多路径下基因的转录平均水平与噪音强度
摘要
基因表达及其调控是分子生物学的核心问题,是当前生命科学研究的重要分支。作为国际上研究的热门课题,它引起了生物、化学、物理、医学等领域专家的广泛关注。基因转录是基因表达的第一步,也是最为关键的一步。由于RNA观测技术的发展,比如对单个活细胞中RNA合成的实时观测,生物学家们发现基因是以随机的、不连续的、爆发的方式转录的。基因转录的随机性直接导致了RNA与蛋白质的不均匀、不规则分布。近年来,许多科学家对基因表达的随机性产生了浓厚的兴趣,并运用数学方法进行了深入的研究。通过研究，当我们确定了表达式之后，就能更科学地表达基因表达的随机性
本课题的重点是理解微分方程和随机分析的方法，建立随机基因表达的数学模型，得到了由模型参数确定的mRNA或蛋白质数量的均值、噪声、噪声强度、及概率分布函数的解析表达式。
关键词：基因转录，噪音，噪音强度，mRNA
Abstract:
gene expression and regulation is the core issue of molecular biology, is the most important branch of life science research. As a hot topic of research in the world, it has attracted extensive attention in biology, chemistry, physics, expert medical fields. Gene transcription is the first step of gene expression, but also the most critical step. Due to the development of RNA observation techniques, such as a single live real-time observation synthesis in RNA cells, biologists found that the gene is in a random, discontinuous, burst mode of transcription. Random gene transcription and protein RNA directly leads to the uneven, irregular distribution. In recent years, many scientists of random gene expression had a strong interest in, and studied by using mathematical method. Through the study, when we determine the expression, can more scientific expression of random gene expression
The focus of this project is to understand the method of differential equation and stochastic analysis, a stochastic gene expression model, analytical expressions for the mean number of mRNA or protein, noise, noise intensity, and the probability distribution function is determined by the parameters of the model are obtained.
Keywords: gene transcription, noise, noise intensity, mRNA
目录
摘要 (1)
Abstract: (2)
1.绪论 (4)
1.1 生物背景 (4)
1.2 基因转录过程 (5)
1.3 关于基因转录噪声的研究 (7)
2. 多路径下基因的转录平均水平............................................................... 错误！未定义书签。
2.1 mRNA的平均表达水平.................................................................... 错误！未定义书签。
2.2 均值的计算..................................................................................... 错误！未定义书签。
3. 基因转录噪声........................................................................................... 错误！未定义书签。
3.1基因转录噪声强度及影响因素...................................................... 错误！未定义书签。
3.2 噪声的计算..................................................................................... 错误！未定义书签。
4.总结 (8)
参考文献 (8)
1.绪论
1.1 生物背景
世界上所有的生物,从低等的细菌到人类自身,全部都是由细胞构成。细胞是生命存在的基本结构单位及功能单位。地球上绝大部分的有机生命体是单细胞生物,但人体却是由ICP到lOM多个细胞构成的,这些细胞根据其特征和功能可以划分为200多种不同的类型。细胞之所以会表现为不同的种类,是由于每个细胞中都含有大量的不同种类的蛋白质。蛋白质是细胞中含量最丰富的生物分子,同样也是功能最多样的大分子,它是遗传信息的体现者,因而也被称为功能分子,它们在所有生命过程中都起着极为重要的作用。每种蛋白质都具有不同的功能,正是蛋白质的这种特性决定了细胞的功能及特征。蛋白质的生成过程实际是DNA上相应基因的表达过程。生命的遗传信息蕴藏于DNA链中,在基因表达过程中,遗传信息先被传递给RNA分子,然后再传给蛋白质,以蛋白质的形式体现出来。其中DNA是生物的遗传信息的载体,它的功能的实现要依赖于蛋白质。以DNA链上的编码序列为模板合成与DNA互补的RNA的信息传递过程称为转录(transcription),而由RNA生成蛋白质的过程称为翻译(translation)。除了某些RNA病毒的基因组外,所有的RNA都是转录的产物。
基因转录是基因表达的第一步,也是最为关键的一步。一个基因能否正确表达的关键是在转录阶段,所以阐明转录的分子机制对了解基因表达极为重要。基因转录在所有生命中都处在核心地位,它将储存于基因中的信息传输给用于RNA和蛋白质生产的指令。它直接或间接地影响到所有重要的生理活动,例如细胞生长发育,细胞分裂和有机体的进化等[5]。尽管转录在生命中扮演着核心的角色,但它是建立在一系列分子间的相互作用的基础上的:DNA分子的一些构象的变化;核内蛋白在核奖内自由的游走或无规则的相互碰撞;转录因子随机地粘附或脱离启动子的束缚区[15-18]。因此从本质上讲,转录是一种随机的动力学行为。
