基因沉默突变并不”沉默”?
植物抗病毒的可能机制-基因沉默

植物抗病毒的可能机制——基因沉默植物抗病性是植物抵抗病原物侵染的性能。
1986年有人首次将烟草花叶病毒(TMV,下称)的衣壳蛋白(CP,下称)基因导人烟草获得了抗TMV转基因植株后,很多学者开展了转基因抗病毒的研究。
1990年Carylon等人首先报道了转基因沉默(Transgene silencing)现象。
基因沉默是指生物体中特定基因由于种种原因不表达。
它发生在两种水平上,1种是转录水平上的基因沉默,另1种是转录后基因沉默(post transcriptional gene silencing.PTGS.下称)。
转录后水平基因沉默在植物表现型上称为共抑制,是指在外源基因沉默的同时,与其同源的内源基因的表达也受到抑制的现象。
Carylon为加深花色将查尔酮合成酶基因(ehalcone synthase,CHS)转到紫花矮牵牛中,发现42%的转基因植株中不仅花色未加深,反而变为白色或紫白相间,这种转入的外源基因和内源基因共同沉默的现象就是转基因沉默。
目前认为.植物基因沉默是植物长期进化形成的用来防止外来遗传物质干扰自身基因组功能和保持稳定性的重要机制,是生物体中1种不完全的原始的生物免疫系统。
本文将从基因沉默的角度介绍植物抗病毒的可能机制。
1 RNA介导的病毒抗性和PTGS近20年来,植物抗病毒基因工程的研究逐步深入。
在CP基因介导的抗性研究中,对CP基因进行改造,插入翻译终止密码子或去掉翻译起始密码子,使其不能翻译产生CP蛋白,结果也能获得高抗病甚至免疫的转基因植株。
这种病原来源的抗性称之为RNA介导的病毒抗性(RNA mediated virus re— sistance,RMVR.下称)。
RMVR与PTGS机制类似。
两者均发生在胞质中。
PTGS与RMVR两种现象具有许多共同特征,如序列特异性、与转基因的拷贝数有关,减数分裂后沉默保持的不可预见性(George,1998),所以RMVR也是1种PTGS。
植物基因沉默

摘要:植物抗病性是研究植物与病原体之间相互关系中寄主植物抵抗病原体侵染的性能,这是植物的一种属性。
对于植物的抗病性,人们早就从遗传学角度进行了研究。
40 年代通过遗传分析,提出了基因对基因学说,认为抗性是植物品种所具有抗性基因和与之相应的病原体的非致病性基因结合时才得以表现,从遗传上初步说明了病原体和寄主的相互关系。
60 年代发现寄主对病原体侵染的过敏反应,认为这是寄主对病原体侵染防卫反应。
70 年代开始运用分子生物学技术分析病原体的无毒基因和致病基因,开始确定寄生的防卫基因。
80 年代研究得到寄主系统抗病反应与水杨酸相关。
90年代开始克隆寄主的抗病基因。
从病毒诱导基因沉默的遗传学和分子生物学角度来探讨植物抗病的可能机制,基因沉默是近十年来在转基因植物中发现的一种后生遗传现象。
基因沉默大体可以分为两类:位置效应引起的基因沉默和同源依赖的基因沉默。
其中,同源依赖的基因沉默又可以分为转录水平的基因默和转录后水平的基因沉默。
基因沉默的发现使得人们对植物和病毒的相互关系有了一个新的认识。
基因沉默研究中所发现的转录后基因沉默现象是植物抵御病毒入侵、保持自身基因组完整性的一种防御机制,是植物与病毒共进化的结果。
对于沉默产生的机理,尤其是转录后基因沉默,已经提出不少模型,有阈值模型、异常RNA模型、生化开关模型、反义RNA模型等,但是都未能较全面地解释基因沉默中出现的各种实验现象。
该文现就实验所取得的相关结果、转录后基因沉默机制和植物对病毒防御机制的相互关系,以及其研究进展进行综述。
植物病毒是农作物生产上的主要病害之一,据统计,全球共有几百种植物病毒。
植物病毒有时会对粮食产量和人类数量产生灾难性的影响。
仅以马铃薯为例,因马铃薯X 病毒(PVX) 造成的损失可达10 % ,马铃薯Y 病毒( PVY) 所造成的损失可高达80 %。
对病毒病的研究始于20 世纪初,1928 年Wingard[28]首次发现了“恢复”( recovery) 现象,即植物受到病毒侵染发病后,经过一定时间植株可以从病毒侵染症状中“恢复”过来,新长出的叶片不再感染病毒,具有了一定的抗性。
