06转录后的调节
转录调节位点和转录因子数据库介绍_张光亚
１０生物学通报２００５年第４０卷第１１期２００３年即Ｗａｔｓｏｎ和Ｃｒｉｃｋ发表ＤＮＡ双螺旋结构５０周年，宣布了人类基因组计划的完成，与此同时，其他许多生物的基因组计划已完成或在进行中，在此过程中产生的大量数据库对科学研究的深远影响是以前任何人未曾预料到的。
然而遗憾的是，许多生物学家、化学家和物理学家对这些数据库的使用甚至去何处寻找这些数据库都只有一个比较模糊的概念。
基因转录是遗传信息传递过程中第一个具有高度选择性的环节，近２０年来对基因转录调节的研究一直是基因分子生物学的研究中心和热点，因此亦产生了大量很有价值的数据库资源，对这些数据库的了解将为进一步研究带来极大便利，本文对其中一些数据库进行简要介绍。
１ＤＢＴＳＳＤＢＴＳＳ（ＤａｔａＢａｓｅｏｆＴｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌＳｔａｒｔＳｉｔｅｓ）由东京大学人类基因组中心维护，网址：ｈｔｔｐ：／／ｄｂｔｓｓ．ｈｇｃ．ｊｐ。
最初该数据库收集用实验方法得到的人类基因的ＴＳＳ（ＴｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌＳｔａｒｔＳｉｔｅｓ，转录起始位点）数据。
对转录起始位点（ＴＳＳ）的确切了解具有非常重要的意义，可更准确的预测翻译起始位点；可用于搜索决定ＴＳＳ的核苷酸序列，而且可更精确地分析上游调控区域（启动子）。
自２００２年发布第一版以来已作了多次更新。
目前包含的克隆数为１９０９６４个，含盖了１１２３４个基因，在ＳＮＰ数据库中显示了人类基因中的ＳＮＰ位点，而且现在含包含了鼠等其他生物的相关数据。
ＤＢＴＳＳ最新的版本为３．０。
在该最新的版本中，还新增了人和鼠可能同源的启动子，目前可以显示３３２４个基因的启动子，通过本地的比对软件ＬＡＬＩＧＮ可以图的形式显示相似的序列元件。
另一个新的功能是可进行与已知转录因子结合位点相似的部位的定位，这些存贮在ＴＲＡＮＳＦＡＣ（ｈｔｔｐ：／／ｔｒａｎｓｆａｃ．ｇｂｆ．ｄｅ／ＴＲＡＮＳＦＡＣ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）数据库中，免费用于研究，但ＴＲＡＮＳＦＡＣ专业版是商业版本。
植物的生长转录因子和基因调控
生态恢复：通过调控转录因子和基因表达，促进受损生态系统的恢复和重建
合成生物学：利用转录因子和基因调控元件构建人工生物系统，实现新功能或优化现有功能
提高植物生长转录因子和基因调控研究的系统性和综合性
深入研究植物生长转录因子和基因调控的相互作用关系，以及它们在不同环境条件下的变化情况。
整合多学科知识：植物生长转录因子和基因调控研究需要综合生物学、遗传学、生物化学等多个学科的知识，以揭示其内在机制。
植物的生长转录因子和基因调控
汇报人：XX
目录
01
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02
植物的生长转录因子
03
基因调控在植物生长中的作用
04
植物生长转录因子与基因调控的相互关系
05
植物生长转录因子和基因调控的应用前景
06
展望未来研究方向
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PART 01
植物的生长转录因子
PART 02
转录因子的定义和作用
基因调控的重要性：基因调控对植物生长、发育和响应环境变化至关重要，它决定了细胞类型和功能的多样性。
基因表达的调控方式
转录水平调控：通过调节转录起始和转录速率来控制基因的表达
翻译水平调控：通过影响蛋白质合成的速率和数量来调控基因表达