所有细胞,从相对简单的细菌到复杂、高度专业化的多细胞生物体的细胞都必须能够应对不断变化的环境。当细胞内部或外部环境发生变化时,细胞必须适应,并产生相应的机制应对这些变化,使细胞处于相对稳定状态,保持生物体生长、生存。也就是说,细胞必须能够掌握控制其自身所必须的生物分子的合成及分解的方法,如氨基酸的合
成和碳水化合物的分解等。基因表达是一种内在的随机过程,是一个复杂的生化反应,在这个过程中DNA分子与许多反应元素(如mRNA,转录引物,转录因子,调控因子,RNA聚合酶以及多种含量较少的酶)随机碰撞并发生反应。在单个细胞中基因转录是一种随机过程,即使是在同一均匀的细胞环境内,转录的随机性也会使得转录产物,乃至最终合成的蛋白质在数量及分布上呈现出波动性。转录产物在不同细胞中分布的不均勻性,使得处于同类细胞群体中的细胞的功能及表现形式互不相同。
1.2 基因转录过程
我们首先来了解遗传信息是如何表达的,即细胞通过基因(DNA的一串碱基)如何指导信使RNA和蛋白质的合成的,其中蛋白质在生命活动中主要起到的作用是行使细胞功能和定义细胞特性。从一个基因片段到相应蛋白质的生成要经过一系列的基本过程:转录,RNA加工及翻译,蛋白质的合成,如图1-1所示。因而转录过程是基因表达的第一步,它在化学和酶学上与DNA的复制非常相似。它们都是通过酶的作用合成一条与DNA模板互补的核酸链,但转录产物与DNA模板并不是完全互补。DNA复制与转录之间存在一些重要的差别,例如复制生成的产物是脱氧核糖核酸,在构象上呈双链结构,它在构成上与模板DNA双链完全一致,而转录得到的新链是由核糖核酸构成,而不是脱氧核糖核酸,形状上为单链结构。其次,复制的精确性要比转录高出许多,转录过程中,每添加10,000个核苷酸会发生一次错误,而复制过程则10,000,000个核苗酸才发生一次错误[19]。基因转录机制的特征主要体现为以下几点:
1.基因转录只能从基因的特定的键位(启动子)处起始,并且是在某种催化剂(RNA 聚合酶,RNA polymerase)与启动子结合后完成。DNA是遗传信息的载体,而遗传信息主要存储在基因的编码区。在真核细胞中,基因稀疏地分布在DNA链上,高等生物的基因片段只占据了整条DNA链的极小一部分,其余大部分区域不含有遗传信息,例如人类的基因在DNA上所占的比例不足3%。而在某些细菌中,基因片段几乎占据了它的整条DNA链,甚至某些相邻的基因片段可以共享部分核苷酸或者某个基因镶嵌在另一个基因内部。
基因按其功能结构可分为调控区与编码区,其中编码区是存储遗传信息的地方。大部分基因的调控区位于编码区的上游,在基因转录过程中主要起到调节作用。在转录初始阶段,转录因子会识别调控区的碱基键位,并链接到这些碱基键位上,形成转录装置引
导、促进RNA聚合酶结合到编码区的起始键位处。
图1-1基因的转录,翻译及蛋A质的合成
2.构成RNA链的碱基与模板DNA链按碱基配对原则呈互补状,但DNA链中的胸腺啼淀(thymine, T)在转录生成物RNA中被替代成了尿啼淀(uracil, U)。RNA聚合酶解DNA双链催化生成RNA,并在添加了几个核苷酸之后将正在延长的RNA链从模板上置换下来。被置换下来的RNA链,经过深加工生成适合合成蛋白质的mRNA,然后被转运到细胞质中并加工合成蛋白质。在RNA聚合酶离开起始键位7T?始转录编码基因时,新的聚合酶便可能重新占据起始键位,因而多个RNA聚合酶分子可以一个紧接着另一个同时转录同一基因。这样,一个细胞可以在短时间内在一个基因处合成大量的转录产物。
3.基因转录是按照特定方向进行的。转录总是从5'端向3'端进行。RNA聚合酶沿某个方向解开DNA双链,细胞会选取3'端向5'端方向的DNA链作为模板链转录其上的基因。转录是有选择性地复制基因组的特定部分,并从DNA的特定部分产生一个到几百个,或者甚至上千个转录产物。转录区域的选择并不是随机的,每个转录区域通常包括一个或多个基因。蛋白质与基因并不是一一对应的,一种蛋白质唯一地对应着一个基因,反过来却不成立,也就是说同一个基因可能对应多个蛋白质,在转录过程中基因在
不同酶及特定因子的作用下可以生产不同性质的蛋白质。
每个基因的转录从DNA的启动子处起始,在编码区的尾端存在特定的DNA序列(终止子)可以指导转录的停止,因而从启动子到终止子之间的一段序列称为一个转录单位。不仅基因组的不同部分转录的程度不同,而且转录哪一部分、转录范围有多大都会随着空间和时间的不同有较大差异。这样,在不同的细胞中,或者同一细胞的不同时段,均可能转录不同组别的基因[19]。一个基因被转录的可能性取决于一系列连续不断的随机性事件的发生,使得即使处在同一均匀的环境下,在同一类细胞群体中也会形成表型不同的细胞[21,22]。
1.3 关于基因转录噪声的研究
一直以来,人们都相信生物的基因是按确定的,连续的方式转录的,例如利用一些传统的的方法如Microarray法和RNA印迹法可以得到细胞中平均转录生成物的数量。直到2000年初期,一些新的测量单细胞中转录生成物的方法的诞生,才使得上述的观点逐渐发生改变[8, 26-28]。人们逐渐认识到基因的转录方式是随机的,不连续的,并呈爆发式转录,在转录初期会产生大量的生成物,而随后会有很长一段时间保持基因沉默。
基因转录是一个随机过程,转录过程受一些随机事件的影响。当基因周围的环境发生变化时,会伴随发生一系列随机的事件,如转录因子到DNA键位的定方向结合的,因而在DNA链上首先是基因的调控区被释放出来,它的主要功能是与转录因子链接,形成转录复合体(一类转录装置),引导RNA聚合酶链接到编码区的起始位。由于调控区存在多个碱基键位,并且在细胞内存在许多不同种类,不同功能的转录因子,因而形成的转录装置也不相同。起始阶段的第二步,启动子一RNA聚合酶复合体构象发生变化,闭合式复合体经过转变而成为开放式复合体,这样也就使得RNA聚合酶能更好地紧扣在DNA模板链上,在转录装置的引导下,RNA聚合酶被安置到编码区的转录起始键位,转录的起始步骤完成,进入到延伸阶段。
由于在细胞内,DNA周围存在的大量的不同种类的转录因子,它们识别并链接到基因调控区的碱基键位的形式,激活启动子活性的能力不同,因而在不同细胞内,或同一细胞不同时段形成不同形式的转录,这就使得RNA聚合酶被装置在起始位点的位置、构象也不相同,最后导致的是生成的RNA的数量及分布不均衡。在高等真核生物中,各种细胞表型的差异很大程度上取决于可编码蛋白质的基因的表达上的不同。原则上,它们
可以在任一阶段被调控,如基因的激活一转录起始一初始转录物加工一mRNA转运一mRNA翻译[23],但真核细胞的基因表达常常在转录起始时受到调控,这也是主要的调控点。例如在对果姆的实验中,在果姆体内分别注入Gram阳性细菌、Fungi或Gram 阴性细菌,它们可以刺激细胞激活Toll或IMD信息传递路径,并在信息路径下游产生不同的转录因子,转录因子与对应基因结合,经过转录、RNA的加工、翻译合成相应蛋白质应对细菌的刺激[24, 25]。也就是说细胞会对环境信号的改变会做出相应的回应,并决定是否起始某个基因转录,这是细胞在任何一个特定时期控制其产生哪一种蛋白质的主要手段。
