多种生物全基因组序列的获得，基因组研究正在从结构基因组学（转向功能基因组学的整体研究。在功能基因组学的研究中通常运用高通量技术（high-throuput techniques），如DNA微阵列（DNA microarrays），反向遗传学（reverse genetics）技术如基因打靶，转基因以及反义mRNA和RNA干扰等技术来系统地分析基因功能及基因间相互作用，基因组的时空表达以及发现和寻找新基因等。

DNA微阵列技术又称DNA芯片（DNA chips）或基因芯片技术（gene chips），它通过将对应于不同基因或cDNA的DNA 片段或寡聚核苷酸点样于微芯片上形成高密度的矩阵，与荧光标记的总mRNA进行杂交，然后通过激光共聚焦扫描检测并运用计算机软件对杂交信号进行自动化定性定量分析，具有高通量、实时、灵敏、准确等特点。

基因打靶是指通过转染的DNA序列与细胞内同源的基因组序列（靶序列）之间进行同源重组，以改变靶序列来研究其结构和功能或进行基因治疗的技术。基因打靶技术包括基因敲除（knock-out）和基因敲入(knock-in)，前者是用无功能的DNA序列与靶序列重组，破坏原基因组的遗传功能，后者是用有功能的DNA序列与受到破坏的靶序列重组使其恢复遗传功能。基

因打靶技术是一种从基因到表型的新研究方法，属于反求遗传学范畴。

反义mRNA技术通过向细胞导入一段与特定编码mRNA互补的非编码RNA链，使其与该段mRNA特异性结合而定向阻抑靶基因表达的技术。这一技术的成熟，为功能基因组学的研究和基因治疗提供了新的思路。在反义mRNA技术的研究过程中，科学家们意外发现导入正义mRNA（sense RNA）与导入反义mRNA具有等效的阻抑效应。而更令人吃惊的是如果导入相应双链RNA（dsRNA），其阻抑效应比导入任一单链RNA强十倍以上，dsRNA若经纯化则阻抑效应更强。这种双链RNA特异性地作用于与其序列配对的基因而抑制其表达的现象叫做RNA干涉。RNA干涉技术作为一种新的定点敲除knockdown技术，赋与了功能基因组学、基因治疗等全新的思路，堪称生命科学近年来的革命性的突破。因而发现RNA干扰机制的两位美国科学家Fire和Mello荣获2006年诺贝尔生理学或医学奖(表1－1)。可见该项成果的重大科学意义。

2.目前最常用的突变体创制方法有哪些？如何利用突变体进行功能基因组学研究？

5.5 突变体的创制与应用

突变体是遗传学研究的重要材料，其表型与基因型是基因功能研究的直接证据，因此突变体的创制和特异突变体的筛选非常重要。已知突变体可分为自发突变和人工诱变。自发突变不足以满足现代遗传学研究的需要。诱发突变则可以利用人工的方法提高基因突变频率，在短时间内创制大量突变体，还可以获得许多在自发突变下很难产生的新类型突变体。基因诱变常用的化学诱变因素多为烷化剂，如EMS和N-甲基-N-亚硝基脲(methylnitrosourea，MNU)等，物理诱变因素为电离辐射和快种子等，生物诱变因素为转座子、逆转座子等。此外科研工作者还可通过转基因、基因打靶等生物技术创制突变体，相关实验技术见本书第12章。

