基因启动子新

基因转录中的启动子和转录因子研究人类基因是生命的本质，它们包含了细胞生物学的所有信息。

这些信息可以被执行并控制细胞的功能以及组织和器官的形成和发展。

基因转录是基因表达和功能的关键步骤。

即使在同一物种，不同类型的细胞也会表达不同的基因。

因此，了解细胞类型特异性基因表达的机制极其重要。

在转录过程中，启动子和转录因子起着重要作用。

启动子是调节基因转录的DNA序列，其位置对应于基因的转录起点。

转录因子是一类可以结合到启动子上的蛋白质，它们通过与DNA特定序列的结合而调节基因转录。

研究人员发现，转录因子的种类非常多，并且在不同细胞类型中表达不同。

同样，启动子的序列在不同的基因中变化很大。

目前已经鉴定了大量可能与不同类型细胞特异性密切相关的启动子序列和转录因子。

研究人员正在使用各种技术来研究基因转录中的启动子和转录因子。

1. 染色质免疫共沉淀染色质免疫共沉淀（ChIP）技术可以鉴定特定转录因子与启动子的结合情况。

该技术并不仅限于检测单个转录因子，他们也可以同时鉴定某一启动子上多个转录因子的结合情况。

例如，该技术在一个CFTR（囊性纤维化跨膜传导子）基因启动子中发现了多个转录因子的共同作用。

2. 高通量测序技术高通量测序技术可以在不需要预先知道启动子（或全基因组的）序列的情况下，确定基因转录的启动区域。

例如，通过RNA测序技术可以得到大量转录本的序列信息，而从截断端序列散点光谱图（CAGE）数据中可以确定基因转录的启动区域。

这种技术已被应用于发现和鉴定人类基因组中数千个未知启动子。

3. 人工合成启动子该方法允许人工创建具有特定启动子序列的DNA片段，并且可以被放入真核细胞中进行转录分析。

这种方法提供了研究人员用来确定启动子序列对基因表达的影响的有力方法。

4. 高分辨率定位单细胞RNA测序此外，近年来利用高分辨率的单细胞RNA测序技术，也可以研究单个细胞中的基因转录的变化。

这种技术不仅可以帮助研究人员了解单个细胞内部基因表达的异质性和组织之间的表达差别，还可以帮助研究人员发现新的基因及其启动子序列，进一步促进了基因启动子和转录因子研究领域的发展。