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基因表达及其调控是分子生物学的核心问题,是当前生命科学研究的重要分支。”。基因转录是基因表达的第一步,也是最为关键的一步。它将储存于编码DNA中的基因信息转换成RNA,并最终决定了蛋白质的合成与结构。基因转录是一个随机过程,人们已经从实验及理论两方面研究了基因转录的随机性。由于RNA观测技术的发展,比如对单个活细胞中RNA合成的实时观测,生物学家们发现基因是以随机的、不连续的、爆发的方式转录的。基因转录的随机性直接导致了RNA与蛋白质的不均匀、不规则分布。我们主要在以下几个方面做了创新及改进：1.建立了第一个多路径基因转录模型,推广了两种状态及三种状态的转录模型；2.研究了转录起始阶段的基因转录,我们通过转录效率、噪声及噪声强度等三个量揭示了转录的随机性,并分析了系统的各个参数对转录效率及噪声强度的调节作用。
参考文献
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SECTION 5 转录和转录水平的调控 重点： 转录的反应体系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特点，RNA的转录过程大体可分为起始、延长、终止三个阶段。真核RNA的转录后加工，包括各种RNA前体的加工过程。基因表达调控的基本概念、特点、基本原理。乳糖操纵子的结构、负性调控、正性调控、协调调节、转录衰减、SOS 反应。 难点： 转录模板的不对称性极其命名，原核生物及真核生物的转录起始，真核生物的转录终止，mRNA前体的剪接机制（套索的形成及剪接），第Ⅰ、Ⅱ类和第Ⅳ类内含子的剪接过程，四膜虫rRNA前体的加工，核酶的作用机理。真核基因及基因表达调控的特点、顺式作用元件和反式作用因子的概念、种类和特点. 以及它们在转录激活中的作用。 一．模板和酶： 要点 1．模板 RNA的转录合成需要DNA做模板，DNA双链中只有一股链起模板作用，指导RNA合成的一股DNA链称为模板链（template strand），与之相对的另一股链为编码链（coding strand），不对称转录有两方面含义:一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。 2．RNA聚合酶 转录需要RNA聚合酶。原核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成:α2ββ'称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。α2ββ'σ称为全酶,转录起始前需要σ亚基辨认起始点,所以全酶是转录起始必需的。真核生物RNA聚合酶有RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三种,分别转录45s-rRNA; mRNA(其前体是hnRNA);以及5s-rRNA、snRNA和tRNA。 3.模板与酶的辨认结合 转录模板上有被RNA聚合酶辨认和结合的位点。在转录起始之前被RNA聚合酶结合的DNA部位称为启动子。典型的原核生物启动子序列是-35区的TTGACA序列和-10区的Pribnow盒即TATAAT序列。真核生物的转录上游调控序列统称为顺式作用元件,主要有TATA盒、、CG盒、上游活化序列(酵母细胞)、增强子等等。和顺式作用元件结合的蛋白质都有调控转录的作用,统称为反式作用因子。反式作用因子已发现数百种,能够归类的称为转录因子(TF),相应于RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ的是TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。TFⅡ又有A、B、C、D、E、F多种及其亚类。 基本概念： 1.不对称转录: 两重含义,一是指双链DNA只有一股单链用作转录模板(模板链);二是对不同基因同一单链上某些区段作为模板链而另一些区段作为编码链，即模板链并非永远在同一单链上。 2.编码链: DNA双链上不用作转录模板的那一段单链,因其碱基序列除由T代 替U而外,其他与转录产物mRNA序列相同而得名。
DNA复制、转录与翻译重要知识汇总 ? 今天给同学们汇总的知识是有关生物遗传学中的难点，DNA的复制转录以及翻译，对这部分知识不明白记不住的同学们一定要自己把表里面的内容写一遍，加深记忆哦~ DNA分子的复制、转录、翻译
三者之间的关系 1．过程不同 (1)复制的过程：DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋化。（马上点标题下“高中生物”关注可获得更多知识干货，每天更新哟！） (2)转录的过程：DNA解旋，以其一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA单链，进入细胞质与核糖体结合。
(3)翻译的过程：以mRNA为模板，合成有一定氨基酸序列的蛋白质。 2．特点不同 (1)对细胞结构的生物而言，DNA复制发生于细胞分裂过程中，是边解旋边复制，半保留复制。 (2)转录和翻译则发生于细胞分裂、分化等过程。转录是边解旋边转录，DNA双链全保留。转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，并不是一个DNA分子通过转录可生成一个RNA分子，实际上，转录是以基因的一条链为模板合成RNA的过程。一个DNA分子上有许多基因，能控制多种蛋白质的合成，所以一个DNA 分子通过转录可以合成多个RNA分子。 (3)一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条相同的肽链，顺次合成多肽链。从核糖体上脱离下来的只是多肽链，多肽链还要在相应的细胞器(内质网、高尔基体)内加工，最后才形成具有一定空间结构的有活性的蛋白质。 3．三者之间的关联要素 (1)DNA中含有T而无U，而RNA中含有U而无T，因此可通过放射性同位素标记T或U，研究DNA复制或转录过程。 (2)复制和转录发生在DNA存在的部位，如细胞核、叶绿体、线粒体、拟核、质粒等部位。同学们比较容易忽视在线粒体和叶绿体中也有少量的DNA存在。这些DNA分子上的基因可以控制部分蛋白质的合成，因此线粒体和叶绿体中也存在转录和翻译所需的酶、核糖体等条件，也会发生转录和翻译过程。 (3)转录出的RNA有3类，mRNA、tRNA和rRNA都是以DNA为模板通过转录合成的。但携带遗传信息的只有mRNA。 (4) DNA复制和转录都需要解旋酶，解旋酶的作用不是解开DNA分子的双链螺旋状态使之成为双链线性状态，而是断裂DNA分子中碱基对之间的氢键，使DNA双链解开成单链，以便作为模板进行复制或转录。 知识点汇总： 1、DNA的结构特点：由两条脱氧核苷酸链按方式盘旋而成的规则的结构。 由和连接，形成 两条链上的碱基通过键形成，即A—T (氢键有个)，G—C (氢键有个)。 2、DNA复制 时期：。
