植物转录因子与基因调控
真核生物的基因转录及调控
8 真核生物的基因转录及调控 一选择题(单选或多选) 1锌指蛋白与锌的结合 ( ) (a)是共价的 (b)必须有DNA的存在 (c)通过保守的恍氨酸和组氨酸残基间协调进行 (d)位于蛋白质的妒螺旋区域 2锌指蛋白与DNA的结合( ) (a)位于DNA大沟 (b) 通过"锌指"的C端进行 (c)利用蛋白的α-螺旋区域 (d)每个"指"通过形成两个序列特异的DNA接触位点 (e)通过"指"中保守的氨基酸同DNA结合 3 甾醇类受体转录因子( ) (a)结合的激素都是相同的 (b) 与DNA的结合不具序列特异性 (c)与锌结合的保守序列不同于锌指蛋白" (d)通过第二"指"C端的氨基酸形成二聚体 (e)参与转录激活，与DNA和激素结合分别由不同的结构域完成 4糖皮质激素类的甾醇受体( ) (b)所结合的DNA回文序列都不相同 (c)结合的回文序列相同，但组成回文序列两段DNA间的序列不同 (d)RXR受体通过形成异源二聚体后与同向重复序列结合 (e)这类受体存在于细胞核中 5 同源异型域蛋白( ) (a)形成具有三个α-螺旋的结构 (b) 主要通过α-螺旋3和N端的臂与DNA接触 (c)与原核生物螺旋-转角-螺旋蛋白(如λ阻遏物)的结构很相似 (d)通常存在于细胞核中 (e)在果蝇早期发育调控中起重要作用 6 HLH蛋白( ) (a)在序列组成上与原核生物螺旋-转角-螺旋蛋白具有相关性 (b)向通过环区与DNA结合 (c)形成两个α-螺旋与DNA的大沟结合 (d)形成两性螺旋，其中疏水残基位于螺旋的一侧 (e)以上都不是 7 bHLH蛋白( ) (a)在环中含有保守的碱性氨基酸 (b) 不能形成同源二聚体 (c)非诱导表达 (d)通过它们碱性区与HLH相互作用
植物基因功能研究方法的新进展
植物基因功能诠释研究方法的新进展 (东北农业大学，150030) 摘要：本文通过阅读大量的文献，总结了植物基因功能注释研究方法的最新进展。对每种方法的原理及优缺点做了综述，拟供初学者和作相关研究者参考。 关键词：基因功能；研究方法；新进展 基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学(struc tural genomics)和以基因功能鉴定为目标的功能基因组(functional genomics)。结构基因组学代表基因组分析的早期阶段，以建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱为主。功能基因组学代表基因分析的新阶段，是利用结构基因组学提供的信息系统地研究基因功能，它以高通量、大规模实验方法以及统计与计算机分析为特征。功能基因组学(functional genomics)又往往被称为后基因组学(postgenomics)，它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。[1,2]这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入基因组动态的生物学功能学研究。研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。基因的功能包括：生物学功能，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；细胞学功能，如参与细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能，如参与形态建成等采用的手段包括经典的减法杂交，差示筛选，cDNA代表差异分析以及mRNA差异显示等，但这些技术不能对基因进行全面系统的分析。新的技术应运而生，包括基因表达的系统分析，cDNA微阵列，DNA芯片等。鉴定基因功能最有效的方法是观察基因表达被阻断或增加后在细胞和整体水平所产生的表型变异，因此需要建立模式生物体。 自华大基因启动“千种动植物基因组参考序列谱构建计划”和“千种植物转录组研究”以来，已完成水稻、黄瓜、马铃薯、白菜等植物的基因组序列图谱绘制，并通过对大豆的重测序研究建立了高密度分子标记图谱。这将是21世纪生命科学研究的重要领域。[3]本文将对研究基因功能的新技术及其新进展作一综述。 1 利用生物信息学方法分析基因的功能 生物信息学是利用生物信息学和电子技术(互联网技术)寻找并克隆新的未知功能的基因,着重于技术和操作层面,利用生物信息学对新基因进行电子克隆,及克隆该新基因的序列后对其进行简单的功能分析,如基因的编码区、启动子区、内含子/外显子、翻译启始位点和翻译终止信号预测,基因的同源比对,编码的氨基酸辨识蛋白质,蛋白质的物理性质,蛋白质的二级/三级结构、特殊局部结构以及功能预测等[4]。 1.1 通过序列比对预测基因功能
两种植物组织特异性基因表达方法分析