基因启动子和转录因子的相互作用基因是一个生命系统中不可或缺的基本单位，是决定生物体性状的遗传信息的载体。

基因的表达和调控与生物体的生长、发育、免疫等生命过程息息相关。

在基因表达调控中，基因启动子和转录因子的相互作用发挥着非常重要的作用。

基因启动子是基因的调控区域，位于基因的上游区域，通过该区域的启动子序列可被转录因子识别和结合，从而在特定的条件下促进或抑制该基因的转录。

基因启动子的结构复杂，包括共同关键因子结合位点、反应元件、转录起始位点、首个外显子、缺乏可变区域和调控元件等。

转录因子是一类具有序列特异性结合DNA的蛋白质，参与生物体的基因表达调控过程。

它们可识别基因启动子上的特定序列元件而结合到DNA上，进而促进或抑制RNA的转录。

转录因子的识别和结合能力是通过转录因子的DNA结合域实现的，该结构域可以与DNA上的碱基序列特异性结合。

在基因表达调控中，基因启动子和转录因子之间的相互作用是非常关键的。

一方面，基因启动子的序列特征使得特定的转录因子可结合其上，从而通过控制蛋白质合成的水平来调整基因表达。

另一方面，转录因子通常只能与特定基因启动子结合，从而实现基因表达的特异性调控。

因此，基因表达调控的调整特征将基于基因启动子和转录因子之间的相互作用。

基因启动子和转录因子之间的相互作用可以通过各种技术手段来研究。

其中，最常用的是电泳迁移实验（EMSA）。

在EMSA实验中，转录因子可被标记或未标记的DNA探针靶向结合到基因启动子上，并通过电泳迁移分离出来来评估转录因子-启动子复合物的特异性结合。

EMSA分析不仅可以揭示基因表达调控的分子机制，还可以为潜在的药物开发提供关键信息。

除了EMSA外，还可以通过染色质免疫沉淀（ChIP）技术来评估转录因子对基因启动子的结合。

通过这种方法，可以获得特定转录因子-启动子复合物及其与DNA结合的位置信息。

ChIP技术可以完整地研究整个细胞基因组的转录因子和基因启动子之间的相互作用。

基因启动子分析一：克隆目的基因基本启动子序列我们都知道，基因的基本启动子一般是在基因转录起始位点上游，当一个基因在没有确定其转录起始位点的时候，我们假定NCBI上提交的序列就是他的完整转录本，那么他的第一个碱基就是他的转录起始位点。

而基因的基本启动子一般就是在转录起始位点的上游2000bp左右和下游200bp左右，当然,这个是一般情况,具体问题还要具体分析.尤其现在发现一般的基因都是有几个转录起始位点的.我们通过该基因mRNA序列和基因组序列BLAST，就能够在染色体上找到这段基因组序列。

我这里用human的AGGF1基因做个例子给大家具体演示一下.1 首先需要在NCBI里面查找到AGGF1基因的mRNA序列,这个我想大家都应该很清楚,如下图.2 然后就是用这段mRNA序列和人类的基因组序列BLAST3 BLAST得到了很多结果，我们往往选择最上面那个最匹配的结果。

4 点击之后就可以看到下图，这个基因的14个外显子和13个内含子在5号染色体上的位置一目了然，第一个外显子在上面，说明这个基因在染色体上是正向的，基本启动子就应该在第一外显子上面，我用红色的方框标明了。

5 大家有没有注意到左上方有个数据框，我把数值改为76,360K 到 76,362.200 ,刚好2200BP,包括了第一个外显子的前200BP左右.然后点击红色框标明的Download/view sequence.6 然后就到了这个界面, Sequence Format 选择GenBank, 然后点击 Display. 就得到我们所需要的序列了.7 这里我们可以看到1989到2201是AGGF1的mRNA序列,说明我们的确找到了该基因5'非翻译区的上游启动子序列.建议将这2200bp都克隆下来.以上的步骤就是基因基本启动子的查找,其实还有很多调控序列是在基因内含子区域或者是基因的3'非翻译区等,序列查找的步骤和上面是一样的.8 还有一个方法更加简单,那就是用AGGF1的 前60bp序列和nucleotide 数据库 BLAST,可以得到该序列在染色体上的位置,需要注意的是,如果是反向的序列的话,我们就要选择反向互补的序列.二：软件预测顺式作用元件，做点突变分析得到这些序列后,克隆进没有启动子载体pGL3或者pTAL-luc中去，转染细胞, 测定荧光活性，如果有很强的活性,那么说明你已经成功克隆到了该基因的基本启动子. 然后可以通过5‘非翻译区一系列的缺失突变，不断把范围缩小,找到哪一段序列对于该基因的启动子活性是必须的或者是最重要的。