翻译后水平调控：通过蛋白质的修饰、定位和稳定性等来调控基因表达
转录后水平调控：通过影响mRNA的剪接、编辑和稳定性等来调控基因表达
植物生长相关基因的调控机制
基因表达的调控：转录因子在植物生长中的重要作用
转录因子对植物生长的影响：促进或抑制生长的关键因素
基因调控对植物生长的影响
基因调控在植物生长中的重要性
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转录因子在基因调控中的作用
转录因子的生物学功能和调节机制
转录因子的生物学功能和调节机制转录因子是一种与DNA结合并调节基因转录的蛋白质。
在生物界中，它们发挥着至关重要的作用。
转录因子参与着基因表达的调节，从而对细胞分化、发育、凋亡等过程起到着关键的作用。
在受到外界刺激后，转录因子还能改变基因表达，从而适应环境变化。
一、转录因子的生物学功能转录因子的主要作用是在转录起始位点控制基因表达的产生。
其以DNA结合域为基础，能够与特定的序列结合并产生转录的反应。
转录因子在基因调控中发挥关键作用，与基因激活和抑制相关。
依据其结构组成及作用机制，可将转录因子分为激活转录因子和抑制转录因子两种。
激活转录因子通过结合到特异性范畴影响转录启动复合体的形成，促使RNA聚合酶在启动位点的定位和结合，从而驱动基因的启动转录。
抑制转录因子则通过竞争性地结合到目标基序上，并抑制转录启动复合体的形成或直接抑制RNA聚合酶的活性来达到抑制基因表达的目的。
二、转录因子的调节机制转录因子的调节机制可以分为四类：DNA序列特异性和可变特异性，转录因子的翻译后修饰，转录因子与其他蛋白相互作用的多种方式，以及和RNA结合的方式。
DNA序列的特异性和可变性是转录因子作用最基础的调节机制。
序列中特定区域配对了特定转录因子，进而调节基因表达。
一些转录因子能够依据不同的可变序列选择合适的配对位置，以满足特定的转录调节要求。
另一种机制则是通过转录因子后翻译修饰来控制其活性和功能。
转录因子经常被翻译后修饰，包括磷酸化、乙酰化、甲基化等，这些翻译后修饰可以影响基因调控过程中转录因子的结构和功能。
转录因子和其他蛋白质相互作用的方式也是一种重要的调节机制。
转录因子可以结合到传递信号途径中其他蛋白质，如转录辅助因子，以达到最终的基因调控效应。
最后一种机制是与RNA结合的方式。
一些转录因子通过与特定RNA结合并调节其稳定性，从而直接影响基因表达。
总之，转录因子在维持生物组织结构和正常生理代谢中起关键作用，它们的功能良好才能够维持基因表达的稳定性，同时还能够克服身体受到不同刺激因素的适应能力，促进健康生活。
转录因子在遗传调控中的作用
转录因子在遗传调控中的作用随着基因组学和生物学的发展，我们了解到遗传调控是生物体内基因表达的关键过程，而转录因子是遗传调控中的重要元件。
转录因子是一类可以结合到某些特定DNA序列上，调节基因转录过程的蛋白质分子。
在遗传信息的转录和表达过程中，转录因子的作用可以是正向或反向的，这极大地影响了生物体内基因表达的数量和类型。
本文将介绍转录因子在遗传调控中的作用及其机制。
转录因子的分类轻链多肽（light chain polypeptide）和酪氨酸激酶（tyrosine kinase）是最早被发现的转录因子类型，后来又发现了醛缩酶（Aldehyde dehydrogenase）和DNA结合蛋白（DNA binding protein）等其他类型。
根据结构和功能的差异，可以将转录因子分为五类：锌指蛋白（zinc finger protein）、家族蛋白（helix-turn-helix family）、酸性域蛋白（acid domain protein）、碱性域蛋白（basic domain protein）、顺反式螺旋转录因子（leucine zipper transcription factor）。
