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分子遗传学复习重点名词解释：RNA编辑：mRNA因核苷酸的插入、缺失或替换而改变了源自DNA模板的遗传信息，翻译出不同于基因编码的氨基酸序列，称为RNA编辑（RNA editing）C值及C值悖论：生物体的单倍体基因组所含DNA的总量称为C值。生物基因组的大小同生物在进化上所处地位的高低及复杂性之间无严格的对应关系，这种现象通常称为C值悖理假基因：核苷酸序列与相应正常功能基因基本相同，但没有编码蛋白质能力的基因或不产生有功能产物的基因RNA干涉(RNA interference，RNAi)是正常生物体内一些小的双链RNA，可有效地阻断靶基因表达的现象。当向细胞中导入与内源性mRNA同源的双链RNA (double stranded RNA，dsRNA)小分子时，可导致该mRNA降解，从而高效、特异的阻断体内特定基因的表达，导致基因沉默。转座子：是存在于染色体DNA上可自主复制和转位的基本单位。程序性细胞死亡（PCD）：多细胞生物体的一些细胞当不再为生物体所需或是已受到损伤时，会激活受遗传控制的自杀机构而自我毁灭。抗原 ：一类能诱导机体发生免疫应答并能与相应的应答产物（如抗体）发生特异性免疫反应的大分子物质。又称免疫原半抗原：缺乏免疫原性而有免疫反应性的物质。抗体：在抗原物质的刺激下，由浆细胞产生的一类能与相应抗原在体内外发生特异性结合的免疫球蛋白DNA甲基化：在DNA甲基转移酶的催化下，利用S-腺苷蛋氨酸提供的甲基，将胞嘧啶第5位碳原子甲基化，从而使胞嘧啶转化为5甲基胞嘧啶。遗传图谱：又称遗传连锁图，是指基因或DNA标记在染色体上的相对位置与遗传距离。物理图谱：是指各遗传标记之间或DNA序列两点之间，以物理距离来表示其在DNA分子上的位置而构成的位置图，以实际的碱基对(bp)或千碱基对（Kb）或百万碱基对(Mb)长度来度量其物理距离。Kazak序列：许多真核生物mRNA的5端起始密码子附近有一段短的保守序列，可促进核糖体小亚基识别起始密码子，该序列为（GCC）RCCATGG.miRNA:即小RNA,长度为22nt左右，5端为磷酸基团，3端为羟基。miRNA广泛存在于真核生物中，不具有可读框，不编码蛋白质，其基因的转录产物是发夹结构，在RNase酶切后以双链形式存在，是近几年在真核生物中发现的一类具有调控功能的非编码RNA,它们主要参与基因转录后水平的调控。操纵子：在原核生物中普遍存在的基因组织形式，在调节基因的作用下，多个结构基因共同转录出一条多顺反子mRNA,并指导蛋白质合成。或在原核生物中由启动子，操纵基因和功能相关的结构基因紧密连锁组成的一个转录功能单位称操纵子。基因：是指合成一条有功能的多肽或RNA分子所必需的完整的DNA序列。除了编码区外，大多数基因也包含非编码的间插序列和转录控制区。一个结构基因包括启动子,RNA编码区和终止区。增强子：该DNA序列可增加与其连锁基因转录的频率。增强子多位于基因的5端，但也可位于基因的3端，甚至基因的内含子中。无位置及方向性，但有可能有组织细胞特异性，一般能使基因转录频率增加10200倍，有的甚至可以高达上千倍。甚至远离靶基因达几千kb也仍有增强作用。插入序列：含转座酶编码序列的一种最小的细菌转座因子。反转座子：先转录为RNA再反转录成DNA而进行转座的遗传元件。冈崎片段：DNA复制过程中，两条新生链都只能从5端向3端延伸，前导链连续合成。后随链分段合成。这些分段合成的新生DNA片断称冈崎片断。细菌冈崎片断长度10002000核苷酸，真核生物冈崎片断常速100200核苷酸。功能获得型突变：是从本质上改变基因作用的一种突变，它可以在个体的特定组织，细胞或特定时间使得原来不表达的基因得以表达，或表达较弱的基因表达水平得以提高。抗原决定簇：能被淋巴细胞上的抗原受体所识别的抗原的一部分；是决定该抗原特异性的特殊化学基因。内含子：在前体RNA剪接产生的mRNA过程中丢失的片断外显子：在前体RNA拼接产生mRNA后表达的片断称为外显子。染色质重塑：是表现遗传修饰中一种常见的方式，是指导致整个细胞分裂周期中染色质结构和位置改变的过程。