上游顺式作用元件的研究方法
环境因素与基因表达调控
环境因素与基因表达的关联
▪ 环境因素对基因表达的影响方式
1.顺式作用元件：环境中的刺激因素可通过与基因上游的顺式作用元件结合，影响RNA聚合 酶的招募和转录起始，从而调控基因表达。 2.反式作用因子：环境中的信号分子可与细胞内的反式作用因子结合，改变其活性和结合顺式 作用元件的能力，进而影响基因表达。 3.表观遗传修饰：环境因素可引起DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传改变，从而影响染色 质结构和基因表达。
▪ 环境因素与疾病发生发展的关联
1.许多疾病的发生与发展与环境因素的暴露密切相关。 2.环境因素可通过影响基因表达调控网络，导致细胞功能异常和疾病发生。 3.了解环境因素与基因表达的关联，有助于疾病的预防和治疗。
环境因素与基因表达的关联
物信息学的发展，对环境因素与基因表达调控机制的研究不断深入 。 2.研究人员利用基因组学、转录组学、表观组学等多组学技术，揭示了许多环境因素对基因表 达的调控机制和靶基因。 3.未来研究可进一步关注环境因素与基因表达调控的个体差异和时空特异性，为精准医学和个 性化健康干预提供理论依据。
▪ 顺式作用元件
1.顺式作用元件是指DNA序列上能够影响基因表达的调控区域 。 2.常见的顺式作用元件包括启动子、增强子、沉默子等。 3.不同顺式作用元件的作用机制和位置效应不同，对基因表达 的调控具有重要影响。
基因表达调控基本原理
▪ 反式作用因子
1.反式作用因子是指能够结合顺式作用元件并调节基因表达的 蛋白质因子。 2.反式作用因子通常具有DNA结合域和转录激活域，能够特异 性识别并结合顺式作用元件。 3.反式作用因子的表达和活性受到多种因素的调节，包括磷酸 化、泛素化等修饰过程。
▪ 环境污染与疾病发生
1.环境污染物可诱导基因表达异常，导致细胞功能紊乱和疾病 发生。 2.长期暴露于环境污染物可增加患癌症、心血管疾病和神经系 统疾病的风险。 3.环境因素的改善可有效减少疾病的发生。
谷子KCS_基因家族鉴定及其对干旱胁迫的响应
山西农业科学 2023，51（6）：599-609Journal of Shanxi Agricultural Sciences谷子KCS基因家族鉴定及其对干旱胁迫的响应朱垠豪1，李晨1，葛星辰1，朱倩倩1，段明2，3，韩渊怀1，3，马芳芳1，3（1.山西农业大学农学院，山西太谷 030801；2.山西农业大学实验教学中心，山西太谷 030801；3.杂粮种质创新与分子育种山西省重点实验室，山西太谷 030801）摘要：β–酮脂酰辅酶A合酶（β-ketoacyl-CoA synthase，KCS）是超长链脂肪酸合成过程中的限速酶，主要负责调控脂肪酸和蜡质的合成与积累。
为了为谷子抗旱品种的选育提供新的线索，研究利用隐马尔可夫模型对谷子KSC基因家族进行鉴定，并利用生物信息学技术对谷子KCS基因家族进行系统分析与鉴定，并对其理化特征、进化关系、保守基序、基因结构、顺式调控元件、亚细胞定位、共线性进行分析和表达模式分析。
结果表明，从谷子基因组中共鉴定到33个KCS基因；系统进化和共线性分析结果显示，谷子KCS基因与高粱、玉米进化关系更近；启动子区包含许多激素响应、逆境响应和生长发育相关元件，暗示KCS基因可能参与多个生物学过程；谷子KCS基因在穗部表达量最高，其次为叶片，早晚表达量均高于中午。
此外，干旱胁迫下谷子Seita.9G470700和Seita.9G487500基因的表达量显著高于对照，表明这2个KCS基因在谷子干旱响应中发挥重要作用。
关键词：谷子；β–酮脂酰辅酶A合酶；生物信息学分析；表达分析；干旱胁迫响应中图分类号：S515 文献标识码：A 文章编号：1002‒2481（2023）06‒0599‒11Identification and Response to Drought Stress of KCS Gene Family in Foxtail Millet ZHU Yinhao1，LI Chen1，GE Xingchen1，ZHU Qianqian1，DUAN Ming2，3，HAN Yuanhuai1，3，MA Fangfang1，3（1.College of Agriculture，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China；2.Experimental Teaching