基因沉默

基因沉默摘要随着基因技术的迅速发展和广泛应用,在转基因技术实践中首先暴露出来的外源基因不能按照预期设想进行表达的问题越来越显得普遍,而人们对基因沉默现象的不断深入研究和探索,不仅揭示出了基因沉默的发生机制,也在一定程度上推动了新技术的产生和应用,这不仅推动了基因研究领域的发展,更在遗传群体构建、疾病治疗等方面建立了新方法、新体系,为生物学技术的发展做出了贡献。
关键字基因沉默分类机理应用1.引言基因沉默(Gene Silencing),又称为基因沉寂,是真核生物细胞基因表达调节过程中的一种特殊生理现象,是指细胞基因在表达过程中受到各种因素的综合作用而导致基因部分区段发生“沉寂”现象,从而失去转录活性并不予表达或表达减少。
该现象最先于1986年Peerbolte在转基因植物研究中所发现,随后科学家在线虫、真菌、水螅、果蝇以及哺乳动物中陆续发现了基因沉默现象的存在。
转基因沉默是基因沉默现象最为频发和常见的,这也是转基因为何在受体难以百分之百全部表达的因素之一,其基本特征是导入并整合到受体基因组的外源基因在当代或后代中表达活性受到抑制。
研究发现,其主要原因是由于转基因之间或转基因与内源基因之间存在着序列同源性,因此转基因沉默又被称为同源性依赖的基因沉默(homology-dependent gene silencing)。
根据沃森-克里克的核酸碱基互补配对模型,基因沉默可能涉及到DNA-DNA、DNA-RNA以及RNA-RNA三种不同形式的核酸分子之间的互作,简单地说就是插入的外源DNA或自身基因区段在核内高浓度的RNA作用下,能够与内源反向DNA 或者RNA进行碱基互补配对,并且在核内被重新甲基化,进而导致基因沉默;而另一种可能则是内源基因与转基因转录生成的RNA之间互补配对生成可被RNases酶性降解的双链RNA(dsRNA),其水解直接导致基因的不表达,即基因沉默效果。
从染色体水平上看,基因沉默现象的实质是形成异染色质(Heterochromation)的过程,检查发现被沉寂的基因区段往往呈现出高浓缩状态,显然,这在一定程度上也决定了被沉寂基因的难表达性。
基因沉默的机制

基因沉默的机制基因沉默的机制是指一些基因在细胞中被关闭或抑制,使得它们的功能无法被表达出来。
这种现象在许多生物过程中都是非常重要的,因为它能够帮助细胞在特定的时刻只表达所需的基因,从而实现细胞的特化和分化。
现在,我们来看看基因沉默的机制是如何发生的。
1. DNA甲基化DNA甲基化是基因沉默的一种主要机制。
它是指DNA上的碳氢化合物甲基与DNA碱基结合,从而改变DNA的结构和功能。
在一些特定的基因区域,如启动子、预测性基因区域等,DNA甲基化可以阻止转录因子与DNA结合,从而导致细胞无法表达这些基因。
2. 组蛋白修饰组蛋白是一种重要的蛋白质,它包裹着DNA,帮助DNA形成一些特定的结构。
在某些情况下,组蛋白可以通过修饰来改变DNA的结构和功能。
例如,通过添加甲基、酰化或泛素化等修饰,可以使得某些基因区域对转录因子和RNA聚合酶的结合发生不同的响应,从而影响基因的表达。
3. RNA干扰RNA干扰是一种双链RNA介导的调节机制,它能够选择性地清除某些RNA,从而阻止它们被翻译成蛋白质。
在这个过程中,双链RNA机器会识别特定的mRNA,然后用核酸酶将mRNA剪切成小片段,使得其无法翻译成蛋白质。
这种机制对基因表达的调节十分重要,特别是在一些病毒感染、病理性突变和RNA病毒感染的情况下,RNA干扰可以帮助细胞对抗这些外来的遗传信息。
基因沉默机制是细胞分化和功能特化中非常重要的一部分。
尽管我们对这些机制的理解还不够彻底,但我们已经可以看到,这些机制是非常复杂和关键的。
在未来,随着科技的发展和研究的深入,我们相信我们将能够更好地理解这些机制,从而为人类的生长发育和疾病治疗提供更好的解决方案。
基因突变的特点知识点总结

基因突变的特点知识点总结一、基因突变的多样性基因突变的多样性表现在多个方面,包括突变的类型、位置、频率和影响。
1. 突变的类型基因突变可以分为点突变、插入突变和缺失突变等多种类型。