5.5.1 EMS突变体

EMS处理生物材料可使DNA的鸟嘌呤第六位酮基烷化而形成O6-乙基鸟嘌呤，而O6-乙基鸟嘌呤可以与腺嘌呤配对而不能与胞嘧啶配对。因此，原来DNA中的G-C对通过随后的修复变为A-T。通常EMS诱发突变99%为C/T突变，导致C/G变为T/A碱基替换。EMS也可以通过水解第七位的7-乙基鸟嘌呤诱发极低频率的G/C向C/G 或G/C 向T/A的碱基替换、或由于3-乙基腺嘌呤错配导致A/T向G/C转变。然而，也有报道EMS处理也可以导致染色体的异常，如DNA片段缺失等。EMS诱发的特点是突变均匀分布于整个基因组中而不呈现明显的“热点”。根据模式植物拟南芥菜基因组的碱基组成情况，EMS引起的转录提前终止突变约为5%，而错义突变约为65%。因此，我们不仅仅可以通过EMS造成转录提前终止的功能缺失突变体来研究基因的功能，也可以通过错义突变引起的一些表型较弱、中间类型的突变体来研究功能蛋白中某个特定氨基酸残基的功能。

5.5.2 快中子突变体

电离辐射是原子核发生衰变时所放出的射线，种类很多，主要有：

①α射线，其本质是氦的原子核，穿透能力弱，在生物组织中穿透只有几十微米；

②β射线，一种电子流，其穿透能力较α粒子强，在生物组织中达数个毫米；

③γ射线，有时也称为γ光子，是不带电的粒子，比α、β粒子小，有很强的穿透能力；

④n射线，也就是中子流，不带电，几乎不能与原子的电子相互作用，只能和原子核相互作用，一般中子源发出的中子为快中子，能量比较高，质量小，速度快，穿透能力极强。

5.5.3 T-DNA标签突变体

T-DNA标签技术是以农杆菌介导的遗传转化为基础的一种插入突变研究方法。由于农杆菌的寄主范围较广,转化技术成熟,故是创造插入突变体的有效途径。与转座子标签技术相比,该法的最大特点是插入后较稳定。在获得稳定的突变表型后,可用报告基因为探针在突变体文库中克隆相应的功能基因。若插入的片段内包括大肠杆菌的复制起点,则可通过质粒挽救的方法克隆插入序列两翼的植物基因片段。T-DNA插入的另一特点是如果插入的是无启动子的抗生素抗性等报告基因，而T-DNA 插入植物启动子附近，就可导致外源报告基因的表达，从而可在细胞或组织水平上进行筛选。

5.5.4 转座子标签突变体

由于转座子活跃的转座活性能导致高频率的基因突变而被广泛应用与病毒、细菌、酵母、果蝇、拟南芥菜、水稻等物种的突变体创制与基因功能研究。尤其是在高等植物上取得了突破性进展，如玉米激活子(activator，Ac)、解离子(dissociation，Ds)、增变子(mutator，Mu)、Spm/En，金鱼草Tam、矮牵牛dTphl以及水稻的Tos17。而且它们在不同的物种中也表现出转座活性，例如玉米Ac/Ds、烟草逆转录转座子Tto1、Tto2（Tnt1）在拟南芥菜、蕃茄和水稻等新的宿主中都进行了表达、具有较高的转座活性。更为重要的是单子叶植物的转座子可以在双子叶植物中表达、双子叶植物的转座子也可以在单子叶植物中表达，说明在植物进化过程中转座子的表达和转座机制具有较高的保守性，同时为转座子在突变体创制与基因功能研究提供了更广阔的前景。

3.RNAi通过哪些机制控制基因的表达？实践中有何应用？

RNAi：最早来自Craig Mello和Andrew Fire的研究，即双链RNA（dsRNA）引起线虫高效、特异基因的沉默，且能够传播到全身及后代，于1998年正式发表论文，公布了有关RNA干扰的机制。

A 同源RNA的降解（RNAi，VIGS，PTGS，dsRNA）：siRNA通过介导包含Ago蛋白的RISC，识别互补的mRNA，并切割；miRNA同样介导完全互补或接近完全互补的mRNA在10或11位的精确切割（Piwi domain）。