两种植物组织特异性基因表达方法分析 两种植物组织特异性基因表达方法分析 多细胞生物体内存在不同类型的器官、组织、细胞，它们有各自的特性，担负着不同的功能。例如，植物根表皮中的根毛细胞，主要负责从周围土壤中吸收水分与矿质营养。与这一功能相适应，它们在发育过程中向外突起形成管状结构以增加其表面积和吸收水分、养分的能力;植物根里的内皮层细胞在发育过程中通过特殊的细胞壁加厚和特定部位胼胝质的沉积形成凯氏带 ,阻止矿质养分向维管束和地上部分渗透，控制皮层和维管柱之间的物质运输;在茎和叶片中，保卫细胞可以调节内部叶肉细胞与外部环境之间的气体交换，这一过程需要依赖周围细胞通过K离子交换来创造一个调节气孔关闭与打开的膨压。这些不同类型器官、组织、细胞的形成，以及它们之间功能的差异，在很大程度上取决于特异性表达的基因。因此，研究不同器官、组织、细胞中呈特异性表达的基因，对了解植物生长发育调控机理，细胞类型与功能之间的关系都有重要意义。 此外，研究组织特异性表达的基因的调控机理，可帮助我们构建植物组织特异性表达体系，有目的地在特定器官、组织、细胞中表达特定靶基因，以便进行靶基因功能分析。组织特异性表达技术在植物基因工程中具有一定的应用前景，如利用植物的特定组织细胞合成所需要的代谢产物，还可以用于作物改良的基因工程等。组织特异性表达技术是近年来植物学研究中的一个重要领域。 主要介绍目前被广泛使用的两种植物组织特异性基因表达方法，即特定启动子驱动法和GAL4UAS激活标签法。
1组织特异性启动子驱动法 1.1植物组织特异性启动子 启动子是一段位于功能基因5 端上游的DNA序列，包含特定的保守序列，长度因基因而异。启动子上的多种顺式作用元件能识别RNA 聚合酶，并指导相应类型的RNA聚合酶与模板正确结合，形成转录起始复合体，控制转录的时空特性和强度，从而精确有效地启动基因的表达。有些启动子，如花椰菜花叶病毒35S启动子、水稻Atin1基因的At1启动子和玉米Ubiquitin基因的Ubi启动子等，其调控的基因不受时空及外界因素的影响，几乎在植物所有组织都有表达，而且表达水平在不同组织部位没有明显差异，被称之为组成型启动子或非特异性表达启动子。 组织特异性启动子，又称为器官特异性启动子或细胞特异性启动子，则不同于组成型启动子，其所控制的基因只在或主要在特定的组织中表达。除具有一般启动子的特性外，组织特异启动子还具有一些调控目的基因特异表达的调控元件，这些调控元件的位置、数目、种类决定了目的基因表达的时空专一性，是基因特异表达所必需的。因此，组织特异型启动子已成为转基因研究中常用的外源基因的启动元件。 目前研究人员已经在不同植物中分离并证实了多种具有组织表达特异性的启动子，按照其驱动基因的表达部位，可分为植物营养器官，如根、块茎、维管组织和茎叶绿色组织等表达的组织特异性启动子，植物生殖器官如花器、果实和种子表达的组织特异性启动子。根据调控的组织特异性基因表达模式是否受光、热等条件的诱导，又可分为可诱导和无需诱导的组织特异性启动子，比如水稻绿色组织特异
植物叶片衰老过程中的基因表达与调控
植物叶片衰老过程中的基因表达与调控 张少华 （东北农业大学生命科学学院，哈尔滨，150030） 摘要：衰老是一个高度调节的程序化过程。在此过程中，植物激素和环境因子等信号通过激活或关闭某些基因的表达而启动衰老。 关键词：衰老 RNA 转译基因水解酶细胞分裂素 衰老是一种器官或组织逐步走向功能衰退和死亡的变化过程[1]。它除了代表器官或组织生命周期的终结之外，在发育生物学上也有着重要的意义。叶片的衰老是植物的一个重要发育阶段。在这段时期内，植物在成熟叶片内积累的物质，包括大量的氮、碳有机化合物和矿物质，将被分解并运送至植物其它生长旺盛的部分，其中大部分被转移到种子内，为下一代的生长做好准备[11]。对于产生种子的作物，包括绝大多数农作物，这种转移使营养重新分配，对植株保持正常的生长发育与繁殖是十分必要的[3]。衰老过程中，叶片细胞在组成成分上有很大的变化。据分析，总RNA减少了十分之一，可溶性蛋白减少了三分之一[10]。叶组织衰老的表型以叶绿素的流失为标记，随之出现叶绿体的分解，叶色褪淡。在分子水平上，衰老过程中叶绿素、蛋白质、RNA和DNA不断减少，水解酶和生长抑制因子则持续增长[13]。叶片衰老在许多物种中的发生是依赖于植株年龄的，因此靠近植株根部的叶片比顶端叶片更早进入衰老。同时它也能被一系列外部因子所诱导，其中包括阴暗、缺乏矿物质、干燥与病原体感染等[17]。其它一些发育过程也能诱导衰老的发生，如开花、受精与种子发育[6,11]。 最初RNA合成的减少被认为是衰老的主要原因，这一结论基于以下几个发现。首先，叶片衰老过程中RNA水平与蛋白质含量同步减少，而DNA的减少速度则慢得多[13]。其次，能够延迟衰老的物质能够增加RNA的合成，反之亦然[18]。但是，抑制因子研究表明叶片衰老对转录抑制因子放线菌丝素D不敏感，而在转译抑制因子放线菌酮的作用下，衰老延迟[16,20]。由此推测涉及叶片衷老的大多数事件发生在转译水平上，而非转录水平[17]。 1 衰老中基因表达产物的变化 生理与遗传研究显示衰老是一个高度程序化的调控过程[11，17]。这一过程包括了大量有序事件发生，如叶片蛋白质的分解、光合作用能力的下降、叶绿体的解体、叶绿素的流失以及分解产物的撤离等，涉及一些相关基因的表达[,11]。衰老过程中表达量上升的蛋白包括以
第十三章-基因表达的调控讲课教案
第十三章基因表达的调控 一、基因表达调控基本概念与原理： 1．基因表达的概念：基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作用下，DNA分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。 2．基因表达的时间性及空间性： ⑴时间特异性：基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。故又称为阶段特异性。 ⑵空间特异性：基因表达的空间特异性（spatial specificity）是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。故又称为细胞特异性或组织特异性。 3．