Center，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China；3.Shanxi Key Laboratory of Minor Crop Germplasm Innovation and Molecular Breeding，Taigu 030801，China）Abstract：The β-ketoacyl-CoA synthase(KCS) is the rate-limiting enzyme of very long chain fatty acids(VLCFAs) synthesis, which is mainly responsible for regulating the synthesis and accumulation of fatty acids and wax. In this study, to provide a new clue for breeding of foxtail millet resistant varieties, the KSC gene family were identified in foxtail millet using HMM model, the KCS gene family of millet was systematically analyzed and identified by bioinformatics technology and their physical and chemical characteristics, evolutionary relationships, conservative motifs, gene structures, cis-acting elements, subcellular localization, and collinearity analysis and expression pattern were conducted. The results showed that a total of 33 SiKCS genes were identified in foxtail millet genome. Phylogenetic and collinearity analysis showed that SiKCSs were more closely related to sorghum and maize. The promoter region contained many hormone responses, stress responses, growth and development-related elements, indicating that SiKCSs were probably involved in multiple biological processes. The expression level of SiKCSs was the highest in panicle, followed by leaf, and was higher in the morning and evening than that in the noon. Additionally, the expression level of Seita.9G470700and Seita.9G487500genes under drought stress were significantly higher than that of the control, suggesting these two SiKCSs genes played an important role in drought stress response.Key words：foxtail millet; KCS; bioinformatics analysis; expression analysis; response to drought stress谷子（Setaria italica Beauv.）是禾本科狗尾草属1年生作物，最早在我国北方被驯化，目前谷子区域布局主要集中在华北地区，包括黄河中上游流域、东北及内蒙等干旱或半干旱地区[1]。
启动子结构和功能研究进展