基因沉默与RNAi技术 定义：基因沉默双是指链RNA被特异的核酸酶降解，产生干扰小RNA(siRNA)，这些siRNA 与同源的靶RNA互补结合，特异性酶降解靶RNA，从而抑制、下调基因表达。 RNA干扰是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。由双链引发的植物RNA沉默，主要有转录水平的基因沉默(TGS)和转录后水平的基因沉默(PTGS)两类:TGS是指由于DNA修饰或染色体异染色质化等原因使基因不能正常转录;PTGS是启动了细胞质靶mRNA序列特异性的降解机制。有时转基因会同时导致TGS和PTGS。 基因沉默是一种RNA干扰技术。 RNA干扰是由双链RNA 引发的转录后基因静默机制。其原理是：RNaseIII核酶家族的Dicer，与双链RNA结合，将其剪切成21 - 25nt及3'端突出的小干扰RNA (small interfering RNA ，siRNA)，随后siRNA与RNA诱导沉默复合物(RNA - induced silencing complex ，RISC结合，解旋成单链，活化的RISC受已成单链的siRNA引导，序列特异性地结合在靶mRNA上并将其切断，引发靶mRNA的特异性分解，从而阻断相应基因表达的转录后基因沉默机制. 一、基因沉默的分类及其机制 （一）转录水平基因沉默 转录水平基因沉默是指对基因专一的细胞核 ＲＮＡ合成的失活， 它的发生主要是由于基因无法被顺利转录成相应的ＲＮＡ而导致基因沉默。转录水平基因沉默可以通过有性世代传递，表现为减数分裂的可遗传性。引起转录水平基因沉默的机制主要有以下几种： １．基因及其启动子甲基化 甲基化是活体细胞中最常见的一种ＤＮＡ共价修饰形式，通常发生在ＤＮＡ的ＣＧ序列的碱基上，该区碱基甲基化往往导致转录受抑制，该区甲基化的频率 在人类及高等植物中分别可达４％和３６％。［４］ 近来的研究表明，发生在转基因启动子５'端的甲基化是造成转录水平基因沉默的主要原因。虽然转基因的甲基化可延伸至转基因的３'端，但甲基化过程均是从启动子区域开始的。从所报道的转基因沉默例子来看，几乎所有的转基因沉默现象与转基因及其启动子的甲基化有关。 ２．同源基因间的反式失活 反式失活主要是由于拥有同源序列的沉默位点和其他位点的ＤＮＡ的相互作用而引起的基因沉默。通过顺式作用而甲基化并失活的基因能作为一种"沉默子"，对其他与之分离的具有同源性的靶基因施加一种反式作用，使具有同源序列的靶基因发生甲基化并导致失活。反式失活的靶基因既可以与沉默基因是等位基因，也可以是非等位基因。 ３．后成修饰作用导致的基因沉默 后成修饰作用是指转基因的序列和碱基组成不发生改变，但是其功能却在个体发育的某一阶段受到细胞因子的修饰作用后而关闭。这种修饰作用所造成的转基因沉默是可以随着修饰作用的解除而被消除。后成修饰作用导致的转基因沉默与受体植物的核型构成有关。 ４．重复序列 外源基因如果以多拷贝形式整合到同一位点上，形成首尾相连的正向重复或头对头、尾对尾的反向重复，则不能表达，而且拷贝数越多，基因沉默现象越严重。这种重复序列诱导的基
二、DNA复制中相关的数量计算 碱基互补配对原则：嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则。 （1）因为 A=T，G=C 所以，A+G=T+C，即嘌呤数之和等于嘧啶数之和。 同理可得：A+C=T+G，即不互补的嘌呤数与嘧啶数之和相等。 （2）DNA是由两条脱氧核苷酸链组成的，第一条链的A与第二条链的T互补 配对，因此：A1=T2 同理：T1=A2 G1=C2 C1=G2 所以：A1+T1=A2+T2=1/2（A+T） G1+C1=G2+C2=1/2（G+C）因此:（A1+T1）/（G1+C1）=（T2+A2）/（C2+G2） （A1+G1）/（T1+C1）=（T2+C2）/（A2+G2）（A1+C1）/（G1+T1）=（T2+G2）/（C2+A2 （3）因为A=T ，G=C。所以A+G=T+C 所以（A+G）/(A+G+ T+C)=( T+C) / (A+G+ T+C)= 50% 也可以写成以下形式: （A+G）/( T+C)=(A+C) /( T+G)= ( T+G) /( A+C)=1 规律概括：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之和相等，并为碱基总数的一半。DNA 分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂（解旋酶），解开的两条单链作为复制的 模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链。 规律1：亲代DNA复制n代后，DNA分子数为 2n ，含亲代母链的DNA分子数为 2个，不含亲代母链的DNA分子数为 2n-2 。 变通1：亲代母链与子代DNA链数之比为： 1/2n ,含亲代母链的DNA分子数与子代DNA分子数之比为： 2/ 2n。 规律2：亲代DNA分子经 n 次复制后，所需某种游离的脱氧核苷酸数为：R ＝a(2n－1) 【其中，a表示亲代DNA含有的某种碱基数，n表示复制的次数】 规律3：碱基总数＝失去H2O数＋2 （2）DNA半保留复制的实验证据（考点）
《细胞》：不依赖于RNAi的基因沉默机制被发现 来自瑞士日内瓦大学细胞生物学系的研究人员发现了一种不依赖于RNAi（RNA干扰）的基因沉默机制，这为进一步揭示生物体中基因沉默的多样化，以及功能作用提供了重要信息。这一研究成果公布在最新一期的《细胞》（Cell）杂志上。 RNA沉默存在两种既有联系又有区别的途径：siRNA(small interference RNA)途径和miRNA(microRNA)途径。siRNA途径是由dsRNA(double-stranded RNA)引发的，dsRNA被一种RNaseⅢ家族的内切核酸酶(RNA- induced silencing complex，Dicer)切割成21－26nt长的siRNA，通过siRNA指导形成RISC蛋白复合物(RNA-induced silencing complex)降解与siRNA序列互补的mRNA而引发RNA沉默。而miRNA途径中miRNA是含量丰富的不编码小RNA(21－24个核苷酸)，由Dicer酶切割内源性表达的短发夹结构RNA(hairpin RNA，hpRNA)形成。miRNA同样可以与蛋白因子形成RISC蛋白复合物，可以结合并切割特异的mRNA而引发RNA沉默。尽管引发沉默的来源不同，但siRNA 和miRNA都参与构成结构相似的RISC，在作用方式上二者有很大的相似性。 在最近的一项研究中，来自加州大学河畔分校的研究人员发现了一种新的小RNAs分子，而这些小RNAs与近期的研究热点PIWI-interacting RNAs （piRNAs）和repeat-associated siRNAs (rasiRNAs）也不相同，这说明了小RNA家族和小RNA介导的基因调控远比之前预想的复杂。同样在这篇文章中，研究人员也发现基因沉默机制包含有多种途径，他们最新发现酿酒酵母中，反义RNA稳定（Antisense RNA Stabilization）能通过组蛋白去乙酰化引起转录基因沉默。