基因表达的方式： ⑴组成性表达：组成性基因表达（constitutive gene expression）是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。 ⑵诱导和阻遏表达：诱导表达（induction）是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。阻遏表达（repression）是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。 4．基因表达的生物学意义：①适应环境、维持生长和增殖。②维持个体发育与分化。 5．基因表达调控的基本原理： ⑴基因表达的多级调控：基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。 ⑵基因转录激活调节基本要素：①顺式作用元件：顺式作用元件（cis-acting element）又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。②反式作用因子：反式作用因子（trans-acting factor）又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。反式作用因子与顺式作用元件之间的共同作用，才能够达到对特定基因进行调控的目的。③顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用：大多数调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子结合。这种结合通常是非共价键结合。 二、操纵子的结构与功能： 在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组
表观遗传对植物开花相关基因表达的调控
农业基础科学现代农业科技2012年第6期 1表观遗传 1.1表观遗传学基本概念 表观遗传学的概念是1957年由Waddington[1]提出的。随着现代生物科学的发展，表观遗传学的定义也在逐渐完善。目前，研究领域对其的定义为：基因功能的改变凡未牵涉到DNA的序列，又可通过细胞的有丝分裂而遗传者，称为“epigenetics”[2]。由此说明，在基因组中，除序列含有遗传信息外，也有一部分遗传信息记载在其修饰上。当前，学者对植物表观遗传学的研究集中在DNA甲基化、组蛋白密码、染色质重塑等方面内容。 1.2DNA甲基化 DNA甲基化（DNA Methylation）普遍存在于动植物细胞以及细菌基因组中，是在DNA甲基转移酶的作用下，使S 腺苷甲硫氨酸（Sadomet，SAM）的甲基基团转移到胞嘧啶或腺嘌呤残基上（主要是胞嘧啶，腺嘌呤偶有发现），从而完成DNA的修饰[3]。DNA甲基化能够影响DNA和蛋白质的相互作用，抑制基因的表达。因此，在基因表达、植物细胞分化以及系统发育中起着非常重要的作用。 1.3组蛋白密码 组蛋白在翻译后的共价修饰中会发生改变，如发生甲基化、乙酰化、泛素化等，从而提供一种识别的标志，为其他蛋白与DNA的结合产生协同或拮抗效应，它是一种动态转录调控成分，称为组蛋白密码（histone code）[4]。这些组蛋白密码可以被一些特定的蛋白质识别，继而将其翻译成一种特定的染色质状态，进而实现对特定基因的调节。因此，组蛋白密码能够显著地扩大DNA密码子对所携带遗传信息的存储量。1.4染色质重塑 染色质通常通过核小体改变结构。这类伴随着基因表达调节的染色质结构产生的变化被称作染色质重塑（chromatin remodeling），其包括2种类型：一种是依赖共价结合反应的化学修饰，也就是所谓的组蛋白密码[5]；另一种是依赖ATP的物理修饰，靠ATP水解所释放的能量改变染色质。 2植物开花过程的调控 植物能否开花的重要环节就是植物由营养生长向生殖生长转变的过程。随着分子生物学分子遗传学的发展，对植物开花途径的研究也逐渐明确[6]。 2.1春化作用途径 温度是影响植物开花的重要环境因素之一。对于冬性和二年生植物，如果不经低温诱导处理，其开花过程可以推迟几周甚至几个月。低温对开花的促进作用称为春化作用[7]。目前，十字花科的拟南芥和禾本科的小麦、大麦等应用于春化相关的基因研究[8-9]。在拟南芥中，与春化作用有关的基因有FRI、FLC、VRN1、VRN2和VIN3等[10]。研究表明，单基因FRI控制冬性发育特性的拟南芥[11]，如果其编码的盘绕蛋白发生突变，可导致拟南芥过早开花。FLC属于MADS盒基因[12]，其编码的蛋白转录因子是一个强的开花抑制因子，高水平表达对开花具有抑制作用。FLC对开花的抑制作用由于显性等位基因FRI的存在而加强。促进植物开花的过程中，低温春化抑制FLC的表达是通过FRI转录及蛋白表达水平的负调控来实现的[13]。研究发现，拟南芥的春化作用进程中还有基因VRN1、VRN2和VRN3的参与[14]。 2.2光周期途径 光是植物生长发育的一个重要条件，只有通过光周期的调控影响，植物才能顺利完成整个生长发育进程[15-16]。拟南芥是典型的长日照植物，其光周期途径是由光受体感受光信号开始的，在短日照条件下抑制开花，长日照条件下促进 表观遗传对植物开花相关基因表达的调控 燕瀚翔1纳小凡2蒋玉婷3史程圆1乌日汗1毕玉蓉4* （1中央民族大学生命与环境科学学院，北京100081；2宁夏大学生命科学学院；3内蒙古农业大学农学院；4兰州大学生命科学学院） 摘要综述表观遗传对植物开花过程中基因表达的调控。目前，对表观遗传的研究越来越深入，对植物开花过程中的基因调控过程也有很大程度上的把握，但二者的结合即表观遗传对植物开花过程中基因表达的调控还处于初级的探索阶段。