启动子结构和功能研究进展王婧;李冰;刘翠翠;朱阵;张继瑜【摘要】Gene expression and its regulation are dependent, on to a great extent, on transciption. An elementary transciption reaction is initiated by the recognition of regulatory regions and especially promoters. Promoters is the cis-regulatory element of gene expression and its regulation, exsit in eukaryotes and prokaryotes. This paper expounded on the general characteristics and the function of promoter segment and cis-element functions.%转录起始是一种最重要的表达调节方式，通过多种蛋白质与启动子的配位结合起始转录，参与基因的表达调控过程。
而启动子作为基因表达调控的重要顺式作用原件，在原核和真核生物中均存在。
对核心启动子结构特征中多种保守顺式调控原件及基本转录因子的结构和功能进行了阐述。
【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】6页(P40-45)【关键词】启动子;结构;顺式作用元件;功能;转录因子【作者】王婧;李冰;刘翠翠;朱阵;张继瑜【作者单位】中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050【正文语种】中文生物体所具有的遗传性状，称之为表型，表型是基因型与外界环境因素相互作用的结果。
水稻OsRIP_基因家族的全基因组鉴定及其表达分析
张琪，刘爽，胡艳娟，等.水稻OsRIP 基因家族的全基因组鉴定及其表达分析[J].沈阳农业大学学报，2023，54（4）：385-395.沈阳农业大学学报，2023，54(4)：385-395Journal ofShenyang Agricultural University http ：//DOI:10.3969/j.issn.1000-1700.2023.04.001收稿日期：2023-06-09基金项目：科技部国家重点研发计划项目(2017YFD0300107)；国家自然科学基金项目(32070642)第一作者：张琪（1994-），女，博士研究生，从事水稻分子生物学研究，E-mail ：******************* 通信作者：王晓雪（1963-），女，博士，教授，博士生导师，从事水稻分子生物学研究，E-mail ：***************.cn水稻OsRIP 基因家族的全基因组鉴定及其表达分析张琪，刘爽，胡艳娟，王晓雪（沈阳农业大学水稻研究所，沈阳110161）摘要：水稻(Oryza sativa )中RIP 基因家族编码典型的E3泛素连接酶，在生长发育、逆境响应过程中发挥重要作用。
利用水稻基因组数据，采用生物信息学方法鉴定了水稻中的RIP 基因家族成员，鉴定到6个RIP 家族基因，命名为OsRIP1~6，其编码区长度在906~1086bp 之间，分布在5条染色体上，内含子数量为2~3个。
水稻中RIP 基因被分为3个亚家族，每个亚家族的内含子数量、基因结构、motif 基本一致。
蛋白结构域分析结果表明，在水稻中，RIP 家族的所有成员均含有SINA 和RING 结构域。
共线性分析显示，水稻与玉米存在最多的共线对，与拟南芥不存在共线对。
对启动子顺式作用元件分析发现，RIP 基因启动子区有多个非生物胁迫响应元件、光响应元件及激素响应元件。
另外，还分析RIP 基因家族在不同组织器官、不同发育时期及昼夜节律的表达模式，结果表明在根、茎及花器官中表达水平较高；OsRIP6在播种后83d 表达水平最高，而其他成员在播种后48~69d 的表达处于较高水平；昼夜表达的分析结果显示，在光照后10h 该基因家族成员的表达水平较高。
上游顺式作用元件的研究方法
接头扫描突变法机制
对疱疹病毒的胸苷激酶基因启动子的研究
方法：用长度为10bp的接头对胸苷激酶基因启动子序列进 行系统替换，产生不同的突变体，然后将突变DNA分子注 入蛙暖母细胞，同时也注入类似野生型的DNA（在+21至 +31处发生突变），这种野生型突变启动子与正常野生型 启动子一样，具有正常的起始转录活性，可作为内参。最 后，通过凝胶电泳测定转录产物的大小，依次判断转录的 正确与否。