在之前的研究中，酿酒酵母全基因组研究分析揭示出其转录本中包含了大量的反义RNA（antisense RNAs），以及由外切酶体元件（exosome component）Rrp6调控的基因间转录（intergenic transcripts）。通过进一步研究，瑞士的研究人员发现当缺失了Rrp6的功能后，两个PHO84反义转录就会变得稳定，并且抑制了PHO84基因的转录。有趣的是，研究人员在野生型中也发现了同样的现象：在时间性老化（chronological aging）的过程中Rrp6功能缺失也能稳定PHO84反义转录。上位性和染色质免疫共沉（Epistasis and chromatin immunoprecipitation）实验结果说明Rrp6功能的缺失与PHO84基因以及邻近基因的Hda1组蛋白去乙酰化的补充有关，但是组蛋白的去乙酰化受限于PHO84基因，这又说明Hda1活性依赖于反义RNA。因此敲除反义产物，即使是在缺失Rrp6的条件下也会阻碍PHO84基因抑制。这些数据表明反义转录的稳定通过不同于转录干扰的一种机制导致了PHO84基因抑制，而Rrp6功能调节则通过RNA依赖性表观遗传修饰调控基因。 基因沉寂 基因沉寂（Gene Silencing) 也可以被称为“基因沉默”。基因沉寂是真核生物细胞基因表达调节的一种重要手段。在染色体水平，基因沉寂实际上是形成异染色质（Heterochromatin)的过程，被沉寂的基因区段呈高浓缩状态。 定义RNAi与转录后基因沉默(post-transcriptional gene silencing and transgene silencing)在分子层次上被证实是同一种现象。 原理基因沉寂需要经历不同的反应过程才能实现，包括组蛋白N端结构域的赖氨酸残基的去乙酰基化加工、甲基化修饰（由甲基转移酶催化，修饰可以是一价、二价和三价甲基化修饰，后者又被称为'过度’甲基化修饰（Hypermethylation) ) 、以及和甲基化修饰的组蛋白结合的蛋白质（MBP）形成“异染色质”，在上述过程中，除了部分组蛋白的N端尾部结构域需要去乙酰化、甲基化修饰之外，有时也许要在其他的组蛋白N端尾部结构域的赖氨酸或精氨酸残基上相应地进行乙酰化修饰，尽管各种修饰的最终结果会导致相应区段的基因“沉寂”失去转录活性。 作用这个“原则”就是目前尚没有真正完全清楚的“组蛋白密码”（Histone Code)。能够
多路径下基因的转录平均水平与噪音强度 摘要 基因表达及其调控是分子生物学的核心问题,是当前生命科学研究的重要分支。作为国际上研究的热门课题,它引起了生物、化学、物理、医学等领域专家的广泛关注。基因转录是基因表达的第一步,也是最为关键的一步。由于RNA观测技术的发展,比如对单个活细胞中RNA合成的实时观测,生物学家们发现基因是以随机的、不连续的、爆发的方式转录的。基因转录的随机性直接导致了RNA与蛋白质的不均匀、不规则分布。近年来,许多科学家对基因表达的随机性产生了浓厚的兴趣,并运用数学方法进行了深入的研究。通过研究，当我们确定了表达式之后，就能更科学地表达基因表达的随机性 本课题的重点是理解微分方程和随机分析的方法，建立随机基因表达的数学模型，得到了由模型参数确定的mRNA或蛋白质数量的均值、噪声、噪声强度、及概率分布函数的解析表达式。 关键词：基因转录，噪音，噪音强度，mRNA
Abstract: gene expression and regulation is the core issue of molecular biology, is the most important branch of life science research. As a hot topic of research in the world, it has attracted extensive attention in biology, chemistry, physics, expert medical fields. Gene transcription is the first step of gene expression, but also the most critical step. Due to the development of RNA observation techniques, such as a single live real-time observation synthesis in RNA cells, biologists found that the gene is in a random, discontinuous, burst mode of transcription. Random gene transcription and protein RNA directly leads to the uneven, irregular distribution. In recent years, many scientists of random gene expression had a strong interest in, and studied by using mathematical method. Through the study, when we determine the expression, can more scientific expression of random gene expression The focus of this project is to understand the method of differential equation and stochastic analysis, a stochastic gene expression model, analytical expressions for the mean number of mRNA or protein, noise, noise intensity, and the probability distribution function is determined by the parameters of the model are obtained. Keywords: gene transcription, noise, noise intensity, mRNA
植物转基因沉默的机制及克服方法 专业：植物学学号：220100905010 姓名：潘婷 摘要：植物转基因沉默可以发生在染色体DNA、转录和转录后3种不同的层次上，转录水平基因沉默机制涉及DNA甲基化、位置效应、重复序列和同源序列等的作用，转录后水平基因沉默机制常用RNA阈值模型、异常RNA模型、双链RNA模型和未成熟翻译终止模型等解释。使用去甲基化、控制外源基因的拷贝数及结合位点、利用MAR序列、优化使用增强子、启动子等手段可以解除部分转基因沉默。 关键词：转基因沉默；外源基因；DNA甲基化；共抑制 1986年Peerbotte发现转基因烟草中出现转基因沉默(transgene silencing)现象后，研究者对转基因沉默进行了许多深入探索，以期阐明转基因沉默的机制和获得克服手段。 1 转基因沉默机制 转基因沉默可以发生在染色体DNA、转录和转录后3种不同的层次上，现在也把位置效应引起的沉默归到转录水平。 1.1 转录水平基因沉默(TGS)机制 1．1．1 甲基化作用从目前报道看，几乎所有的转基因沉默现象都与转基因及其启动子的甲基化有关，DNA甲基化都是从启动子区域开始的，主要发生在基因5’端启动子区域。甲基化通常发生在DNA的GC 和CNG序列的C碱基上，C碱基甲基化不是转基因沉默前提，但对维持基因沉默是必需的。甲基化基因序列通过抑制甲基化DNA结合蛋白的结合进而抑制转录。 1．1．2 位置效应转基因在宿主细胞基因组中的整合位点往往决定着转基因能否稳定表达。研究发现，转基因烟草中稳定表达的T-DNA