因此，对这方面进行深入的研究有助于加深对植物生命周期调控机制的理解，并且对农业生产具有较大的指导意义。 关键词表观遗传；春化作用；基因表达；调控 中图分类号Q943.2文献标识码A文章编号1007-5739（2012）06-0034-03 Regulation of Related Gene Expression about Flowering in Plants by Epigenetic YAN Han-xiang1NA Xiao-fan2JIANG Yu-ting3SHI Cheng-yuan1Wurihan1BI Yu-rong4* （1College of Life and Environmental Sciences，Minzu University of China，Bejing100081；2College of Life Science，Ningxia University；3Agricultural College of Inner Mongolia Agricultural University；4College of Life Science，Lanzhou University）Abstract This paper reviewed the flowering plant epigenetic regulation of gene expression process.The research about epigenetic became more deeply，heprocess of flowering plants in the process of gene regulation have the extent of certainty，but the combination of the two flowering plants that epigenetic process of gene expression at an early exploration stage.Consequently，depth of research in this area would gain a deeper understanding of plant life-cycle regulation mechanisms，and had directive significance for agricultural production. Key words epigenetic；vernalization；gene expression；regulation 基金项目宁夏大学科学研究基金项目。 作者简介燕瀚翔（1985-），男，山西长治人，在读硕士研究生。研究方 向：植物开花表观遗传。 *通讯作者 收稿日期2012-02-22 34
常用的植物转基因技术
五种常用的植物转基因技术 植物转基因技术是通过各种物理的、化学的和生物的方法将从动物、植物及微生物中分离的目的基因整合到植物基因组中，使之正确表达和稳定遗传并且赋予受体植物预期性状的一种生物技术方法。1983年，首例抗病毒转基因烟草的成功培育标志着人类开始尝试利用转基因技术改良农作物。目前，植物转基因技术已在作物改良和育种领域发挥了重要作用。通过植物转基因技术，一些来自于动物、植物及微生物的有益基因如抗病／虫基因、抗非生物胁迫性状基因及特殊蛋白基因已被转化到农作物中以改良现有的农作物和培育新的农作物品种。以DNA重组技术为基础的植物转基因技术极大地扩展了基因信息的来源，打破了远缘物种间自身保持遗传稳定性的屏障。植物转基因技术已应用到玉米、水稻、小麦、大豆和棉花等许多农作物。同时，该技术也正在被尝试用于茄子和草莓等其它的作物中‘1’纠。目前，根据转基因植物的受体类型，植物转基因方法可以分为3大类：以外植体为受体的基因转化方法，如农杆菌介导法、基因枪法和超声波介导法；以原生质体为受体的基因转化方法，如聚乙二醇法、电击法、脂质体法及磷酸钙-DNA共沉淀法；以种质系统为受体的基因转化方法，如子房注射法和花粉管通道法。由于以原生质体为受体的基因转化方法有原生质体培养难度大，培养过程繁杂，培养工作量大且培养技术不易掌握；原生质体再生植株的遗传稳定性差、再生频率低并且再生周期长；相关的转化方法的转化率低、效果不理想等缺点，所以该类基因转化方法未被作为植物转基因的常规方法广泛使用。本文将对农杆菌介导法、基因枪法、超声波介导法、子房注射法和花粉管通道法的原理、基本步骤和优缺点作以简要介绍。 1以外植体为受体的基因转化方法 1.1农杆菌介导法 农杆菌介导法是最早应用、最实用有效并且具有最多成功实例的一种植物转基因方法。农杆菌是一类普遍存在于土壤中的革兰氏阴性细菌。目前，用于植物转基因介导的农杆菌是根癌农杆菌和发根农杆菌。某些根癌农杆菌和发根农杆菌分别含有大小为200 -800bp的结构和功能相似的Ti质粒和Ri质粒。Ti质粒和Ri质粒含有3个功能区：参与农杆菌侵染植物过程的vir区、参与农杆菌基因整合到宿主植物基因组过程的T-DNA区、在农杆菌中启动质粒复制的ori区。在vir区上的vir操纵子群作用下，Ti 质粒和Ri质粒能将自身的T-DNA转入宿主植物细胞内，而后将T-DNA整合到植物基因组中。T— DNA 是质粒上一段10—30kb的序列，它的两端各有一段高度保守的25bp的同向重叠序列。由于T-DNA 转化无序列特异性，因此可用任何基因片段代替原来的T-DNA基因片段进行。 农杆菌介导法的原理是：在农杆菌基因ehvA，chvB， pscA，and att家族所编码的蛋白和植物伤口产生的酚类物质和糖类物质的共同作用下，农杆菌识别并附着在宿主细胞壁上。