植物基因表达的启动子46页PPT

目的
探究疾病相关基因启动子的活性变化， 为疾病诊断和治疗提供依据。
方法
收集不同疾病状态下患者的基因组 DNA，采用PCR技术扩增启动子序 列，进行活性分析。
结果
实验结果显示疾病相关基因启动子活 性在不同疾病状态下存在差异。
结论
该研究为疾病的诊断和治疗提供了新 的思路和靶点。
案例三：药物作用相关基因启动子活性分析
在基因表达调控中的应用
基因表达调控是生物体发育、分化、代谢等过程的重要机制，启动子活性分析是研究基因表达调控的 重要手段。通过分析启动子序列和活性，可以了解基因的表达模式和调控机制，进一步揭示生物体的 生命活动规律。
启动子活性分析在基因表达调控中的应用包括：研究转录因子与启动子的相互作用、鉴定顺式调控元 件、比较不同物种或组织中启动子序列的保守性和变异等。这些研究有助于深入理解基因表达的调控 机制，为疾病诊断和治疗提供新的思路和方法。
04 启动子活性分析的挑战与 展望
实验技术的局限性
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技术灵敏度
目前的技术在检测低丰度 转录本时可能存在灵敏度 不足的问题，导致一些启 动子活性无法准确检测。
特异性
在检测启动子活性时，技 术特异性也是一个挑战， 可能会产生假阳性或假阴 性的结果。
样本处理
对于某些特殊样本，如胚 胎或肿瘤组织，样本处理 和制备的难度较大，可能 会影响实验结果。
在疾病诊断和治疗中的应用
启动子活性分析在疾病诊断和治疗中的应用主要涉及对疾病 相关基因的转录调控研究。通过检测疾病组织中特定基因启 动子活性变化，可以了解疾病的发病机制和进展情况，为疾 病的早期诊断和个性化治疗提供依据。
例如，在肿瘤研究中，启动子活性分析可以帮助发现肿瘤标 志基因的异常表达和调控机制，为肿瘤的早期诊断和靶向治 疗提供新的策略。同时，通过研究药物对启动子活性的影响 ，可以开发出更有效的药物和治疗段是否正常。

• Promoter: located in the structural gene 5 'upstream, can guide the RNA polymerase with template correctly,start a DNA sequence of the gene transcription
.
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1. 核心启动子元件(core promoter element): 指RNA
聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括TATA盒和 CAAT盒。核心元 件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录。
（1） 起始点上游约20-30个核苷酸的地 方。TATA框是一个短的核苷酸序列，其碱基顺序为TATAATAA。TATA框是 RNA聚合酶的重要的接触点，它能够使酶准确地识别转录的起始点并开始 转录。当TATA框中的碱基顺序有所改变时，mRNA的转录就会从不正常的 位置开始。
.
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• In eukaryotic genes, Hogness, etc. globin gene first discovered similar Pribrow zone Hogness zone (Hogness box), which is located upstream of the transcription initiation point at -25 ~ -30 bp the common sequence like TAAA, also known asas the TATA District. At -70 ~ -78 bp upstream of the start site Sterile another section of the common sequence of the CCAAT sequence corresponding with the the-35bp District prokaryotes. Called the CAAT area (CAAT the hox).

长在有氧条件下。 枯草芽孢杆菌遗传学相当先进，很多噬菌体和
质粒适合用作克隆载体。
芽孢杆菌可大量产生几种商品酶，如-淀粉酶， 蛋白酶及苏云金杆菌的杀虫晶体蛋白等，发酵 技术发达。
具有单层细胞膜组成较简单的细胞外壳。
易于分离纯化分泌蛋白
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2）枯草杆菌宿主菌株 由于大肠杆菌的CaCl2转化法对枯草芽孢杆 菌无效
（5）蛋白质降解、多肽降解和脂降解
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（6）分子遗传学 基因克隆 表达调控 染色体分析
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Insulin Gene inserted into Plasmid
Recombinant DNA Absorbed by Bacteria
Bacteria acillus amyloliquefacilus
-淀粉酶
短芽孢杆菌Bacillus brevis
地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis
淀粉酶，抗真菌肽
巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium
淀粉酶
短小芽孢杆菌Bacillus pumilus
有微好氧菌和专性厌氧菌。
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Lactic Acid Bacteria
Genera:
– Streptococcus – Leuconostoc – Pediococcus – Lactobacillus – Enterococcus – Lactococcus
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All the above genera
分子生物学研究策略 Research Strategy on Molecular Biology
3、基因分子生物学的基本技术 3.1 基因的分子杂交技术 3.2 基因的扩增技术（PCR） 3.3 基因的突变技术（转座技术） 3.4 基因的表达技术 （表达系统） 3.5 转基因技术 （转基因动物、