研究顺式作用元件结构的方法
①5’端缺失系列分析法
通过从一侧逐段缺失来确定启动子的边界. 当一段缺失不会 阻碍RNA合成, 而下一段缺失使转录不再发生时, 那么我们可 以确定启动子的边界必然存在于两者之间. 常用于测定哺乳动物基因调控区的上游边界。
爪蟾5SrRNA基因的Ⅲ类启动子分析
实验操作：首先，确定启动子的5’端。对爪蟾5SrRNA基因 的5’端序列进行逐渐缺失，每次缺失序列的长度都会增长， 有此获得5’端长度不等的系列5SrRNA基因突变体，体外观 察突变对基因转录的影响。通过凝胶电泳测定转录产物的 大小，依次判断转录的正确与否。该基因的正常转录产物 长度为120bp。
增强子(enhancer)
指能够提高转录效率、远距离调控基因转录的 上游DNA序列,它间接的把信号从激活因子传到转 录蛋白。
特点：
（1）它能通过启动子大幅度地增加同一条DNA链上靶基因转录的频率， 一般能增加 10～200倍，有的甚至可达千倍。 （2）增强子的作用对同源或异源的基因同样有效，如把SV40的增强子连 接到兔β-珠蛋白的基因上，可使转录强度增大100倍； （3）增强子的位置可在基因5’上游、基因内或其3’下游的序列中，增强 效益与其位置和取向无关； （4）增强子所含核苷酸序列大多为重复序列，其内部含有的核心序列， 对于它进入到另一宿主之后重新产生增强子效应至关重要；
真核生物转录调控的研究进展
真核生物转录调控的研究进展一、概述真核生物转录调控是分子生物学领域的前沿课题，对于理解生物体基因表达调控机制、揭示生命活动规律具有重要意义。
转录调控作为基因表达过程中的关键环节，其复杂性和动态性使得研究者们不断深入挖掘其内在机制。
在真核生物中，转录过程受到多层次、多因素的精细调控。
这包括顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用，以及转录复合物在启动子区域的组装和调控。
顺式作用元件是DNA序列中的特定区域，能够识别并结合反式作用因子，从而调控转录的起始和效率。
反式作用因子则是一类能够调控基因转录的蛋白质，包括转录因子、辅助因子等。
随着高通量测序、染色质免疫沉淀、生物信息学等技术的发展，人们对真核生物转录调控的认识不断深化。
越来越多的转录因子、顺式作用元件以及它们之间的相互作用被揭示，为我们理解转录调控的复杂性和动态性提供了有力支持。
研究者们还发现了一些新的转录调控机制，如长非编码RNA、转录后修饰等，这些新发现为转录调控研究提供了新的视角和思路。
真核生物转录调控的研究仍面临诸多挑战。
转录调控网络的复杂性使得我们难以全面理解其工作原理；不同组织、不同发育阶段以及不同环境条件下的转录调控机制可能存在差异，这使得研究更加复杂和困难。
未来真核生物转录调控的研究需要更加深入地探索其内在机制，并结合实际应用，为疾病治疗、生物育种等领域提供新的思路和方法。
1. 真核生物转录调控的重要性真核生物转录调控是生命活动中至关重要的一个环节，它决定了基因表达的时间、地点和程度，进而影响了生物体的生长、发育和代谢等各个方面。
在真核生物中，基因表达的调控主要发生在转录水平，通过转录因子、辅助因子和RNA聚合酶等复杂的相互作用来实现。
深入研究真核生物转录调控机制，不仅有助于我们理解生命活动的本质，也为疾病的治疗和生物技术的应用提供了重要的理论基础。
真核生物转录调控在发育过程中起着关键作用。
在生物体的发育过程中，不同组织和器官的形成需要特定基因的精确表达。
分子生物学题库
分子生物学题库分子生物学备选考题1.功能基因组学是研究基因组中基因和非编码区域的功能及其相互作用的学科。
它包括基因组注释、基因调控网络、蛋白质互作网络等方面的研究。
2.分子生物学是研究生命分子结构、功能和相互作用的学科。
它包括DNA、RNA、蛋白质等分子的结构和功能、基因表达调控、信号转导等方面的研究。
3.表观遗传学是研究不涉及DNA序列改变的遗传信息传递的学科。
它包括DNA甲基化、组蛋白修饰等方面的研究。
4.C值矛盾是指不同物种的基因组大小差异。
它与基因数量和复杂性之间的关系及其演化的研究密切相关。
5.基因簇是指在基因组中相邻排列的多个基因。
它们可能具有相似的功能或参与相同的生物过程。
6.间隔基因是指在基因转录和翻译过程中起调节作用的非编码RNA。
7.基因芯片是一种高通量的生物芯片，可用于检测基因表达水平、DNA序列变异等。