virD4和virB基因编码蛋白组成的type IV分泌系统将单链VirD2-T-DNA复合体运送到宿主细胞内。此外，VirE3、VirE2和VirF蛋白也通过该系统进入宿主细胞质中。在宿主细胞质中，VirE2蛋白与VirD2-T-DNA复合体结合。在VirD2核定位信号、某些农杆菌蛋白和宿主细胞蛋白的共同作用下，VirD2-T-DNA复合体进入细胞核。在VirD2、VirE2、某些宿主细胞核蛋白如AtKu80和DNA连接酶的作用下，T-DNA被整合到宿主基因组中，但具体过程不详。 农杆菌介导法的基本步骤是：(1)诱导目标植物外植体；(2)构建含有目的基因的质粒；(3)质粒导人合适的农杆菌菌株中及该菌株的活化过程；(4)植物愈伤组织的微伤口处理及农杆菌侵染；(5)共培养及脱菌处理；(6)愈伤组织筛选、分化与植株再生；(7)再生植株及其后代的外源基因及其表达产物的分子检测；(7)转基因T1代的目标性状鉴定。 农杆菌介导法具有操作简单、转化效率较高、重复性好、单拷贝整合、基因沉默现象少、转育周期
第五节 植物细胞的基因表达
一、细胞的阶段性与全能性 繁殖、分化和衰亡是细胞的基本生命活动，也是细胞生理研究的重要内容，高等植物因细胞的这些基本生命活动而完成个体的生活史。 (一)细胞周期与细胞的阶段性 细胞繁殖(cell reproduction)是通过细胞分裂来实现的。从一次细胞分裂结束形成子细胞到下一次分裂结束形成新的子细胞所经历的时期称细胞周期(cell cycle)，细胞周期所需的时间叫周期时间(time of cycle)，整个细胞周期可分为间期(interphase)和分裂期两个阶段。间期是从一次细胞分裂结束到下一次分裂开始之间的间隔期。间期是细胞的生长阶段，其体积逐渐增大，细胞内进行着旺盛的生理生化活动，并作好下一次分裂的物质和能量准备，主要是DNA复制、RNA 的合成与有关酶的合成以及ATP的生成。细胞周期可分为以下四个时期。 1.G 1期从有丝分裂完成到DNA复制之前的这段间隙时间叫G 1 期(gap 1 ，pre-synthetic phase)。在这段时期中有各种复 杂大分子包括mRNA、tRNA、rRNA和蛋白质的合成。 2.S期这是DNA复制时期，故称S期(synthetic phase),这期间DNA的含量增加一倍。 3.G 2期从DNA复制完成到有丝分裂开始的一段间隙称G 2 期(gap 2 ，post-synthetic phase)，此期的持续时间短，DNA 的含量不再增加，仅合成少量蛋白质。 4.M期从细胞分裂开始到结束，也就是从染色体的凝缩、分离并平均分配到两个子细胞为止的时期。分裂后细胞内DNA减半，这个时期称M期(即有丝分裂，mitosis)或D期(division)。细胞分裂的意义在于S期中倍增的DNA以染色体形式平均分配到两个子细胞中，使每个子细胞都得到一整套和母细胞完全相同的遗传信息。 细胞周期延续时间的长短随细胞种类而异，也受环境条件的影响(见第八章第二节)。多细胞生物体要维持正常的生活，就必须不断地增殖新细胞以代换那些衰老死亡的细胞。 细胞衰老(cellular aging，见第十章第五节)与死亡是细胞生命活动的必然规律。细胞的死亡可以分为两种形式：一种是坏死性或意外性死亡(necrosis，accidental death)，即细胞受到外界刺激，被动结束生命；另一种死亡方式称为程序化死亡(programmed cell death,PCD)，这是一种主动的，受细胞自身基因调控的过程，因此，PCD是生命活动中不可缺少的组成部分。在PCD发生过程中，一般伴随有特定的形态、生化特征出现，此类细胞死亡被称为凋亡(apoptosis)。当然，也有的细胞在PCD过程中并不表现凋亡的特征，这一类PCD被称为非凋亡的程序化细胞死亡(non-apoptotic programmed cell death)。 细胞程序化死亡与通常意义上的细胞衰老死亡不同，它是多细胞生物中某些细胞所采取的一种自身基因调控的主动死亡方式。它与细胞坏死的形态特征也截然不同，其最明显的特征是细胞核和染色质浓缩，DNA降解成寡聚核苷酸片断，细胞质也浓缩，细胞膜形成膜泡，最后转化成凋亡小体(apoptotic body)。植物细胞程序化死亡主要发生在细胞分化过程中，如维管系统的发育；性别发生过程中某些生理器官的败育，导致单性花的形成。在发生过敏反应(hypersensitive reaction)时，细胞程序化死亡可在感染区域及其周围形成病斑(lesion)，从而防止病原体的扩散。 (二)细胞分化与细胞全能性 细胞分化(cell differentiation)是细胞间产生稳定差异的过程。 也就是由一种类型的细胞转变成在形态结构、生理功能和生物化学特性诸方面不同的另一类型细胞的过程。植物体的各个器官以及各种组织内的细胞形态结构、功能和生理生化特性都是各不相同的，这就是细胞分化的结果。多细胞生
转录的调节控制