至少有一侧和基因组DNA富含AT的核基质附着区相邻，并且位于端粒附近。而不能稳定表达的T-DNA则位于异染色质及着丝粒旁。1．1．3 重复序列、同源序列等引起的TGS Assaad等对自交转基因(潮霉素抗性基因)植株后代进行分析时发现了重复序列诱导的基因沉默(RIGS)。重复序列诱导的基因沉默指多拷贝的外源基因以正向或反向串联的形式整合在植物基因组上而导致的外源基因不同程度的失活。它有顺式失活和反式失活2种作用方式。进行多个基因转化时，基因启动子间同源序列相互作用也能引起反式失活。 1．2 转录后水平基因沉默(PTGS)机制 1．2．1 RNA阈值模型 1994年Dougherty等提出RNA阈值模型，认为在细胞质中可能存在mRNA的监控系统。监控系统能促使超量表达的mRNA降解，使细胞内转基因转录物不超过一个特定的阈值。 1．2．2 异常RNA模型鉴于转录后基因沉默并不总是表现出较高的转录水平，而是有一种不同于正常mRNA的异常的RNA(aRNA)存在，English等1996年提出了异常RNA模型，该模型认为aRNA一旦产生并进入细胞质后，就会激活依赖于RNA的RNA聚合酶(RdRp)的活性，RdRp 再以aRNA为模板合成大量约25bp的互补RNA (cRNA)。这些cRNA如果与同源的mRNA相遇就会结合上去形成部分双链结构一dsRNA，而后被双链特异性的Rnase识别、降解。在该过程中，内源基因的同源转录产物也可能被cRNA结合，并被同时降解。这样外源基因的导入，会最终导致内源和外源基因的表达共同受阻，即出现共抑制现象。 1．2．3 双链RNA模型 Waterhouse认为转基因沉默原因在于外源基
基因沉默研究进展 摘要：基因沉默(gene silencing)是指生物体中特定基因由于种种原因不表达或者表达减少的现象。基因沉默是基因表达调控的一种重要方式 ,是生物体在基因调控水平上的一种自我保护机制 ,在外源 DNA 侵入、病毒侵染和DNA 转座、重排中有普遍性。对基因沉默进行深入研究 ,可帮助人们进一步揭示生物体基因遗传表达调控的本质 ,在基因工程中克服基因沉默现象 ,从而使外源基因能更好的按照人们的需要进行有效表达;利用基因沉默在基因治疗中有效抑制有害基因的表达 ,达到治疗疾病的目的 ,所以研究基因沉默具有极其重要的理论和实践意义[1]。 关键词：基因沉默，转录水平基因沉默，转录后水平基因沉默，病毒介导的基因沉默. 基因沉默(gene silencing)是指生物体中特定基因由于种种原因不表达。一方面,基因沉默是遗传修饰生物(genetically modified organisms )实用化和商品化的巨大障碍 ,另一方面 ,基因沉默是植物抗病毒的一个本能反应 ,为用抗病毒基因植物工程育种提供了具有较大潜在实用价值的策略—RNA介导的病毒抗性(RNA-mediated virus resistance ,RMVR)[2～4]。 基因沉默现象首先在转基因植物中发现，接着在线虫、真菌、水螅、果蝇以及哺乳动物中陆续发现。基因沉默主要发生在两种情况，一种是转录水平上的基因沉默（transcriptional gene silencing, TGS） ,另一种是转录后基因沉默（post- transcriptional gene silencing, PTGS）。RNA干扰（RNA interference, RNAi）是近几年发展起来的转录后基因阻断技术，RNAi在2002年被Science评为全球十大科技突破之一,作为一种在细胞水平的基因敲除工具,RNAi 正在功能基因组学领域掀起一场革命[5]。 一、基因沉默的分类及其机制 （一）、转录水平基因沉默 转录水平基因沉默是指对基因专一的细胞核RNA合成的失活，它的发生主要是由于基因无法被顺利转录成相应的RNA而导致基因沉默。转录水平基因沉默可以通过有性世代传递，表现为减数分裂的可遗传性。引起转录水平基因沉默的机制主要有以下几种：1.基因及其启动子甲基化。2. 同源基因间的反式失活。 3. 后成修饰作用导致的基因沉默。 4. 重复序列。 5. 位置效应。 （二）、转录后水平基因沉默 转录后水平基因沉默是指基因在细胞核内能稳定转录，但在细胞质里却无相应稳定态mRNA存在的现象。与转录水平基因沉默不同，转录后水平基因沉默具有逆转性，即受抑制基因通过减数分裂可以恢复表达活性，表现为减数分裂不可遗传性。目前发现主要有以下几种转录后水平基因沉默现象。1. 共抑制。2. 基因压制。3. RNA干扰。 二、植物基因沉默研究进展 基因沉默是普遍存在于植物界的一种防御反应．近年来,转录后水平上的基因沉默(PTGS)在植物中特别是在转基因植物中得到了广泛的研究.PTGS是植物的一种自然防御机制，是指基因能正常地转录，但所转录的mRNA在细胞质内积累量很低或根本检测不到．这是由于细胞核内转录mRNA进入细胞质后，与具
基因的表达真题演练 J 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（） A. 甲、乙所示过程通过半保留方式进行 B. 甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质基质中进行 C. DNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶 D 一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次 ，合成的产物是双链核酸分子 甲 6.（2011年江苏卷）下列物质合成时，需要模板的是（）
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。实验早已证明，在高度浓缩的基因区段，正常的DNA转录活动是难以进行并维持的，换言之，即一旦形成异染色质进入高度浓缩状态，那么相应区段的基因片段就必然因为不能被
2011-2012-1 高三年级生物作业纸 知识点小结 一. DNA 复制、转录、翻译的区别 ????????装???????订???????线????????内????????不???????准???????答????????题????????? 姓名____________ 班级____________ 学号___________ 编号 017
二、遗传信息、遗传密码子、反密码子的比较