基因启动子结构及其调节机制研究基因是细胞内的蓝图，它指导了细胞的生命周期和功能表现。

而基因的表达是指基因中所存储的信息如何通过转录和转录后修饰得以表现出来，即转化为RNA 和蛋白质。

基因的转录起点是启动子，是一段长度通常在300~400bp左右的DNA 序列，它包含了启动转录所必需的核酸序列和组蛋白修饰位点。

启动子的结构和调节机制是基因表达研究的重点，具有重要的科学意义和现实价值。

启动子的结构启动子是基因转录的起点，不同的启动子具有不同的结构。

启动子结构主要由下列几个部分构成：TATA盒，转录起始位点（TSS），平滑过渡区（HRE），增强子和启动子附属元件（ASE）。

其中，TATA盒是最基本的元件，位于TSS上游25~35bp处，是转录因子TFIID介导转录起始的主要识别位点。

HRE通常位于TSS 下游，与细胞核中的特定转录因子结合，旨在协调启动子和相应的启动子附属元件之间的相互作用。

增强子突变和 ASE控制启动子的活性，并在特定条件下诱导或抑制基因表达。

启动子的调节机制启动子是基因转录的起点，因此其活性的高低十分重要。

启动子的活性受到多重因素的影响，例如细胞类型、外部激素、三维空间域和表观遗传标记等。

这些因素可以通过控制转录因子的活性和形式，进而调节启动子的转录活性和效率。

转录因子是调节启动子活性的主要因素之一。

它们可在特定剪切位点识别启动子元件，并与不同的辅因子、共激活因子和抑制因子相互作用，共同形成特定的三维空间结构。

转录因子和相应的辅助因子的配体结合使该对能与细胞内的一系列信号传导通路相互作用，来产生特定的表观遗传标记和修饰。

三维空间结构是调节启动子活性的另一个因素，为启动子元件带来新的交互作用和组蛋白修饰。

通过拋物面能走直道来实现基因表达量的空间分布，并在远距离上改变启动子元件的地位。

在基因组内，三维编码能够使不可融合的启动子决定特定的基因表达，并使认证能够灵活地调控潜在的基因元件。

表观遗传标记是基因表达和转录调节过程中第三个主要的调控因素，例如DNA甲基化、组蛋白乙酰化和磷酸化等。

基因启动子的结构与功能基因启动子是指位于基因剪接位点上游区域的一段DNA序列，能够吸引和调控RNA聚合酶的结合，从而启动基因的转录过程。

其结构与功能直接影响着基因表达的调控和细胞信号传导的复杂性，因此，基因启动子的研究一直是生命科学领域的热点之一。

一、基因启动子结构的多样性基因启动子的长度一般为250-3000bp，而其结构则极为复杂。

研究表明，基因启动子通常包含核心启动子、强化子、转录因子结合位点等多个区域。

其中，核心启动子是指包含tATA盒和前向元件等元素，能够直接引导转录起始点的开始转录。

而强化子则指那些能够增强基因表达水平的序列。

此外，还有许多转录因子结合位点也具有调控基因表达的功能。

基因启动子的多样性主要源于不同的启动子的结构和强度不同，以及调控因子的多样性。

例如，TATA-box不是所有启动子都具有的，而一些基因启动子则需要引导其他序列的转录。

此外，基因启动子的空间构象等因素也可能影响其功能，如某些启动子需要存在一定的DNA环状结构才能正确招募转录因子。

二、基因启动子的功能调控随着对基因启动子结构的深入了解，人们对其调控功能的研究也越发细致。

基因启动子的调控是一个极其复杂的调节过程，常涉及到互作素和转录因子、DNA修饰、RNA干扰等多个层次。

其中，DNA修饰主要包括甲基化、羟甲基化等，而RNA干扰则利用RNA分子切割靶基因mRNA来抑制其表达。

在基因表达调控的复杂性方面，转录因子扮演着非常重要的角色。

这些小分子蛋白能够与基因启动子上的相关序列结合，从而引导RNA聚合酶的结合。

例如，在人类中，基因启动子中的ATF1元件能够与CREB转录因子的部分区域结合，而后促进RNA聚合酶的招募和基因转录。

此外，还有一些非编码RNA （ncRNA）也因其对基因启动子调控的作用而受到研究人员的关注，如miRNA、lncRNA等。

三、未来的研究方向尽管在基因启动子的结构和功能研究上已经取得了重要的进展，但也存在着许多问题和待解决的难题。

参考基因组所有基因启动子参考基因组是指在研究者的研究过程中，用作基因注释、比对和标定的一个完整基因组。

它是一种理想化的参考，用来帮助解释实验结果，例如DNA序列数据的比对、变异分析和功能注释等。