（四）转录的调节控制 转录的调节是基因表达调节的重要环节，包括时序调节和适应调解。遗传信息的表达可按一定时间程序发生变化，而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整。 原核生物的操纵子：它既是表达单位，也是协同调节的单位。 操纵子是细菌基因表达和调控的单位，它包括结构基因、调节基因和由调节基因产物所识别的控制序列。 操纵子模型，见P561。 由于经济原则，细菌通常并不合成那些在代谢上无用的酶，因此一些分解代谢的酶类只在有关的底物或底物类似物存在时才被诱导合成。如E. coli利用外界乳糖时会需要三种有关的酶，一般情况下极少产生，只有当乳糖存在时，按乳糖操纵子模型这三种利用乳糖所必需的酶才大量产生。 一些合成代谢的酶类在产物或产物类似物足够量存在时，其合成则被阻遏。 P562 图39-21 说明酶诱导和阻遏的操纵子模型。 酶的诱导和阻遏是在调节基因产物—阻遏蛋白的作用下，通过操纵基因控制结构基因或基因组的转录而发生的。 A.酶的诱导：阻遏蛋白结合在操纵基因上，结构基因不表达；但当诱导物与阻遏蛋 白结合使阻遏蛋白不能结合在操纵基因上，结构基因可以表达。 B.酶的阻遏：阻遏蛋白不能与操纵基因结合，结构基因可表达；当代谢产物与阻遏 蛋白结合使阻遏蛋白能够结合在操纵基因上，结构基因不表达。 P563 图39-22 为E. coli中乳糖操纵子模型。 调节有正调节和负调节，原核生物以负调节为主。 阻遏蛋白的作用属于负调节，阻遏蛋白称为负调节因子。 正调节：调节蛋白（激活子）与DNA结合时，使转录发生。 真核生物的调节更为复杂，基因不组成操纵子，以正调节为主，并可在染色质结构水平上进行调节。 (五) RNA生物合成抑制剂 （1）碱基类似物：可作为核苷酸代谢拮抗物而抑制核酸前体的合成，直接抑制核苷酸生物合成有关的酶，或通过掺入到核酸分子中形成异常的DNA或RNA影响核 酸的功能并导致突变： 如6-巯基嘌呤，6-巯基鸟嘌呤，5-氟尿嘧啶等，结构式见P469。 （2）DNA模板功能抑制物：通过与DNA结合，使DNA失去模板功能从而抑制其复制和转录： 如临床上应用的氮芥类似物。（结构见P470）。 环磷酰胺：体外无活性，进入肿瘤细胞后受磷酰胺酶作用水解成活性氮芥，可治疗多种癌症。 苯丁酸氮芥：因含有酸性基团不易进入正常细胞，而癌细胞酵解作用旺盛，大量积累乳酸，pH较低，故容易进入癌细胞。 10-2 RNA的转录后加工 细胞中由RNA聚合酶合成的原初转录物往往需经过一系列变化，包括链的裂解，5‘端与3‘端的切除和特殊结构的形成，核苷的修饰和糖苷键的改变以及拼接和编辑，才能转变为成熟的RNA分子，此过程为转录后加工或称RNA的成熟。 （一）原核生物中RNA的加工 mRNA一般不进行转录后加工，一经转录通常立即进行翻译。
基于PLC的植物灌溉控制系统设计
自动化控制 ? Automatic Control 114 ?电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering 【关键词】PLC 植物 灌溉 控制系统 设计随着我国科学技术的不断发展壮大，现实中有很多的人工操作已经被自动化操作替代，我国把节水灌溉作为国民经济发展的重点项目，同时对半干旱地区的生态环境也有所改善， 利用PLC 系统后，不仅大大节约了人工成本，也使自动化系统在现实生活中得到广泛应用， 目前大多数工业地区用PLC 系统作为电器控制水平的衡量标准。根据环境监测得出的结论，对植物进行自动浇灌，该系统为配合控制，并且对检测到的参数进行准确的实时监测，以此对所浇灌的植物进行控制。1 系统组成1.1 PLC的造型及扩展模块的选定可编程控制器是以微处理器作为基础，综合了一种新型的工业控制装置系统，如计算机，自动控制及通信系统等技术，它的优点是：结构比较简单，编程很方便，可靠性非常高等。它广泛适用于工业生产过程，和工业装置的自动化控制中，成为工业控制的重要手段，和工业中重要的基础控制设备。随着我国 科技的不断创新，PLC 的功能也在不断完善并加强，PLC 系统的工作方式与工业控制计算机相比较是不完相同的，同时它的开发与计算机进行控制的开发相比也是不完全相同，因此，PLC 控制系统的设计理念遵循原则是：尽最大极限地满足被控对象所要达到的控制要求，同时尽量使控制系统变得越来越简单，而且经济适用，使用户更加方便的进行使用及合理的维护，充分保证系统的安全可靠性，最终达到一定的可扩展性。本控制系统分为A ，B ，C 三个模块，根据不同的区域以及不同植物的生长规律和要求，利用灌溉系统进行不同控制要求。基于PLC 的植物灌溉控制系统设计 文/靳瑞生 裴瑞婷 如在A 区我们釆用喷雾式灌溉，年喷3分钟， 然后休息6分钟，工作时间以早九晚五为准。在B 区我们釆用旋转式的喷头进行灌溉，分为两个小组来进行灌溉，每组每工作5分钟，休息20分钟，从每天早上九点开始，到下午两点结束。在C 区同样分为两个小组进行交替灌溉工作，每隔两天进行灌溉一次，工作系统分手动和自动两种控制工作方式，如果遇到天气变化或者阴雨天气，系统将自动停止对植物的灌溉，同时系统还受时间的控制，对植物的温度及湿度都有一定的测试控制功能，也就是说，当植物的温度和湿度都达到某一个设定的控制点时，系统将会自动报警，并且能自动改变该程序的运行方式，还能运用自动和手动 功能来控制水泵的运行，和停止，更有效地控 制各个电磁阀的开和关。 1.2 触摸屏的选择 根据系统显示以及控制的相关需求，我 们所选用的触摸屏型号为LEVI777A 富昌维控 触摸屏，该屏幕尺寸为10.2寸，分辨率可以达到800x400，COM1为其通讯端口，输入范围可以达到28VDC 范围内。1.3 传感器的选择在选择传感器的过程中，需要综合考虑传感器所测量的灵敏度，准确度，稳定性。因此我们在本次研究中采用的型号为HYDZ-102WS ，温度和湿度变送器以及一体投入式的 液位传感变送器，型号为TS-8020D 。图1所 示的就是温度和湿度变送器。 这种变送器能够同时对环境中的温度 和湿度进行参数模拟，并输出信号为20毫 安范围内，传输量程为1米，湿度可以达到 100%RH ，温度在零下40℃到120℃，可以在 12到24VDC 的电压范围内运行。