siRNA：双链RNA在体内被加工成1923bp大小的片断，这些片断被称为小干扰RNA,并与许多胞内RNA诱导沉默复合物（RISC）蛋白协同作用。在siRNA的指导下，RISC可以识别并降解目的mRNA,抑制翻译的起始及使其基因发生甲级化而抑制其表达。主要组织相容性复合体：含有参与免疫应答的基因的染色体区域。这些基因编码抗原提呈蛋白质，细胞因子和补体。DNA甲基化（DNA methylation）:是指由DNA甲基化转移酶介导，催化甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸向胞嘧啶的C-5位点转移的过程。ENCODE计划(The Encyclopedia of DNA Elements Project)：即“DNA元件百科全书计划”，简称ENCODE计划，是在完成人类基因组全序列测定后的2003年9月由美国国立人类基因组研究所（National Human Genome Research Institute，NHGRI）组织的又一个重大的国际合作计划，其目的是解码基因组的蓝图，鉴定人类基因组中已知的和还不知功能的多个物种的保守序列等在内的所有功能元件。ENCODE计划的实施分为3个阶段：试点阶段（ a pilot phase）、技术发展阶段（a technology development phase）和生产阶段（a producttion phase）。gRNA (guide RNA)：既指导”RNA(gRNA，guide RNA)，能通过正常的碱基配对途径，或通过GU配对方式与mRNA上的互补序列配对，指导编辑的进行。GT-AG规律（GT-AG rule）：真核生物所有编码蛋白质的结构基因，其RNA前体在内含子和外显子交界处有两个较短的保守序列，内含子的左端均为GT，右端均为AG，此规律称GT-AG规律。miRNA：即小RNA，长度为22nt左右，5端为磷酸基团、3端为羟基。miRNA广泛存在于真核生物中，不具有开放阅读框架，不编码蛋白质，其基因的转录产物是发夹状结构，在RNase酶切后以双链形式存在，是近几年在真核生物中发现的一类具有调控功能的非编码 RNA，它们主要参与基因转录后水平的调控。RNA诱导的沉默复合体（RNA Induced Silencing Complex，RISC）：与siRNA结合后可识别并切断mRNA。RNA指导的DNA甲基化（RNA Directed DNA Methylation RDDM）：活性RISC进入核内，指导基因发生DNA的甲基化。密码子摆动假说（wobble hypothesis）：密码子的第1，2位核苷酸（53）与反密码子的第2，3核苷酸正常配对；密码子的的第3位与反密码子的第1位配对并不严谨，当反密码子的第1位为U时可识别密码子第3位的A或G，而G则可识别U或C，I（次黄嘌呤）可识别U或C或A。 比较基因组学（comparative genomics）：是一门通过运用数理理论和相应计算机程序，对不同物种的基因组进行比较分析来研究基因组大小和基因数量、基因排列顺序、编码序列与非编码序列的长度、数量及特征以及物种进化关系等生物学问题的学科。表观遗传变异（epigenetic variation）:基因的碱基序列未发生改变，而是由于DNA甲基化，组蛋白的乙酰化和RNA编辑等修饰导致基因活性发生了变化，使基因决定的表型发生变化，且可遗传少数世代，但这种变化是可逆的。超基因家族（supergene family）：是DNA序列相似，但功能不一定相关的若干个单拷贝基因或若干组基因家族的总称。沉默子（silencer）：一种转录负调控元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。特点很象增强子，但不增强转录，而是减弱转录，故称负增强子。 代谢组学(metabolomics)：是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科。