其中最常见的是锌指蛋白和家族蛋白。
转录因子的作用机制转录因子参与调控基因表达的机制包括直接与其结合的靶基因DNA序列和间接调控其他基因的调节网络。
前者称为直接调控，是转录因子调控基因表达最基本的方式。
在细胞核中，转录因子与DNA序列结合的特定部位称为转录因子结合位点（transcription factor binding site）。
当转录因子结合到基因DNA的启动子或增强子区域时，它们可以通过调节DNA拓扑结构来促进或阻碍RNA聚合酶的结合，从而调控基因的转录水平。
除了与DNA直接结合，转录因子还可以通过与其他蛋白质分子结合参与基因表达调控。
这些相互作用形成了复杂的信号传递和调控网络，可以调节包括DNA复制、修复、非编码RNA表达等生物过程。
基因转录的启动与调控
基因转录的启动与调控基因转录是生命活动中非常关键的一个过程，它确保了细胞内的合成蛋白质数量和种类的适当调节，同时也影响了细胞的多种功能。
在细胞内，基因的转录是由一系列过程驱动的，同时也受到许多因素的调节控制。
下面，我们将深入探讨基因转录的启动与调控。
一、转录起始位点的识别基因转录的起始位点是指RNA合成的起点，它是转录起始信号的重要组成部分。
起始位点的识别过程由两个主要因素驱动：第一个是DNA序列本身，第二个是RNA聚合酶 (RNAP) 与其它蛋白质的相互作用。
DNA序列中的启动子元件与其他水平调节元件共同参与了起始位点的识别。
启动子元件通常包括推动序列和启动子序列。
推动序列从1位点数到约-40位点数，通过与RNAP结合产生力学张力来引导其向下滑动。
起始位点通常位于推动序列的上游区，而启动子序列则位于起始位点的下游区。
RNA聚合酶结合到DNA的起始位点后，会依次进行复杂的动态结构变化，并且形成一个稳定的转录泡。
二、转录激活子复合物转录激活子是一种很重要的因子，它能够调节基因转录的速率及其表达的时期。
当DNA序列被特定的转录激活子激活时，这一基因的转录水平就会显著上升。
转录激活子复合物由多个蛋白质组成，它们可以与基因上的特定区域相互作用，从而识别特定的基因序列，激活DNA转录过程，调节基因表达。
三、染色质结构的重要性染色质的密度结构对基因转录具有极大的影响。
一般情况下，浓缩染色质的DNA序列较难转录。
因此，在启动基因转录前，染色质结构的松弛是极其关键的。
松弛染色质的最有效方式是通过其存在的酶催化代谢，在染色质上产生修饰标记，控制或激发转录因子的结合。
异构酶对N末端乙酰化的组蛋白H3和H4具有重要作用，这可以使染色质分子松弛并识别起始位点，可在进一步的过程中识别进一步的调节因子。
四、转录辅助因子在细胞内，转录因子是调控基因转录的一类蛋白质家族，它们可以促进RNA 聚合酶与DNA序列的结合，调节基因转录的速率，影响细胞的功能活性和特性。
DNA转录和蛋白质翻译调控
06
基因表达分析技术
基因表达谱分析：通过高通量测序技术检测不同条件下基因的表达水平，了解基因调控网络。
荧光原位杂交技术：用于检测染色体定位和基因表达水平，有助于理解基因在细胞中的定位和功能。
蛋白质组学技术：通过对蛋白质的表达和修饰进行分析，深入了解蛋白质翻译调控的机制。
染色质免疫沉淀技术：用于研究DNA与蛋白质的相互作用，揭示基因转录调控的机制。
疾病治疗中的转录和翻译调控干预：针对不同疾病，采取不同的转录和翻译调控干预策略，以达到最佳的治疗效果。
未来展望：随着对转录和翻译调控机制的深入了解，将会有更多的疾病治疗策略被开发出来，为人类健康事业的发展做出更大的贡献。
翻译调控干预：通过调节mRNA的翻译效率，控制蛋白质的合成，从而影响疾病的发展。
转录异常与疾病的关系：转录是DNA到RNA的过程，异常可能导致基因表达失调，进而引发疾病。