转录水平调控
基因表达首先经历转录水平的调控，即DNA转录成RNA的过程，这种调控可以控制RNA 的种类和数量。
翻译水平调控
转录完成后，RNA需要进行翻译，即RNA转变为蛋白质的过程，这种调控可以控制蛋白 质的种类和数量。
表观遗传调控
除了转录和翻译水平的调控外，基因表达还受到表观遗传调控的影响，这种调控可以通过 修饰DNA或RNA来影响基因的表达。
基因的分类
根据功能和结构，基因可分为编码基因和非编码基因。
基因表达的必要性
生物生长和发育
基因表达是生物生长和发育的基础，通过基因的表达，生物体会产生相应的蛋白 质，进而实现生物的生长发育。
环境应答
基因表达也是生物对环境应答的基础，生物体会根据环境的变化，通过基因的表 达来调整自身的状态。
基因表达的调控
某些基因的突变可以导致基因表达异常，进而引发疾病 ，如遗传性疾病、癌症等。
基因甲基化
DNA甲基化是调节基因表达的重要方式之一，当甲基化 异常时，基因表达也会受到影响，进而可能导致疾病发 生。
基因印记
基因印记是指来自父母双方的基因在表达上存在差异， 这种差异可能导致一些疾病的发生。
通过基因表达研究疾病分子机制
基因编辑技术
改进和优化CRISPR-Cas9等基因编辑技术，使其更加精准、高效、 安全。
未来可能的研究热点和挑战
跨学科融合
整合生物学、化学、物理学和计算机科学等多学科的前沿技术与方法，为基因表达研究提供新的视角和工具。
数据科学在基因表达研究中的应用
充分利用大数据和人工智能技术，挖掘基因表达数据的隐藏信息和规律。
以基因表达为靶点的药物开发
靶点
通过研究基因表达在疾病中的作用，科学家们可以找到新的药物靶点，这些 靶点可以是调控基因表达的分子或者是与基因表达相关的通路。

翻译是将基因中的遗传信息转变成蛋白质的过程，是基因表达的重要环节之 一。
翻译的场所
翻译主要在细胞质的核糖体上进行，核糖体是由RNA和蛋白质组成的复合体 。
翻译的起始
起始密码子
翻译的起始信号是mRNA上的起始密码子，它与核糖体上的起始因子结合，起始 翻译过程。
起始因子的作用
起始因子与起始密码子结合后，可以促进核糖体与mRNA的结合，并启动翻译过 程。
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基因表达研究在农业领域也得到了广泛应用，通过对植物和动物基因表达的研 究，可以更好地了解生长发育和适应环境的机制，提高生产效率。
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基因表达研究在环境科学领域也扮演着重要的角色，通过对不同生物在相同环 境下的基因表达比较，可以更好地了解生物对环境的适应性，为环境保护提供 科学依据。
基因表达研究的发展趋势
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基因表达的转录
转录的概述
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定义
转录是指将DNA序列转 化为RNA序列的过程。
转录的酶
转录需要RNA聚合酶的 参与。
转录的场所
转录主要发生在细胞核内 。
转录的启动
启动子
转录的启动子是RNA聚合酶识别和结合DNA序列的位点。
转录起始复合物
启动子与RNA聚合酶结合形成转录起始复合物。
转录起始复合物的形成过程
基因表达谱
通过基因表达谱可以了解疾病状态下哪些基因在发生变化，从而 为疾病的诊断提供依据。
生物标志物
一些基因表达产物可以作为疾病的生物标志物，例如：前列腺癌 中的PSA基因。
疾病分型
基因表达数据可以用于疾病的分型，例如：肺癌可以分为鳞状细 胞癌、腺癌和小细胞肺癌。
基因表达异常与疾病的治疗
靶向治疗