端粒(telomere)：是由独特的DNA序列及相关蛋白质组成的线性真核染色体的末端结构，它具有防止末端基因降解、染色体末端间的粘连和稳定染色体末端及其精确复制等功能。反向遗传学 （reverse genetics）：是从改变某个感兴趣的基因或蛋白质入手，然后去寻找相关的表型变化。反转座子（retroposon）或“反转录转座子（retrotransposon）”:先转录为RNA再反转录成DNA而进行转座的遗传元件。核酶（ribozyme）:具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核心启动子（core promoter）：是指在体外测定到的由RNA pol进行精确转录起始所要求的最低限度的一套DNA序列元件。化学基因组学(chemogenomics)：它是作为后基因组时代的新技术,是联系基因组和新药研究的桥梁和纽带。它指的是使用对确定的靶标蛋白高度专一的小分子化合物来进行基因功能分析和发现新的药物先导化合物。基因组印迹(genomic imprinting) :也称作基因印迹(gene impringting)，是一种新发现的非孟德尔遗传现象，指来自双亲的某些等位基因在子代中呈现差异性表达的现象。程序性细胞死亡/凋亡（programmed cell death/apoptosis)：细胞应答一类刺激剂，引起一连串特征性的反应，从而启动导致细胞死亡的途经。焦磷酸化编辑（pyrophosphorolytic editing）：RNA聚合酶通过PPi的掺入（聚合反应的逆反应）去除错误加入的核苷酸，然后加入正常的核苷酸，虽然这种编辑不能区分正常和错误的核苷酸，但由于转录在错误加入核苷酸后停留时间过长，而对其有优先校正功能。酵母双杂交(yeast two-hybrid)：利用杂交基因通过激活报道基因的表达探测蛋白质与蛋白质间的相互作用。亮氨酸拉链（leucine zipper）：是由伸展的氨基酸组成，每7个氨基酸中的第7个氨基酸是亮氨酸，亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在-螺旋的一侧，所有带电荷的氨基酸残基排在另一侧。当2个蛋白质分子平行排列时，亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成“拉链”。密码子使用的偏好（relative synonymous codon usage，RSCU）：编码同一氨基酸的各个密码子的使用频率在不同生物中并不相同，也不与该氨基酸在整个蛋白质中的频率成正比，这也就是密码子使用的偏好现象，该现象可影响基因表达的效率。母系印迹(maternal imprinting) :来自母本的等位基因（母源等位基因）不表达，而父源等位基因表达的现象。母性基因（maternal gene)：母体卵子发生时所表达的基因，母性体细胞基因是在母性体细胞中表达，而母性胚系基因则在生殖细胞中表达（如卵母细胞）。分子伴侣(molecular chaperone)是一个结构上互不相同的蛋白质家族,可识别肽链的非天然构象,促进蛋白质正确折叠。如热休克蛋白染色质重塑(chromatin remodeling) :是表观遗传修饰中一种常见的方式，是指导致整个细胞分裂周期中染色质结构和位置改变的过程。染色质重塑因子（chromatin remodeling factor）: 依靠水解ATP提供能量来完成染色质结构的改变。染色质重塑因子在组成及功能上不同，但都包含类Snf2超家族的ATP酶亚基 增强子（enhancer）：该DNA序列可增加与其连锁基因转录的频率。增强子多位于基因的5端，但也可位于基因的3端，甚至基因的内含子中。无位置及方向性，但可能有组织细胞特异性，一般能使基因转录频率增加10200倍，有的甚至可以高达上千倍。甚至远离靶基因达几千kb也仍有增强作用。转座子沉默（transposon silencing）:宿主积累了转座子的多个拷贝，从而阻遏转座发生。组成型剪接（constitutive splicing）：编码蛋白质的不连续基因通过RNA剪接将内含子从mRNA的前体中依次去除，然后规范地将外显子剪接成成熟的mRNA，这种剪接方式是一个基因只产生一种成熟的mRNA，一般也只产生一种蛋白质产物。