点突变是指单个碱基的改变,它可以分为错义突变、无义突变和同义突变等不同类型;插入突变是指在DNA序列中插入一个或多个碱基;缺失突变是指DNA序列中丢失了一个或多个碱基。
此外,还有一些特殊类型的突变,如转座子突变、倒位突变等。
2. 突变的位置基因突变发生的位置也是多样的,它可以发生在基因的编码区、非编码区、启动子区、终止子区等不同位置。
不同位置的突变对基因的表达和功能产生不同的影响。
3. 突变的频率基因突变的频率是指在一定数量的DNA分子中发生突变的概率。
突变的频率可以受到许多因素的影响,例如化学物质、辐射、外界环境等因素均可诱发突变。
不同基因的突变频率也会有所不同。
4. 突变的影响基因突变的影响是多样的,它可以导致基因的表达和功能发生改变,从而对生物体的生理和形态产生影响。
有些突变对生物体有害,导致疾病的发生;有些突变则可能对生物体产生有利的适应性变化,促进进化。
此外,一些突变可能对生物体没有明显的影响,被称为沉默突变。
二、基因突变的随机性基因突变的发生是具有一定随机性的,它受到许多因素的影响,包括DNA复制的误差、环境因素的诱导、外源性损伤等。
随机性意味着基因突变的发生是不可预测的,它在生物体个体层面上呈现出一定的随机性。
1. DNA复制的误差DNA的复制是生物体遗传物质传递的基础,但在复制的过程中难免会出现错误。
这些错误可能导致基因组上的碱基序列发生变化,从而引发基因突变。
2. 环境因素的诱导环境因素如化学物质、辐射等可能对基因组产生损害,从而诱发基因突变。
这些外界环境因素对基因突变的发生起着重要的影响。
3. 外源性损伤外源性损伤是指外界环境中的有害物质直接对DNA分子产生损害,从而导致基因突变的发生。
这是一种直接原因导致的基因突变。
基因沉默技术:治疗遗传性疾病的新希望

基因沉默技术:治疗遗传性疾病的新希望在医学的广阔天空中,基因沉默技术如同一颗新星,其光芒正在逐渐照亮治疗遗传性疾病的未来。
这项技术,被科学家们形象地比喻为“分子剪刀”,能够精确地剪除或修复导致疾病的基因序列,从而为患者带来新的希望。
首先,让我们来了解什么是基因沉默技术。
简单来说,它是一种通过特定的分子机制,使特定基因的表达受到抑制或完全停止的技术。
这就像是给有问题的基因按下了“静音键”,阻止它继续制造有害的蛋白。
那么,这项技术为何能成为治疗遗传性疾病的新希望呢?让我们来看几个例子。
首先,对于一些由单一基因突变引起的疾病,如囊性纤维化、镰状细胞贫血等,基因沉默技术可以直接针对这些突变基因进行干预,从根本上解决问题。
其次,对于一些复杂的多基因疾病,如癌症、心脏病等,虽然不能直接治愈,但基因沉默技术可以作为一种辅助治疗手段,帮助减轻症状或延缓病程。
当然,任何新技术的出现都会伴随着挑战和争议。
基因沉默技术的安全问题是人们关注的焦点之一。
毕竟,我们是在对生命的基本单位——基因进行操作,稍有不慎就可能引发严重的后果。
此外,如何确保技术的准确性和有效性,也是科学家们需要不断探索的问题。
尽管如此,我仍然对基因沉默技术抱有乐观的态度。
我相信,随着科学研究的深入和技术的进步,这些问题最终将得到解决。
而且,与其他治疗方法相比,基因沉默技术具有不可比拟的优势。
它不仅可以针对病因进行治疗,还可以实现个性化医疗,根据每个患者的具体情况制定治疗方案。
在我看来,基因沉默技术就像是一把双刃剑。
一方面,它为我们提供了治疗遗传性疾病的新途径;另一方面,它也带来了新的挑战和风险。
我们需要谨慎而明智地使用这项技术,确保它真正造福于人类。
最后,我想用一个比喻来结束这篇文章:基因沉默技术就像是一艘航船,正驶向未知的海域。
虽然前方可能充满了风浪和暗礁,但只要我们坚定信念、勇往直前,就一定能够到达理想的彼岸。
在这个过程中,科学家、医生和患者都需要携手合作,共同面对挑战、分享成果。
基因沉默的研究进展

基因沉默的研究进展基因沉默是指在细胞内,一些基因的表达被抑制,这些基因产生的蛋白质无法正常表达。
基因沉默过程可以发生在多种生物中,包括植物和动物,是一种重要的基因调控机制。
在过去的几十年中,基因沉默的研究吸引了大量的研究者,这其中,RNA干扰技术是一种应用广泛的方法。