B 转录沉默（TGS）：诱导特异性靶基因甲基化（主要是DNA序列上的胞嘧啶，Cytosine）。

C 同源RNA的翻译抑制：通过部分互补实验也表明siRNA可以抑制靶基因的蛋白表达，而不影响其mRNA水平，其机制尚未清楚。

RNAi的应用－基因功能鉴定

RNAi的应用－作物品质改良

RNAi的应用－植物农艺性状改良

4.DNA甲基化是如何在转录水平上抑制基因表达的？

⑴直接干扰特异转录因子与各自启动子结合的识别位置DNA的大沟是许多蛋白因子与DNA结合的部位，胞嘧啶的甲基化干扰转录因子与DNA的结合。许多转录因子，如AP-2和E2F等能识别含CpG的序列，且对其甲基化程度非常敏感，当CpG上的C被甲基化后，转录即被抑制(图9-5)。

⑵转录抑制复合物干扰基因转录甲基化DNA结合蛋白与启动子区内的甲基化CpG岛结合，再与其它一些蛋白共同形成转录抑制复合物(transcriptional repression complex, TRC)，阻止转录因子与启动子区靶序列的结合，从而影响基因的转录。已经鉴定了甲基化胞嘧啶结合蛋白1和2(MeCP1和MeCP2)及甲基化DNA结合蛋白（MBD）等转录抑制复合物。MeCP1是一个蛋白复合体，但不稳定，主要由MBD3、MBD2、HDAC1/2和RbAp46/48 (Rb-associated histone-binding protein 46/48)等所组成。MeCP1的抑制作用比较弱，需要与含12个甲基化CpG的位点结合，缺乏MeCP1的细胞其基因组内甲基化基因的抑制作用减弱。

⑶通过改变染色质结构而抑制基因表达DNA甲基化与组蛋白去乙酰化正相关，而乙酰化修饰正是调节基因表达的另一重要方式。染色质构型的变化伴随着组氨酸的乙酰化和去乙酰化，许多乙酰化和去乙酰化酶本身就分别是转录增强子蛋白和转录阻遏物蛋白。DNA失活的区域处于高度甲基化状态，同时又富含低乙酰化组氨酸。CpG二聚体中胞嘧啶甲基化是高等真核生物基因组的主要特征。一般来说，在基因启动子区的DNA甲基化伴随着基因沉默。

5.真核生物CG岛的甲基化状态与基因的表达活性的关系如何？

6.端粒及其生物学意义

端粒是短的多重复的非转录序列（TTAGGG）及一些结合蛋白组成特殊结构，除了提供非转录DNA的缓冲物外，它还能保护染色体末端免于融合和退化，在染色体定位、复制、保护和控制细胞生长及寿命方面具有重要作用，并与细胞凋亡、细胞转化和永生化密切相关。当细胞分裂一次，每条染色体的端粒就会逐次变短一些，构成端粒的一部分基因约50～200个核苷酸会因多次细胞分裂而不能达到完全复制（丢失），以至细胞终止其功能不再分裂。因此，严重缩短的端粒是细胞老化的信号。在某些需要无限复制循环的细胞中，端粒的长度在每次细胞分裂后被能合成端粒的特殊性DNA聚合酶-端粒酶所保留。稳定染色体末端结构，防止染色体间末端连接，并可补偿滞后链5'末端在消除RNA引物后造成的空缺。

组织培养的细胞证明，端粒在决定动植物细胞的寿命中起着重要作用，经过多代培养的老化细胞端粒变短，染色体也变得不稳定。

细胞分裂次数越多，其端粒磨损越多，寿命越短。通常情况下，运动加速细胞的分裂，运动量越大，细胞分裂次数越多，因此寿命越短。所以体育运动一定要适可而止。

端粒DNA主要功能有：第一，保护染色体不被核酸酶降解；第二，防止染色体相互融合；第三，为端粒酶提供底物，解决DNA复制的末端隐缩，保证染色体的完全复制。端粒、着丝粒和复制原点是染色体保持完整和稳定的三大要素。同时，端粒又是基因调控的特殊位点, 常可抑制位于端粒附近基因的转录活性（称为端粒的位置效应，TPE）。在大多真核生物中，端粒的延长是由端粒酶催化的，另外，重组机制也介导端粒的延长。