组蛋白密码（histone code）：组蛋白氨基端的各种修饰（甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等）及组合通过改变染色质的结构或产生效应蛋白质的结合位点而影响基因的表达活性，从而调控下游的细胞学过程。组蛋白修饰(histone modification) :是指染色质上的组蛋白被甲基化、乙酰化或磷酸化的过程。组蛋白H3和H4的修饰可导致染色质结构的变化。组蛋白甲基化可能对促进DNA甲基化具有一定作用。组蛋白甲基化位点包括组蛋白H3尾部上的两个赖氨酸残基和组蛋白H4尾部上的精氨酸。组蛋白乙酰化的靶标是组蛋白H3和H4 N端尾部的赖氨酸。组蛋白乙酰化在DNA复制和基因激活时发生。组蛋白乙酰化是可逆的，每个方向都由特殊类型的酶来催化。DNA甲基化和组蛋白修饰可能参与调控植物的适应性和多样性中心法则（central dogma）F.Crick于1958年提出的阐明遗传信息传递方向的法则，指出遗传信息从DNA传递至RNA，再传递至多肽。DNA与RNA之间遗传信息的传递是双向的，而遗传信息只是单向地从核酸流向蛋白质表观基因组学：在基因组的水平上研究不改变基因组序列而通过表观遗传修饰调控基因或基因组表达的学科。简答题：1.简述病毒的概念及其基因组分类病毒是一类非细胞型的微生物，具有结构简单、体积微小、只含有一种类型的核酸（DNA 或RNA）、缺乏完整的酶和能量系统、严格的细胞内寄生、依靠自身的核酸指导和利用活细胞宿主的合成装置进行复制表达、复制（繁殖）装配释放子代毒粒速度极快等特点。6种类型：双链DNA病毒基因组、单链DNA病毒基因组、正链RNA病毒基因组、负链RNA病毒基因组、双链RNA病毒基因组和反转录病毒基因组。2.简述核小体的组成和结构。核小体是构成染色质的基本结构单位。每个核小体包括一个组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3和H4各两个分子)及缠绕在该核心表面的200个碱基对左右的DNA。DNA双螺旋在组蛋白八聚体分子的表面盘绕1.75圈，其长度约为146bp，负超螺旋，这种组蛋白的核心颗粒大小约为5.7 nm11 nm的扁球形。相邻的两个核小体之间一般由约55 bp的DNA连接，称为连接区DNA，在连接区部位结合有一个组蛋白分子H1。连接区DNA的长短取决于物种和细胞类型，连接区DNA的长度变化在20100 bp。非组蛋白也可能结合在连接区。这样由核心颗粒加连接区就构成了核小体，许多这样的单位重复起来，形成直径为11 nm的核小体绳珠结构，该结构称为染色质纤维3.简述DNA的半保留和半不连续复制从复制起点开始，双链DNA解旋，DNA开始复制并形成两个复制叉。由于两条DNA单链的极性相反，每个复制叉向前移动时，一条DNA 单链的方向为3到5，此为前导链，DNA合成的由5到3，进行连续复制；另一条DNA 单链的方向为5到3，此为滞后链，由于DNA聚合酶的性质决定DNA合成的方向不能由3到5，因此滞后链的DNA合成是不连续的，而是先合成多个小的DNA片段冈崎片段。4.简述原核生物生物启动子的结构及其功能原核启动子共同的结构特点：起始子，即转录起始点，多以嘌呤碱基为主，在10区下游46bp处，常见结构为CAT，A为起始碱基；10区,保守的一致性序列为TATAAT，这段序列富含AT对，较易解链，该序列的功能是与RNA聚合酶牢固结合并使闭合起始复合物转换为开放性起始复合物，使RNA聚合酶定向转录。该序列是70因子识别的启动子典型序列。前两个碱基（TA）和最后一个T保守性最强；35区，保守序列为TTGACA，是RNA聚合酶的亚基识别的位点；10区与35区的间隔DNA的碱基序列并不重要，但其长度却是十分重要的，一般长度为1618bp，因为这个长度对保持RNA聚合酶的两个结合位点上空间的距离至关重要；在核心启动子上游还有另外的富含AT的序列，这段序列（4060）又称UP元件，是真正启动子中的部分，因为它可被RNA聚合酶亚基C端所识别，是RNA聚合酶识别的第三个位点（10，35，UP元件），富含AT对的UP元件容易弯曲，对分开两链、提高转录酶效率有利。