翻译异常与疾病的关系：翻译是RNA到蛋白质的过程，异常可能导致蛋白质合成异常，进而引发疾病。
调控机制的异常与疾病的关系：转录和翻译的调控机制异常可能导致基因表达和蛋白质合成异常，进而引发疾病。
转录和翻译异常与癌症的关系：转录和翻译异常可能导致癌症的发生和发展。
蛋白质翻译调控
03
翻译起始
翻译起始因子：识别mRNA上的起始密码子
核糖体：与mRNA结合并开始蛋白质合成
起始氨基酰-tRNA：第一个氨基酸进入核糖体的位置
起始复合物：核糖体与mRNA和起始氨基酰-tRNA的结合物
翻译延伸
翻译后修饰：对蛋白质进行磷酸化、乙酰化等修饰，调控蛋白质的活性和功能
01
02
翻译水平对转录的反馈
转录与翻译的相互影响：蛋白质合成对基因表达的调控
基因转录调控和表达水平
疾病相关基因的表达变化
疾病特异性基因表达
某些基因在特定疾病中表达上调或下调，这些基因的表达变化可以 作为疾病的生物标志物。
基因表达谱的改变
疾病状态下，基因表达谱发生显著变化，包括差异表达基因的鉴定 和表达模式的改变等。
基因表达的时空特异性
基因表达在不同组织、不同发育阶段和疾病进程中具有时空特异性 ，对于理解疾病的发病机制和诊断治疗具有重要意义。
转录调控的复杂性和多样性
转录调控的多层次性
基因转录调控涉及多个层次，包括染色体水平、转录水平、转录后 水平等，这些层次之间相互作用，共同影响基因的转录。
转录调控的多样性
不同的基因具有不同的转录调控机制，这种多样性使得细胞能够精 确控制每个基因的表达水平。
转录调控的动态性
转录调控是一个动态过程，随着细胞内外环境的变化，转录调控机制 也会发生相应的变化，以适应细胞的需求。
THANK YOU
03
长读长测序技术
如PacBio和Oxford Nanopore等， 能够直接读取全长转录本，揭示复杂 的转录本结构和变异。
单细胞测序技术
单细胞RNA测序（scRNA-Seq）
对单个细胞进行转录组测序，揭示细胞间基因表达的异质性，解析细胞发育和分化过程中的基因调控 网络。
单细胞ATAC-Seq
检测单个细胞中染色质可及性的高通量测序技术，用于研究单细胞水平上的表观遗传学和基因调控。
发展单细胞测序技术，实现单细 胞水平的基因表达检测，揭示细 胞间的基因表达差异和动态变化 。
利用人工智能和机器 学习优化数据分析
结合人工智能和机器学习技术， 对海量的基因表达数据进行深度 分析和挖掘，提高数据分析的效 率和准确性。
探索基因转录调控在疾病治疗中的应用潜力
mrna lncrna基因表达调控原理
mrna lncrna基因表达调控原理mRNA和lncRNA是基因表达调控的重要角色。
下面是它们各自的基因表达调控原理：1. mRNA的基因表达调控原理：mRNA是蛋白质编码基因的转录产物。
mRNA的表达调控主要包括转录调控和转录后调控两个层次。
- 转录调控：转录调控主要通过调控转录因子的结合来控制基因转录活性。
转录因子是能够结合到DNA上启动子区域的蛋白质，它们能够激活或抑制基因的转录。
转录因子的结合能力受到多种因素的影响，如细胞内信号传导和环境因素等。
- 转录后调控：转录后调控指的是mRNA在转录过程后的调控过程，包括可变剪接、核糖体选择性和mRNA降解等。
可变剪接使得一个基因可以产生多个不同的转录本，从而扩展了基因的功能。
核糖体选择性是指选择性地翻译某些mRNA分子，使之产生蛋白质。
mRNA降解是指通过降低mRNA的稳定性来调控基因表达水平。
2. lncRNA的基因表达调控原理：lncRNA是长链非编码RNA，它们不被翻译成蛋白质，而是通过与DNA、RNA或蛋白质相互作用来调控基因表达。
- 转录调控：lncRNA可以作为转录因子来调控某些基因的转录活性。