8.基序（Motifs）是指在DNA或蛋白质序列中出现频率较高的短序列。
它们可能是基因调控元件、蛋白质结构域等。
9.CpG岛是指在基因组中富含CpG二核苷酸的区域。
它们在基因表达调控等方面具有重要作用。
10.染色体重建是指在染色体水平上研究基因组结构和演化的方法。
11.Telomerase是一种酶，可在染色体末端维持端粒的长度，防止染色体缩短和衰老。
12.足迹分析实验是一种研究DNA结合蛋白与DNA相互作用的方法。
13.RNA editing是指在RNA转录后修饰RNA序列的过程。
14.RNA干涉（RNA interference）是一种基因沉默技术，可通过RNA分子的干扰作用抑制特定基因的表达。
15.反义RNA是指与目标RNA序列互补的RNA分子，可通过RNA干涉等方式抑制目标基因的表达。
16.启动子（Promoter）是指在基因转录起始位点上游的DNA序列，能够结合转录因子并启动基因转录。
17.SD序列(SD sequence)是指细菌中16S rRNA的5'端序列，可与核糖体结合并参与蛋白质合成。
蛋白基因的顺式作用元件
蛋白基因的顺式作用元件蛋白基因是指编码蛋白质的基因，它们是生物体中功能最重要的分子之一。
顺式作用元件则是指在基因组DNA序列中起调控基因表达作用的非编码区域。
这些元件可以通过与转录因子结合来影响基因的转录活性，从而调控蛋白质的合成。
蛋白基因的顺式作用元件可以分为启动子、增强子和转录因子结合位点等几类。
启动子位于基因的上游区域，是转录开始的起点。
在启动子的附近，通常存在着转录因子结合位点，转录因子可以结合到这些位点上，进而调控基因的转录活性。
增强子则位于基因的远端区域，它可以通过与转录因子及其他调控分子的相互作用来增强基因的转录活性。
顺式作用元件的调控作用是非常复杂的，它们能够实现在不同组织和不同发育阶段中基因的精确调控。
这种调控可以使得同一基因在不同细胞类型中表达量的差异化，从而实现细胞分化和组织发育。
此外，顺式作用元件还可以响应外界环境的变化，调控基因的表达来适应环境的需要。
在顺式作用元件的调控过程中，转录因子起着非常重要的作用。
转录因子是一类能够结合到DNA上特定序列的蛋白质，它们可以通过与顺式作用元件结合来调控基因的转录活性。
转录因子的结合位点通常具有一定的保守性，这使得它们能够识别并结合到特定的DNA序列上。
不同的转录因子可以结合到不同的顺式作用元件上，从而实现基因的精确调控。
除了转录因子的作用，染色质结构和修饰也对顺式作用元件的调控起着重要作用。
染色质是DNA与蛋白质组成的复合体，它可以通过染色质修饰来调节基因的表达。
例如，乙酰化和甲基化等化学修饰可以改变染色质的结构，从而影响顺式作用元件的可及性和转录因子的结合。
最近的研究表明，顺式作用元件在基因组中的分布是非常不均匀的。
一些顺式作用元件在整个基因组中广泛存在，而另一些则在特定的基因或基因组区域中起作用。
这种不均匀分布可能与基因在进化过程中的保守性和可塑性有关。
蛋白基因的顺式作用元件在基因表达调控中起着至关重要的作用。
它们能够通过与转录因子和其他调控分子的相互作用来精确调控基因的转录活性，从而实现基因的表达差异化和适应环境的需要。
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（5）增强子一般都具有组织和细胞特异性； （6）增强子在DNA双链中没有5’与3’固定的方向性； （7）增强子可远离转录起始点，通常在 1～4 kb（个别情况可达30 kb）
外起作用； （8）增强子的活性与其在DNA双螺旋结构中的空间方向性有关。另外，
许多增强子还受到外部信号的调控，如金属硫蛋白基因的增强子就可 对环境中的锌、镉浓度作出反应。
上游启动子元件（UPE)：包括通常位于-70bp附近的CAAT盒、GC盒 等，能通过TFⅡD复合物调节转录起始的频率，提高转录效率。
增强子(enhancer)
指能够提高转录效率、远距离调控基因转录的上 游DNA序列,它间接的把信号从激活因子传到转录 蛋白。
特点：
（1）它能通过启动子大幅度地增加同一条DNA链上靶基因转录的频率， 一般能增加 10～200倍，有的甚至可达千倍。
泳道a：未发生序列缺失的阳性对照 泳道b-j：序列缺失后的基因 泳道k：阴性对照（pBR322DNA，无
5SrRNA基因序列）
5’-序列缺失对5SrRNA基因转录的影响
②接头扫描突变法
可以找出存在于基因转录起始位点和5’端边 界之间的所有调控元件