5.简述遗传重组的类型（1）同源重组又称普遍性重组，它的发生是依赖大范围的DNA同源序列的联会；（2）位点专一性重组，这种重组发生在特定的含有短的同源序列的位点之间，因此称为位点专一性重组，通常在原核生物中发生；（3）转座重组 有些可移动的遗传成分可在不同基因或不同染色体之间转移遗传信息，这称为转座。（4）异常重组，按其机制分为两类：末端连接和链滑动。末端连接是指断裂DNA末端彼此连接；链滑动是指DNA复制时，由一个模板跳跃到另一个模板所引起的重组。6.简述植物花发育的ABC模型。花同源异型基因分为A、B和C 三类，每轮花器官的决定是三类花器官特征基因A、B和C类不同组合表达的结果。A类基因单独表达形成萼片；A类和B类基因都表达形成花瓣；B 类和C类基因都表达形成雄蕊；C类基因单独表达形成心皮。相应地存在三组同源异型突变，使基因A、B或C类中的一类缺失，导致花器官错位发育。这就是花器官发育的ABC模型。7.简述表观遗传学及其含义是研究在基因组DNA序列没有发生改变的情况下，基因的表达调控及功能发生了可遗传的遗传信息的改变，最终导致表型的改变。含义：其一是可遗传性，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间遗传；其二这种遗传是没有DNA序列的变化，而是基于对遗传物质的修饰作用；其三是可逆性，即这种遗传修饰不是一成不变的，在一定条件下可以发生改变。 8简述反转录病毒颗粒的结构特点由脂质包膜、核衣壳及病毒核心组成。其包膜上有外膜糖蛋白和跨膜糖蛋白突起，基质蛋白位于包膜内表面。核衣壳为二十面体对称结构，由衣壳蛋白构成。病毒核心有两条相同的正链RNA形成的基因组，还有核酸结合蛋白、反转录酶、整合酶和蛋白酶9.DNA损伤修复的机制有那些？光修复；切除修复；错配修复；重组修复；双链断裂修复系统；SOS修复10.举例说明抗体多样性产生的机制1、抗体基因重组： a） 性细胞内含有多个V基因；b） V-J和V-D-J的重组部位的差异性；c） 重链和轻链的随机重组；2、体细胞突变。各种机制相伴随,因此Ig多样性以乘积的方式增加11.论述同源重组的Holloday模型（1）重组始于两条配对双链DNA的同源链中相应位点的各一个单链发生断裂：断裂使切口产生的自由末端可以移动，每条链离开其配偶链与另一双链上的互补链交叉配对，相互交换在两个DNA双链之间形成了连接，这样所连接的一对双链DNA分子称为联合分子。一条DNA链从自身双链DNA交叉到另一双链DNA分子的位点就称为重组连接点。在重组连接点，每个DNA双链分子都含有一个来自父母双方的DNA区域，即杂合DNA或异源双链DNA。（2）分叉迁移：重组连接点的一个重要特性是它可沿双链DNA分子滑动，这种滑动称为分叉迁移（branch migration）。当双链分子中的单链分叉迁移，一条链被另一条链置换时，分支点可以向两边任意一个方向迁移。（3）Holliday连接体形成：由链交换形成的联合分子可以解离，并形成两条分开的双链DNA分子，联合分子相对于一个双链来旋转另一个双链，则可在一个平面上见到一个称为Holliday结构。链交换形成的联合分子解离而形成两个独立的双链DNA分子，这需要再产生两个切口。这一反应的结果取决于哪一对链被切开。（4）切开的方向决定重组结果：如果第二次切口发生在原初未切开过的两条单链上，即未曾起始链交换的哪一对链，那么4条单链都被切开了，这样就释放出剪接重组体DNA。由于剪接产物导致重组位点附近基因交换，所以这种重组又被称为交换产物。这是因为在该双链DNA分子中的一条亲体DNA链与另一条亲体DNA链以异源双链DNA的形式共价连接，在异源双链区域两端的分子标记进行常规的重组事件。但如第二次切口发生在原来被切开过的两条单链上，那么另两条单链将是完整的，这样切口释放出原来的两个亲体双链DNA分子，仅留下一段异源双链DNA区域（补丁），故这种重组称为补丁重组体。因为，最初产生断裂的位点附近的基因并未因重组而重新配对，所以又被称为非交换产物。