三、基因表达中相关数量计算 1．基因中碱基数与mRNA 中碱基数的关系 转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。 基因为双链结构而RNA 为单链结构，因此转录形成的mRNA 分子中碱基 数目是基因中碱基数目的1/2。 2．mRNA 中碱基数与氨基酸的关系 翻译过程中，信使RNA 中每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是 信使RNA 碱基数目的1/3。列关系式如下： 3．计算中“最多”和“最少”的分析 (1)翻译时，mRNA 上的终止密码不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA 上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。 (2)基因或DNA 上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。 (3)在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。 如：mRNA 上有n 个碱基，转录产生它的基因中至少有2n 个碱基，该mRNA 指导合成的蛋白质中最多有n ？个氨基 酸。 (4)蛋白质中氨基酸的数目＝肽键数＋肽链数(肽键数＝脱去的水分子数)。 四、中心法则的提出及其发展 1．中心法则的提出 (1)提出人：克里克。 (2)基本内容(用关系简式表示)：
RNA干扰基因沉默 基因沉默（gene silencing）是指生物体中特定基因由于种种原因不表达。一方面，基因沉默是遗传修饰生物（genetically modified organisms）实用化和商品化的巨大障碍，另一方面，基因沉默是植物抗病毒的一个本能反应，为用抗病毒基因植物工程育种提供了具有较大潜在实用价值的策略——RNA介导的病毒抗性（RNA-mediated virus resistance,RMVR）。
转基因植物和转基因动物中往往会遇到这样的情况，外源基因存在于生物体内，并未丢失或损伤，但该基因不表达或表达量极低，这种现象称为基因沉默。 转基因沉默分为转录水平的沉默（TGS）和转录后水平的沉默（PTGS）。TGS是指转基因在细胞核内RNA合成受到了阻止导致基因沉默，PTGS是指 RNAi——基因沉默指南 基因沉寂（Gene Silencing) 也可以被称为“基因沉默”。基因沉寂是真核生物细胞基因表达调节的一种重要手段。在染色体水平，基因沉寂实际上是形成以染色质（Heterochromatin)的过程，被沉寂的基因区段呈高浓缩状态。 基因沉寂需要经历不同的反应过程才能实现，包括组蛋白N端结构域的赖氨酸残基的去乙酰基化加工、甲基化修饰（由甲基转移酶催化，修饰可以是一价、二价和三价甲基化修饰，后者又被称为'过度’甲基化修饰（Hypermethylation) ) 、以及和甲基化修饰的组蛋白结合的蛋白质（MBP）形成“异染色质”，在上述过程中，除了部分组蛋白的N端尾部结构域需要去乙酰化、甲基化修饰之外，有时也许要在其他的组蛋白N端尾部结构域的赖氨酸或精氨酸残基上相应地进行乙酰化修饰，尽管各种修饰的最终结果会导致相应区段的基因“沉寂”失去转录活性。这个“原则”就是目前尚没有真正完全清楚的“组蛋白密码”（Histone Code)。
基因的表达真题演练 去黑三遗传信息的转录和翻译 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（） 种类不同 BmRN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mRN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mRN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勺叙述，错误的是（） A. 少数RNA具有生物催化作用 B真核细胞内mRN/和tRNA都是在细胞质中合成的
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，—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（） A. 甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子 B. 甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质基质中进行 分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶 D一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次 6. （2011年江苏卷）下列物质合成时,需要模板的是（） A. 磷脂和蛋白质BDNA和酶C.性激素和胰岛素 D.神经递质和受体 7. （2010年广东理综卷）下列叙述正确的是（） 是蛋白质合成的直接模板 B. 每种氨基酸仅由一种密码子编码 复制就是基因表达的过程 DDNA1主要的遗传物质 8. （2010年海南卷）下列关于遗传信息传递的叙述，错误的是（） A.线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则 中的遗传信息是通过转录传递给mRN的 中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序 DDNA病毒中没有RNA其遗传信息的传递不遵循中心法则 9. （2010年天津理综卷）根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是 10. （2011年江苏卷）关于转录和翻译的叙述，错误的是（） A. 转录时以核糖核苷酸为原料 B. 转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列 CmRN在核糖体上移动翻译出蛋白质 D.不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性 11. （2010年上海卷）以“一GAATT—”的互补链转录mRNA则此段mRN的序列是（）A—GAAUUG B. —CTTAA— C. —CUUAA— D. —GAATT—
第二节真核基因转录水平的调控 一、真核生物的RNA聚合酶 有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶Ⅰ；RNA聚合酶Ⅱ；RNA聚合酶Ⅲ。 二、真核基因顺式作用元件 （一）、顺式作用元件概念 指DNA上对基因表达在调节活性的某些特定的调控序列，其活性仅影响其自身处于同一DNA分子上的基因。 （二）、种类 启动子、增强子、静止子 1、启动子的结构和功能 启动子与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。 但真核同启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列。而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用。 RNA聚合酶Ⅱ启动子结构 1）TATA框（TATA frame）：其一致顺序为TATAA(TAA(T。TATA框中心在-30附近，相当于原核的-10序列（pribnow box）。 对大多数真核生物来说，RNA聚合酶与TATA框牢固结合之后才能开始转录。 TATA框的左右富含G┇C 序列，这就有利于该框与RNA聚合酶形成开放性启动子复合物。