我们选择的一体投入式液位传感变送器型号TS-8020D ，在其投入水中时即可以完成测量，准确测量末端到液面的高度，且量程为一米范围内，工作电压为24VDC ，输出信号控制在4到20毫安范围内。2 植物浇灌系统PLC相关程序设计我们所采用的植物灌溉系统是一种循环程序的控制流程图，当系统进行正常运行时，首先会进入初始化状态，需要对各个寄存器进行赋值，变送器可以采集参数，并将这些参数转化为实际的温度信号和湿度信号，储存于计算机中，然后系统会自动检测本次程序是自动式还是手动式。如果是自动控制，则需要将寄存器中的储存值和设定温度上限以及湿度下限进行比较，如果都上限和湿度值低于下限，此时会开启指示灯，如果温度没有达到上限时或者湿度也没有低于下限时，则此时电磁阀和指示灯会处于关闭状态。如果液位值超过上限，电磁阀和指示灯会同时关闭，以防灌溉过多水分，如果选择手动控制时则需要人为进行电磁阀按钮的控制。3 小结在本次研究中，我们基于PLC 植物灌溉控制系统，实现了对植物的自动灌溉，通过对一些参数的监测能够准确对植物灌溉进行自动化控制，包括温度，湿度以及液位值。结果发现该系统能够稳定运行，而且在数据处理，检测方面具有较强的能力，操作简便，具有广泛的使用价值。参考文献[1]赵镭,谢守勇,詹攀,黄河. 基于PLC 的灌溉压力控制系统研究简[J].西南大学学报(自然科学版),2016,38(12).作者简介靳瑞生（1972-），男，甘肃省武威市人。工学学士。教研室主任/副教授。研究方向为机电一体化。裴瑞婷（1992-），女，甘肃省武威市人。工学学士。助教。研究方向为机电一体化。作者单位甘肃畜牧工程职业技术学院 甘肃省武威市 733006图1（a）温、湿度变送器图（b）液位传感变送器
(完整版)基因的转录与翻译真题练习
基因的表达真题演练遗传信息的转录和翻译 命 题 剖 析 考 向 扫 描 1 以示意图等形式考查DNA的结构、特点、转录过程及与DNA分子复制的区别, 考查学生对DNA分子复制与转录过程的理解能力及对二者区别的分析能力。 选择题是常见题型 2 以选择题或非选择题等形式考查转录、翻译过程及其调控机制,考查学生的 识图能力及理解、推理分析等综合思维能力 3 以选择题的形式考查中心法则相关内容及基因对性状的控制,考查学生获取 信息、分析问题的能力 命 题 动 向 遗传信息的转录和翻译部分是高考的重点,内容侧重转录与翻译的具体过程、条 件、特点及碱基数目的计算等,题型多样化,选择题、非选择题均有。对中心法 则和基因与性状的关系的考查以选择题为主,可能会结合具体实例分析基因控 制性状的模式或遗传信息传递的过程 1.(2012年课标全国卷,1,6分)同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白,组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同,但排列顺序不同。其原因是参与这两种蛋白质合成的( ) A.tRNA种类不同 B mRNA碱基序列不同 C.核糖体成分不同 D.同一密码子所决定的氨基酸不同 2.(2012年安徽理综卷,5,6分)图示细胞内某些重要物质的合成过程。该过程发生在( ) A.真核细胞内,一个mRNA分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链 B.原核细胞内,转录促使mRNA在核糖体上移动以便合成肽链 C 原核细胞内,转录还未结束便启动遗传信息的翻译 D.真核细胞内,转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译 3.(2011年海南卷)野生型大肠杆菌能在基本培养基上生长,用射线照射野生型大肠杆菌得到一突变株,该突变株在基本培养基上培养时必须添加氨基酸甲后才能生长。对这一实验结果的解释,不合理的是( ) A.野生型大肠杆菌可以合成氨基酸甲 B 野生型大肠杆菌代谢可能不需要氨基酸甲 C.该突变株可能无法产生氨基酸甲合成所需的酶 D.该突变株中合成氨基酸甲所需酶的功能可能丧失 4.(2011年海南卷)关于RNA的叙述,错误的是( ) A.少数RNA具有生物催化作用 B 真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的 C.mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子 D.细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸 5.(2011年安徽理综卷)甲、乙图示真核细胞内两种物质的合成过程,下列叙述正确的是( )
转录调控
分子机制研究套路（五） 转录调控 课题：转录因子A对B基因的转录调控 1．概念介绍： 转录水平的调控是真核生物基因表达调控中重要环节。真核细胞RNA 聚合酶自身对启动子并无特殊亲和力，单独不能进行转录，也就是说基因是无活性的。因此，转录需要众多的转录因子和辅助转录因子形成复杂的转录装置。在基因转录起始阶段，通用转录因子协助RNA 聚合酶与启动子结合，但其作用很弱，不能高效率地启动转录。只有在反式作用因子(基因特异性转录因子）的协助下，RNA 聚合酶Ⅱ和TFⅡ才能有效地形成转录起始复合物。反式作用因子（trans acting factor）在转录调节中具有特殊的重要性。它是能直接或间接地识别或结合在顺式作用元件8～12bp 核心序列上，参与调控靶基因转录效率的一组蛋白质。