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每外植体芽数 Shoots per explant
7 6 5 4 3 2 1 0
品种 variety
1.0mg/L 1.2mg/L 1.5mg/L 1.7mg/L 2.0mg/L
科 丰 6
科 丰 14
冀 豆 12
吉 林 35
铁 丰 29
无 腥 一 号 冀 黄 13
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到目前为止，利用基因枪法已经在烟草、豆类和多数禾本科农作物、 果树花卉和林木等植物上获得转基因植株。
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2、操作步骤：
（1）制备DNA微弹； （2）准备靶外植体材料； （3）DNA微弹轰击； （4）培养轰击后的外植体．
immature embryos
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high osmotic media prepare calli
2.直接分化再生系统
外植体材料细胞不经过脱分化形成愈伤组织阶段，而 是直接分化出不定芽形成再生植株。 优点：周期短、操作简单，体细胞变异小，遗传稳定； 缺点：材料局限，转化率低。
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3.原生质体再生系统
原生质体恢复细胞壁具有分化再生能力，是应用最早 的再生受体系统之一。 优点：高效、广泛地摄取外源DNA或遗传物质，获得基因 型一致的克隆细胞，所获转基因植株嵌合体少，适用于多 种转化系统； 缺点：不易制备、再生困难和变异程度高。
• 现将这三大类系统的载体、转化原理、转化方法和 受体细胞等归纳如图4-1。
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一、根癌农杆菌介导法
• 根癌农杆菌介导法的分子机制 • 农杆菌介导法需要具备的条件 • 农杆菌介导法的基本流程
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（一）根癌农杆菌介导法的分子机制

植物基因工程的应用实例
REPORTING
抗虫抗病基因工程
抗虫基因工程
通过将抗虫基因导入植物，培育出具有抗虫性能的转基因植物，有效抵抗害虫的侵害，减少农药使用 ，保护生态环境。
抗病基因工程
通过导入抗病基因，提高植物对病原菌的抗性，降低植物病害的发生率，保障农作物产量和品质。
抗逆境基因工程
抗旱基因工程
转录因子调控
利用转录因子对目的基因进行表达调控，提高或降低基因的表达水平。
基因编辑技术
基因敲除
通过基因编辑技术，将目的基因从植 物染色体上删除或破坏，以实现功能 丧失或降低表达。
基因定点编辑
通过CRISPR-Cas9等基因编辑技术， 对目的基因进行定点突变、插入或缺 失，以实现功能获得或改变。
PART 03
的商业化应用开始。
目前，植物基因工程已经广泛应 用于农业、林业、园艺等领域， 为人类提供了大量的转基因作物
。
植物基因工程的应用领域
提高农作物的产量和品质
通过导入外源基因，改良植物的生长 发育和代谢过程，提高农作物的产量 和品质。
增强植物抗逆性
通过改变植物的抗病、抗虫、抗旱、 抗寒等性状，提高植物在逆境条件下 的生存能力。
合成生物学
合成生物学结合了基因工程和系统生 物学，未来可能实现定制化合成植物 基因组，为植物育种和改良提供新的 途径。
基因工程面临的ห้องสมุดไป่ตู้理和环境问题
伦理问题
基因工程技术的广泛应用可能对传统农业和 生态环境造成影响，引发关于人类干预自然 进程的伦理争议。
环境风险
转基因作物的种植可能对非目标生物和生态 环境产生不良影响，如基因漂移、生态失衡
通过基因工程手段增强植物的碳汇能力，为 减缓全球气候变暖做出贡献。