方法的基础是构建一系列序列重叠的调控区突 变体，每个突变体内各有一个短序列的核苷酸 序列被打乱
应答元件
另一类位于基因上游能被转录因子识别和结 合,调控基因专一性表达的DNA序列。如热激 应答元件、激素应答元件, cAMP应答元件等。
应答元件含有短重复序列,不同基因中应答元件的拷贝数相 近。
蛋白因子结合在应答元件的保守序列上,通常位于转录起点 上游200bp内；
应答元件也有位于启动子或增强子内。
上游顺式作用元件的研究方法
mega
顺式作用元件（Cis-acting elements）
指同一DNA分子中具有转录调节功能的特异DNA序列， 即具有特殊功能的转录因子DNA结合位点和其他调控基 序。
顺式作用元件能够被特异转录因子识别和结合，从而影响 基因表达活性。
顺式作用元件的作用是参与基因表达的调控，本身不编码 任何蛋白质, 仅仅提供一个作用位点, 要与反式作用因子相 互作用而起作用。
结果：TATA盒内序列的突变 会破坏启动子的活性，在启 动子活性最低的突变体 （LS-29/-18）中，TATA 盒区域的正常GCATATTA序 列突变为CCGGATCC)
疱疹病毒胸苷激酶启动子的接头扫描突变效应爪蟾卵母 细胞，并分析它们对报告基因的影响
接头扫描突变法机制
对疱疹病毒的胸苷激酶基因启动子的研究
方法：用长度为10bp的接头对胸苷激酶基因启动子序列 进行系统替换，产生不同的突变体，然后将突变DNA分 子注入蛙暖母细胞，同时也注入类似野生型的DNA（在 +21至+31处发生突变），这种野生型突变启动子与正常 野生型启动子一样，具有正常的起始转录活性，可作为内 参。最后，通过凝胶电泳测定转录产物的大小，依次判断 转录的正确与否。
是决定转录起始点及转录频率的关键元素； 可与增强子共同控制转录起始和强度； 发挥功能时需RNA聚合酶外，还需转录调控因子与启动子
区各种调控元件相互作用。
由两部分组成：
核心启动子（CPE)：指保证RNApolⅡ转录正常起始所必需的、最少 的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游-25—-30 bp的 TATA盒。它单独起作用时，只能确定转录起始位点并产生基础水平的 转录；
（2）增强子的作用对同源或异源的基因同样有效，如把SV40的增强子 连接到兔β-珠蛋白的基因上，可使转录强度增大100倍；
（3）增强子的位置可在基因5’上游、基因内或其3’下游的序列中，增强 效益与其位置和取向无关；
（4）增强子所含核苷酸序列大多为重复序列，其内部含有的核心序列， 对于它进入到另一宿主之后重新产生增强子效应至关重要；
特点：
负性调节元件，与增强子作用相反 不受序列方向影响，同时也能远距离发挥作用 本身不能实现衰减作用，必须通过对前导序列的翻译才能实现，衰减
作用的实质是以翻译手段控制基因的转录。
绝缘子（Insulator）
一种负调控元件，参与基因表达的负调控。 干扰增强子与启动子的相互作用，并抑制启动 子的激活活性。
研究顺式作用元件结构的方法
①5’端缺失系列分析法
通过从一侧逐段缺失来确定启动子的边界. 当一段缺失不会阻 碍RNA合成, 而下一段缺失使转录不再发生时, 那么我们可以确 定启动子的边界必然存在于两者之间.
常用于测定哺乳动物基因调控区的上游边界。
爪蟾5SrRNA基因的Ⅲ类启动子分析
实验操作：首先，确定启动子的5’端。对爪蟾5SrRNA基 因的5’端序列进行逐渐缺失，每次缺失序列的长度都会增 长，有此获得5’端长度不等的系列5SrRNA基因突变体， 体外观察突变对基因转录的影响。通过凝胶电泳测定转录 产物的大小，依次判断转录的正确与否。该基因的正常转 录产物长度为120bp。
按功能特性分为 通用调节元件：启动子、增强子、沉默子和绝缘子 专一性元件：应答元件，如激素应答元件等
启动子(Promoter)
概念：启动子是基因序列中决定转录起始的部位。 包括核心启动子和上游启动子元件。
一个基因可同时拥有一个及以上启动子； 一般在转录起始点上游，位于5‘端上游100-200bp左右，
从机能上讲，没有增强子存在，启动子通常不能表现活 性；没有启动子时，增强子也无法发挥作用。
有时，对结构密切联系而无法区分的启动子、增强子样 结构统称启动子。通常描述的、具有独立的转录活性和 决定基因时间、空间特异性表达能力的启动子就是这类 定义的启动子。
沉默子(silencer)
是可以抑制基因表达的顺式元件,包括沉默子元 件和负调控因子(NRE),分别指导主动和被动抑制 作用。