RNA干扰是一种DNA片段和RNA分子的“静默”机制,通过RNA分子介导的RNA-DNA或RNA-RNA间相互作用,抑制特定基因的表达。
RNA干扰技术可以被用于检测基因功能,筛选基因表达调节因子,开发基因治疗策略等研究中。
RNA干扰技术使得探究基因调节机制变得更加深入和高效。
在基因沉默的研究中,RNA干扰技术发挥了重要作用。
RNA干扰一般分为外源RNA干扰和内源RNA干扰两种类型。
而内源RNA干扰又叫做RNA介导的基因沉默,是生物内部特异性基因抑制的重要机制。
许多生物体通过RNA干扰来进行内源基因沉默,起到清除宿主病毒、抵抗外源侵染等作用。
在RNA干扰技术的应用中,siRNA分子是一种最常用并且最有效的RNA干扰体。
siRNA双链分子包括两个异源链,一条链是外源的,一条链是内源的,分别称为“导引链(guide)”和“打靶链(passenger)”。
打靶链成为siRNA的一个关键特征,siRNA分子无论是在体内还是体外都能非常有效地抑制靶基因的表达。
因此,研究者们开始探索siRNA分子在基因疾病治疗中的应用。
siRNA技术主要分为两种:体内和体外。
在体内siRNA技术中,siRNA分子往往通过直接注射或载体介导的递送进入患者的细胞。
体外siRNA技术则是通过紫外线或酶切等方法制备siRNA,并将其添加到体外细胞培养基中,使得靶基因的表达受到抑制。
这些方法都提供了控制基因表达的可能性,开拓了临床应用前景的空间。
除了RNA干扰技术,基因编辑技术也被广泛用于研究基因沉默。
基因编辑技术是指利用人工合成的核酸分子,将其导入到细胞内平推或在基因组中进行操纵,改变或替换人类基因。
基因沉默技术的原理及应用

基因沉默技术的原理及应用1. 引言基因沉默技术是一种用于研究基因功能和调控机制的重要方法。
它能够通过抑制特定基因的表达来观察其对细胞和生物体的影响,为我们揭示基因在生物体内的功能和相互作用提供了有效的手段。
本文将介绍基因沉默技术的原理以及其在基础研究和应用方面的相关实验技术。
2. 基因沉默技术的原理基因沉默技术主要通过RNA干扰(RNA interference,RNAi)和基因编辑技术实现。
以下将分别介绍这两种技术的原理。
2.1 RNA干扰(RNAi)RNA干扰是一种通过介导RNA分子与特定的mRNA相互作用来沉默目标基因表达的方式。
其基本原理是通过引入双链RNA(dsRNA)或小干扰RNA(siRNA)分子,利用细胞内的RNA诱导酶(RNA-induced silencing complex,RISC)将这些RNA分子切割成小片段,并通过与靶标mRNA互补序列的结合,诱导腺苷酸转化酶(adenosine deaminase,APOBEC)催化酶将目标mRNA降解,进而抑制基因的表达。
RNA干扰技术已经得到广泛应用,主要包括以下几个方面: - 基因功能研究:通过沉默特定基因,观察其对细胞生长、分化和功能的影响,从而揭示基因功能和调控机制。
- 药物筛选:利用RNA干扰技术可以高通量筛选候选药物,加速新药研发过程。
- 疾病治疗:RNA干扰技术可用于治疗基因突变引起的疾病,例如肿瘤和遗传性疾病等。
2.2 基因编辑技术基因编辑技术可以通过改变基因组DNA的序列来实现对特定基因的沉默。
CRISPR-Cas9技术是目前最常用的基因编辑技术之一。
其基本原理是利用Cas9蛋白和RNA分子形成复合物,通过与目标基因的DNA序列互补结合,引导Cas9蛋白在目标位点上产生双链切割。
随后,细胞内自身的修复机制(如非同源末端联合修复)介导修复切割部位,导致目标基因的功能缺失或沉默。
基因编辑技术在基础研究和临床应用上具有广阔的前景,如下所示: - 基因功能验证:通过编辑特定基因,验证其对生物体生理和病理过程的影响,从而鉴定相关疾病发病机制。
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6. Sosnick, T. R. Kinetic barriers and the role of topology in protein and
RNA folding. Protein Sci. 2008, 17, 1308–1318.