2）CAAT框（CAAT frame）：位置在-75附近，一致序列为GG C(TCAATCT。CAAT框可能控制着转录起始的频率。 （3）GC框 在-90bp左右的GGGCGG序列称为GC框。 一个在-30—+15即核心启动子(core promoter element，另一为上游启动子区(upstream promoter element在-150—-50，不同物种的启动子因子有显著差异，启动子区没有和mRNA的TATA和CAAT盒顺序，故物种间大前体-rRNA基因的转录起始是不同的。基因间间隔含一个或几个终止信号可终止其之前的基因的转录而其本身不转录，间隔区含多种反向顺序可作为增强子结合转录因子 2、增强子的结构和功能 增强子（enhancer）：又称为远上游序列（far upstream sequence 。它是远距离调节启动子以增加转录速率的DNA序列，其增强作用与序列的方向无关，与它在基因的上下游位置无关。增强子有强烈的细胞类型选择，即不同细胞类型，增强作用不同。 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，而其作用与所在基因旁侧部位的方向似无关系，因为无论正向还是反向，它都具有增强效应； （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；
引起基因沉默的原因 研究表明,引起基因沉默的原因很多,转基因的拷贝数和构型、在植物上的整合位点、转基因的转录水平等都与沉默有关,外界环境如过高的温度、过强的光照也会增加基因沉默发生的几率和产生时间,此外,外源基因的表达还受植物发育因子(如亲本年龄)的影响。因此,植物转基因沉默的作用机制可能不是单一的,而是各种机制共同作用的结果,是植物本身的防御系统和外界环境因素协同作用的产物。转基因沉默可以发生在染色体DNA水平、转录水平和转录后水平三种不同的层次上。 1.染色体DNA水平的转基因沉默 发生在染色体DNA水平的转基因沉默叫做位置效应(positioneffect)。当导入的外源基因随机地插入到宿主基因组时,如果被导入到转录活跃区,就有可能进行高水平的转录,如果外源基因插入转录不活跃区,则只能进行低水平的转录或不能转录。 按照染色质高级结构组织的环状结构模型,核基质结合区(matrixattachmentregions,MARs)作为边界元件与核基质结合,使两个MAR之间的基因片段被界定成一个独立的染色质环(1oop),并作为隔离子(insulator)阻挡邻近染色质区的顺式调控元件对环内基因的影响,使位于染色体环内的基因可作为一独立的表达调控单位而存在。MAR可能使转基因在受体基因组整合
后形成独立的环状结构,从而提高转基因的表达水平并减少转基因在不同株系表达差异 2.转录水平的基因沉默 发生在转录水平上的转基因沉默叫做转录失活。反向重复的基因或转基因可以进行异位配对,配对的DNA作为信号,使DNA异染色质化或从头甲基化,这样转录过程就会受到抑制。此外,DNA-RNA协同(association)也是造成转录水平基因沉默的原因之一。 （1）转移基因及其启动子甲基化甲基化是活细胞中最常见的一种DNA其价修饰形式,它通常发生在DNA的GC和CN G序列的C碱基上,C甲基化的频率在哺乳动物及高等植物中部比较高。甲基化修饰在基因表达、植物细胞分化以及系统发育中起着重要的调节作用。然而,从所报道的转基因沉默的例子来看,几乎所有的转基因沉默现象都与转基因及其启动子的甲基化有关。而发生在DNA的CG和CNG序列上的甲基化并不是植物中转基因转录水平沉默起始的前提,但C碱基甲基化对维持基因沉默是必需的。 （2）多拷贝重复基因多拷贝重复基因序列整合进基因组后,无论正、反都容易形成异位配对,引起基因组防御系统的识别而被甲基化或异染色质化失活。 （3）染色体包装转导基因在染色体上的遗传位点相同,但受染色体包装的影响,产生沉默。当转导基因由染色体区域的正常位点包装到另一区域的位点时,其与转录因子的接触机会就会发
RNA干扰 科技名词定义 中文名称：RNA干扰 英文名称：RNA interference;RNAi 定义1：与靶基因同源的双链RNA诱导的特异转录后基因沉默现象。其作用机制是双链RNA 被特异的核酸酶降解，产生干扰小RNA(siRNA)，这些siRNA与同源的靶RNA互补结合，特异性酶降解靶RNA，从而抑制、下调基因表达。已经发展成为基因治疗、基因结构功能研究的快速而有效的方法。 所属学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；核酸与基因（二级学科） 定义2：引起基因沉默的一种技术，将根据基因序列制备的双链RNA注入体内，可引起该基因编码的mRNA降解，从而抑制了该基因的功能。 所属学科：细胞生物学（一级学科）；细胞生物学技术（二级学科） 定义3：双链RNA有效地阻断靶基因表达的现象。 所属学科：遗传学（一级学科）；分子遗传学（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片 RNA干扰模式图 RNA干扰（RNA interference, RNAi）是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA （double-stranded RNA，dsRNA）诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。由于使用RNAi技术可以特异性剔除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及恶性肿瘤的基因治疗领域。 目录
简介 发现 作用机制 特点 制备方法 应用 相关知识 简介 发现 作用机制 特点 制备方法 应用 相关知识 展开 编辑本段简介 近几年来RNAi研究取得了突破性进展，被《Science》杂志评为2001年的十大科学进展之一，并名列2002年十大科学进展之首。由于使用RNAi技术可以特异性剔除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及恶性肿瘤的基因治疗领域。 编辑本段发现 RNAi是在研究秀丽新小杆线虫（C. elegans）反义RNA（antisense RNA）的过程 RNAi实验图片 中发现的，由dsRNA介导的同源RNA降解过程。1995年，Guo等发现注射正义RNA（sense RNA）和反义RNA均能 有效并特异性地抑制秀丽新小杆线虫par-1基因的表达，该结果不能使用反义RNA技术的理论做出合理解释。直到1998年，Fire等证实Guo等发现的正义RNA抑制同源基因表达的现象是由于体外转录制备的RNA中污染了微量dsRNA而引发，并将这一现象命名为RNAi。