参考基因组通常由一个或多个物种的典型个体组成，可用于表示一个或多个个体之间的共通性。

而基因则是构成生命的最基本的功能单位。

在参考基因组中，包含了所有的基因以及与基因相关的各种功能元件，其中之一就是启动子。

启动子是控制基因转录的调控序列，通常位于基因的上游区域。

它是一段DNA序列，包括一些结合转录因子的位点，用于调控基因的表达过程。

启动子的功能是将RNA聚合酶等转录因子引导到相应的基因上，启动基因的转录。

启动子包含了转录因子结合位点(TFBS)、TATA盒子和启动子元件等。

转录因子结合位点是转录因子所能结合的DNA区域，通过转录因子与这些位点结合，可以调控基因的转录。

TATA盒子是一种特殊的启动子元件，它位于启动子的上游区域，与RNA聚合酶等转录因子的结合有助于启动基因的转录。

除了启动子相关的元件之外，参考基因组中还包含了其他与基因功能相关的元件，例如增强子和转录调控区。

增强子是一种与启动子相似的DNA序列，可以增强或抑制基因的转录。

它们可以在远离基因的位置上控制基因的表达，甚至可以调控不同染色体上的基因。

转录调控区是一段位于基因的上游或内部的DNA序列，与转录因子的结合有助于调控基因的表达。

参考基因组的建立和维护是基因组学研究的一个重要任务。

通过建立参考基因组，可以更好地理解基因的功能和调控机制。

参考基因组可以为研究者提供一个标准的基因组模板，用于比对和注释新的DNA 序列数据，从而帮助解释这些数据的意义。

此外，参考基因组也可以为研究者提供一个准确的基因序列，用于设计和合成基因工程实验。

总之，参考基因组中包含了所有的基因以及与基因相关的各种功能元件，其中之一就是启动子。

启动子是控制基因转录的调控序列，包括转录因子结合位点、TATA盒子和其他启动子元件等。

启动⼦启动⼦（promoter）是基因的⼀个组成部分，在遗传学中是指⼀段能使基因进⾏转录的脱氧核糖核酸（DNA）序列。

启动⼦可以被RNA 聚合酶辨认，并开始转录。

在核糖核酸（RNA）合成中，启动⼦可以和决定转录的开始的转录因⼦产成相互作⽤，控制基因表达（转录）的起始时间和表达的程度，包含核⼼启动⼦区域和调控区域,就像“开关”，决定基因的活动，继⽽控制细胞开始⽣产哪⼀种蛋⽩质。

完全的启动⼦称为规范序列。

启动⼦区是RNA聚合酶的结合区，其结构直接关系到转录的效率。

关于其结构特点，Pribnow设计了⼀个实验，他把RNA聚合酶全酶与模板DNA结合后，⽤DNase l⽔解DNA，然后⽤酚抽提，沉淀纯化DNA后得到⼀个被RNA聚合酶保护的DNA⽚段，约有41～44个核苷酸对。

他先后分离了fd噬菌体、T7噬菌体的A2及A3启动⼦、h 噬σ菌体的PR启动⼦及⼤肠杆菌乳糖操纵⼦的UV5启动⼦等5段被酶保护的区域，并进⾏了序列分析，以后⼜有⼈做了50多个启动⼦的序列分析后发现，在被保护区内有⼀个由5个核苷酸组成的共同序列，是RNA聚合酶的紧密结合点，现在称为Pribnow区（Pribnow box），这个区的中央⼤约位于起点上游10bp处，所以⼜称为-10区。

许多原核⽣物都含有这两个重要的启动⼦区：RNA聚合酶同启动⼦结合的区域称为启动⼦区。

将各种原核基因同RNA聚合酶全酶结合后，⽤DNase I⽔解DNA，最后得到与RNA聚合酶结合⽽未被⽔解的DNA⽚段，这些⽚段有⼀个由5个核苷酸（TATAA）组成的共同序列，以其发现者的名字命名为Pribnow框(Pribnowbox），这个框的中央位于起点上游10bp处，所以⼜称-10序列（-10 sequence），后来在-35 bp处⼜找到另⼀个共同序列（TTGACA）。

Hogness等在真核基因中⼜发现了类似Pribnow框的共同序列，即位于-25～-30 bp处的TATAAAAG，也称TATA框（TATAbox）。

基因启动子的结构和调节基因启动子是指位于基因序列上游，调控基因表达的一段DNA序列。

它通常由多个序列特征组成，包括转录因子结合位点、启动子核心区、增强子、沉默子、DNA甲基化、组蛋白修饰等。

这些特征共同组成了基因启动子的结构，并为基因调节提供了依据。

一、转录因子结合位点转录因子是一类结合到基因启动子上的蛋白质，它们具有DNA结合域和功能结构域。

转录因子结合位点是指转录因子在基因启动子上的靶标，它们通常是一些短序列，如顺式作用元件（TATA box、GC box等）或反式作用元件（Silencer、HRE等）。