Thanks for your attention!
Warning:
2006, 4, 933–942.
5. Tuller, T. et al. An evolutionarily conserved mechanism for controlling
the efficiency of protein translation. Cell . 2010, 141, 344–354.
Hum. Mol. Genet. 2003, 12, 205–216.
4. Kudla, G., Lipinski, L., Caffin, F., Helwak, A. & Zylicz, M. High guanine and
cytosine content increases mRNA levels in mammalian cells. PLoS Biol.
沉默突变“不沉默” Silent mutation really silent?
Presenter:XXX
目录
CONTENTS
1 干扰RNA剪接 2 miRNA结合位点 3 改变mRNA稳定性 4 影响翻译起始 5 影响翻译延伸 6 影响蛋白质折叠
1 干扰RNA剪接
• Pre-mRNAs含有内含子和外显子 • 外显子剪接增强子(ESEs):外显子中的
短核苷酸序列,能与剪接调节蛋白结合, 指导剪接体(spliceosome)到达正确剪接位 置
2 miRNA结合位点
• miRNA参与转录后基因表达调控 • 人许多miRNA作用靶位点位于mRNA的3’
非翻译区 • 研究发现immune-related GTPase family M
(IRGM) 编码区发生的一个同义突变改变 了一个miRNA 结合位点
献
Sci. USA. 2005, 102, 6368–6372.
2. Brest, P. et al. A synonymous variant in IRGM alters a binding site for
miR-196 and causes deregulation of IRGM-dependent xenophagy in
Crohn’s disease. Nature Genet. 2011, 43, 242–245.
3. Duan, J. B. et al. Synonymous mutations in the human dopamine
receptor D2 (DRD2) affect mRNA stability and synthesis of the receptor.
3 改变mRNA稳定性
• 同义突变改变mRNA的降解从 而影响蛋白质水平
• 例如,多巴胺受体Байду номын сангаас2(DRD2) 的一个同义突变改变其mRNA 的二级结构,使mRNA容易降 解,蛋白水平下降
4 影响翻译起始
• mRNA二级结构可调节蛋白质表 达
• 同义突变导致mRNA结构变化, 结构越稳定,蛋白质水平相应 越低
• 局部二级结构太过稳定的mRNA 不易起始翻译
5 影响翻译延伸
• mRNA起始段有一串稀有密码子,前3050密码子的翻译较慢
• “匝道”使mRNA上的核糖体有一定距离 间隔,防止核糖体拥塞,产生错误折叠 蛋白
• 稀有tRNA或是最佳tRNA,影响翻译的动 力学过程
6 影响蛋白质折叠
• 在核糖体暂停位点,翻译速度减慢,相 邻两个结构域将独立折叠;若同义突变 导致暂停位点消失,相邻两个结构域将 共折叠,使蛋白质结构变化
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参
1. Pagani, F., Raponi, M. & Baralle, F. E. Synonymous mutations in CFTR
考 文
exon 12 affect splicing and are not neutral in evolution. Proc. Natl Acad.