它们可以与DNA相互作用并改变某些基因的表达水平。
- 转录后调控：lncRNA还可以通过与mRNA相互作用来调控转录后过程，包括可变剪接调控、mRNA稳定性调控和翻译调控等。
例如，某些lncRNA可以与mRNA形成RNA-RNA 复合物，从而影响可变剪接的进行。
此外，lncRNA还可以通过与蛋白质相互作用来调控基因表达，例如某些lncRNA可以与转录因子或翻译因子相互作用，从而影响基因的转录和翻译过程。
总之，mRNA和lncRNA通过转录调控和转录后调控等多种机制来调控基因表达。
它们的作用可以是促进基因表达，也可以是抑制基因表达。
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下降10～20倍，使RNA合成水平降到正常状态的 5～10%，mRNA总合成量减少3倍，蛋白质降解
速度提高，碳水化合物、脂类合成均明显减少等。 这一系列响应称为stringent response或stringent control
2. ppGpp 的生理功能
关于ppGpp 和pppGpp的作用原理尚不清楚,目前认为 a) 它们是细菌细胞紧缩控制（反应）的信号或称警报素
（三） 细菌的应急反应/紧缩响应 （stringent response）
1. 紧缩响应（应急反应） 2. ppGpp 的生理功能 3. PPGPP对核糖体蛋白质合成的影响
1. 紧缩响应（应急反应）
当细菌处于一种或数种氨基酸全面匮乏的 “氨基酸饥饿”状态时，总之是在营养不良条件 下生长时，为了响应这种困难环境，细菌必须迅 速地关闭许多生理活动，停止包括各种RNA（特 别是rRNA）在内的几乎全部生物化学反应过程， 只保持维持生命最低限量的需要。RNA合成速度
图 2-26 二组分调节系统
二组分系统由二种不同蛋白质组成：
1.位于细胞质膜上的传感蛋白（sensor protein）该 蛋白质具有激酶活性，又称传感激酶。
2.应答调节蛋白（response regulator protein）位于 细胞质中。传感激酶在与膜外环境的信号反应过 程中本身磷酸化，磷酰基因被转移到应答调节蛋 白上。磷酸化的应答调节蛋白即成为阻遏蛋白， 该阻遏蛋白再通过操纵子的阻遏作用进行调节控 制结构基因的转录。
3、 PPGห้องสมุดไป่ตู้P对核糖体蛋白质合成的影响
前边已介绍了PPGPP对转录的调控，即在氨 基酸短缺的情况下，首先被停止合成的是rRNA， 而核糖体是由rRNA和核糖体蛋白质构成的。是翻 译遗传密码的唯一场所，rRNA的量骤然下降，核 糖体蛋白质失去了结合对象而成为多余的了。由于 某些核糖体蛋白的mRNA的部分二级结构和rRNA 的部分二级结构相似。当rRNA短缺时，多余的核 糖体蛋白与本身的mRNA结合，从而阻断本身的翻 译，同时也阻断同一多顺反子的mRNA下游其它核 糖体蛋白质的合成和rRNA的合成几乎同时停止。 这里rRNA合成是转录水平的调控，而核糖体蛋白 质的合成则是翻译水平的调控。
转录后水平的调控
（1）转录产物的加工和转运调节，通过不同方式的 拼接可产生不同的mRNA，从而产生多种多样的 蛋白质。
（2）翻译水平的调节主要是控制mRNA的稳定性和 mRNA翻译的起始频率。
（3）翻译后水平的调节主要控制多肽链的加工和折 叠，产生不同功能活性的蛋白质。
（二） 信号传导和二组分调节系统
微生物学
Chapter 3 微生物的代谢调节机制
四、转录后的调节
前边讲的酶合成的诱导，终产物的阻 遏或弱化，分解代谢物的阻遏都是在转录 水平上的。
（一）遗传控制
1、细菌基因的转录和转译的可能调节位点
图 2-24 在细菌基因的转录和转译中的可能调节位点
2、真核生物基因表达调控
图 2-25 真核生物基因表达在不同水平上进行调节