这些元件可以向下游传导信号，启动或终止转录过程。

二、启动子核心区启动子核心区包括转录起始位点（TSS）和邻近序列。

TSS是指转录起始复合物（TAC）结合到基因启动子上，从而开始转录的位置。

邻近序列包括+1、-1、-2等在TSS周围的核苷酸序列，它们可以影响TSS的结合及转录的速率。

三、增强子增强子是一种调控DNA拓扑结构的非编码序列，它们位于基因启动子上游数百万个碱基对的位置，可与启动子形成空间结构。

增强子可以促进基因表达，是调节基因表达的重要因素。

四、沉默子沉默子是一种抑制基因表达的特定序列，它们位于基因启动子上游或内部的位置，抑制转录因子进入启动子，从而阻止基因表达。

沉默子可以促进细胞分化和发育，通过沉默一些基因来调节细胞的发展。

五、DNA甲基化DNA甲基化是添加甲基基团到DNA分子上的一种化学修饰，它通常出现在基因启动子上游与基因内部的CpG岛上。

DNA甲基化可以抑制基因表达，缩小启动子的容积，从而影响基因调节。

六、组蛋白修饰组蛋白修饰是指通过改变组蛋白表面上氨基酸残基的修饰状态来影响细胞基因表达的过程。

常见的组蛋白修饰包括甲基化、乙酰化、泛素化等。

组蛋白修饰可以将染色质从紧缩的状态转变成松弛的状态，从而加强或削弱启动子的作用。

基因启动子的结构和调节是基因表达调控的重要方面，因为它们是决定基因表达水平和时空特异性的重要环节。

植物基因工程中的常用启动子 _3231 植物基因工程中的常用启动子植物基因工程中常用的启动子按其作用方式及功能可分为三类：组成型启动子(constitutive promoter )、诱导型启动子(inducible promoter) 和组织特异性启动子(tissue – specific promoter)。

这种分类大体上反映了它们各自的特点, 但在某些情况下，一种类型的启动子往往兼有其它类型启动子的特性。

1 组成型启动子组成型启动子在所有组织中都启动基因表达，具有持续性，不表现时空特异性；RNA和蛋白质表达量也是相对恒定的。

它包括异源和内源组成型启动子两类。

植物基因工程中应用的异源组成型启动子主要有CaMV35S启动子（来源于烟草花叶病毒基因），能在大部分植物中对异源基因进行启动表达，完整的CaMV35S启动子是植物基因工程中应用最为广泛的组成型启动子之一，如在马铃薯、拟南芥、烟草、蘑菇、毛白杨等植物中的转基因应用。

常用的还有来自农杆菌的Nos和Ocs启动子。

内源启动子主要有水稻肌动蛋白(actin)和玉米泛素(ubiquitin)基因的启动子，这些启动子可以更有效地驱动外源基因在单子叶植物中的表达。

Naomi等分别从拟南芥的色氨酸合酶β亚基基因和植物光敏色素基因中克隆了相应启动子，用其代替CaMV 35S启动子，在转基因烟草中也取得了很好的表达效果。

用这些启动子代替CaMV 35S启动子，可以更有效地在单子叶植物中驱动外源基因的转录。

组成型启动子已经广泛地应用于双子叶植物、单子叶植物以及真菌等的基因工程中。

但是由于组成型启动子驱动的基因在植物各组织中均有表达，应用中逐渐暴露出一些问题。

例如外源基因在整株植物中表达，产生大量异源蛋白质或代谢产物在植物体内积累，打破了植物原有的代谢平衡，有些产物对植物并非必需甚至有毒，因而阻碍了植物的正常生长，甚至导致死亡(karlowaki et al., 2003; Ehasani et al., 2003; Miyao et al., 2003)。