这类DNA 结合蛋白有多种，能特异性识别这类蛋白的序列也有多种，正是不同的DNA 结合蛋白与不同的识别序列之间的空间结构上的相互作用，以及蛋白质与蛋白质之间的相互作用构成了复杂的基因转录调控机制的基础。 在真核生物中转录因子的调控是最重要，也是研究得最多的。蛋白质相互作用在转录因子活性的调控方面具有重要的意义。细胞内的反式作用因子都是处于有活性和无活性两种状态，这两种状态是可以转换的。反式作用因子处于无活性状态时，与之相应的基因就不能表达；反式作用因子处于有活性状态、并与相应的顺式作用元件结合时，就可以促进RNA 聚合酶和通用转录因子与相应的启动子结合，形成转录起始复合物。所以，真核基因的表达调控主要是调节反式作用因子的活性，随后反式作用因子调控基因的转录起始。 转录因子被激活后，即可识别并结合上游启动子元件和增强子，对基因转录发挥调控作用。大部分转录因子在激活以后与顺式作用元件结合，但也可能有一些转录因子是先结合DNA，
基因的转录、转录后调控
基因的转录、转录后 加工及逆转录 转录 (transcription)是以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。与DNA的复制相比，有很多相同或相似之处，亦有其特点，它们之间的异同可简要示于表13-1 转录的模板是单链DNA，与复制的模板有较多的不同特点，引出了下列相关概念。转录过程只以基因组DNA中编码RNA（mRNA、tRNA、rRNA及小RNA）的区段为模板。把DNA分子中能转录出RNA的区段，称为结构基因（structure gene）。结构基因的双链中，仅有一股链作为模板转录成RNA，称为模板链(template strand)，也称作Watson（W）链(Watson strand)、负（-）链(minus strand)或反意义链(antisense strand)。与模板链相对应的互补链，其编码区的碱基序列与mRNA的密码序列相同（仅T、U互换），称为编码链(coding strand)，也称作Crick（C）链（Crick strand）、正（+）链(plus strand)，或有意义链(sense strand)。不同基因的模板链与编码链，在DNA分子上并不是固定在某一股链，这种现象称为不对称转录(asymmetric transcription)。模板链在相同双链的不同单股时，由于转录方向都从5’→3’，表观上转录方向相反，如图13-1。 与DNA复制类似，转录过程在原核生物和真核生物中所需的酶和相关因子有所不同，转录过程及转录后的加工修饰亦有差异。下面的讨论中将分别叙述。 参与转录的酶 转录酶（transcriptase）是依赖DNA的RNA聚合酶（DNA dependent RNA polymerase，DDRP），亦称为DNA指导的RNA聚合酶（DNA directed RNA polymerase），简称为RNA聚合酶（RNA pol）。它以DNA为模板催化RNA的合成。 原核生物和真核生物的转录酶，均能在模板链的转录起始部位，催化2个游离的
原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较
1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节 ①结构基因均有调控序列； ②表达过程都具有复杂性，表现为多环节； ③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性； 2.不同点: ①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。 ②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。 ③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。 ④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。 ⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。原核生物基因以操纵子的形式存在。转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。 真核生物基因表达的调控环节较多： 在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。 在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。 在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。 在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。 真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。 真核生物和原核生物复制的不同点： ①真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成 ②原核生物DNA的复制是单起点的，而真核生物染色体的复制则为多起点的。真核生物中前导链的合成并不像原核生物那样是连续的，而是以半连续的方式，由一个复制起点控制一个复制子的合成，最后由连接酶将其连接成一条完整的新链。 ③真核生物DNA的合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原核生物要短。