（5）重组产生一段异源双链DNA：双链DNA分子间的链交换总会产生一段异源双链DNA，但是交换不一定伴有两侧区域的重组。12.论述大肠杆菌乳糖操纵子的结构和调控模型大肠杆菌乳糖操纵子（lac Operon）包括4类基因：（1）结构基因：是编码蛋白质或RNA的基因，能通过转录、翻译使细胞产生一定的酶系统和结构蛋白，这是与生物性状的发育和表型直接相关的基因。乳糖操纵子包含3个结构基因：lacZ、lacY、lacA，分别合成半乳糖苷酶、透过酶和乙酰基转移酶；（2）操纵区：操纵子中与一个或一组结构基因相邻并控制它们转录的区域。操纵区（O）控制结构基因的转录速度，位于结构基因的附近，本身不转录；（3）启动子：是决定RNA聚合酶转录起始位点的DNA序列。启动子（P）位于操纵区的附近，作用是提供RNA聚合酶特异识别和结合位点，发出信号mRNA合成开始，该序列也不能转录；（4）调节基因：通过产生阻遏物来调节操纵基因的活动，进而控制结构基因的功能。三个结构基因受控于同一启动子，共同转录出一个多顺反子mRNA，翻译成半乳糖苷酶，透性酶和乙酰转移酶。乳糖进入细胞是在透性酶的作用下完成的，由半乳糖苷酶催化形成葡萄糖和半乳糖，以供细胞利用；同时可催化乳糖变成异构乳糖；转乙酰酶可以消除被透性酶转入细胞的硫代半乳糖苷对细胞产生的毒性。乳糖操纵子的调节基因R与三个结构基因距离较远，其转录调控由自身的启动子完成，该启动子是组成型的，产物为阻遏蛋白，所形成的四聚体可与三个结构基因的共同启动子的操纵区结合，从而进一步阻遏RNA聚合酶与核心启动子的结合（两者在位置上有部分重叠），使乳糖操纵子处于关闭状态。在有乳糖无葡萄糖的情况下，由本底水平表达的透性酶可使少量乳糖进入细胞，并由半乳糖苷酶催化转化为别构乳糖，与调节基因的产物结合，使该阻遏蛋白四聚体变构，从操纵区脱离，解除乳糖操纵子的阻遏状态，RNA聚合酶与启动子结合，使三个结构基因发生转录，再进一步翻译产生大量的蛋白产物，细胞就可大量利用乳糖作为其碳源和能源。这种方式被称为可诱导的负调控模型，别构乳糖为诱导物。13.核小体与核小体定位在基因表达及其调控中有何作用？1）核小体是染色质的基本结构单位，体内外试验均证实，核小体是基因转录的通用抑制子。细胞内基因组包裹在核小体内，如果启动子区在核小体内，则转录通常会被抑制。试验也证明由于缺少H4组蛋白，在核小体不能形成的酵母细胞系中，很多基因变成组成型表达，而在正常的细胞中，他们均处于抑制状态。2）核小体在DNA中的精确定位对细胞正常功能的发挥起重要作用。由于核小体与DNA的动态相互作用，大多数核小体的位置是不固定的。但是在有些情况下，某些核小体被限定在基因组的固定位置上，或者说DNA序列仅以一种特定的构型装配成核小体，则DNA上的每个位点将一直位于核小体上的特定位置，我们称这种装配类型为核小体定位。3）核小体的定位对基因的表达调控有重要的影响。它的定位变化总是伴随着基因从抑制到转录状态的转变。核小体的定位或定位的去稳定或解除可能是影响基因转录调控的重要因素。大量的试验结果表明，核小体的形成和在染色质的精确定位是真核基因表达所必需的。有人提出核小体的形成及其在染色质上的精确定位有以下两方面的作用：（1）提供一个支架结构，使转录因子之间的信息传递更有效；（2）染色质结构的不均一性，即某些区域不形成核小体，保证了转录因子易于接近染色质模板。14. 原核生物与真核生物的启动子结构有什么差别？1）原核生物的启动子：在操纵元中，从mRNA开始转录的位点以上都是启动子序列，20bp-200bp，其特点：1. Pribnow框：TATAAT，位于-10左右，是 RNA聚合酶的牢固结合位点2. Sextama框：TTGACA，位于-35附近，是 RNA聚合酶的初始结合位点3. 上述二者及之间的距离决定转录效率，一般距离17bp左右4. CAP位点cAMP-受体蛋白复合物在启动子上的的结合位点2）真核生物启动子：真核生物有三类RNA聚合酶，与此对应，有三类不同的启动子。事实上RNA聚合酶，所作用的启动子情况比较复杂。 RNA聚合酶识别的启动子，除5SrRNA基因外，其它rDNA基因组成一个大的多拷贝基因族，转录成一个45S的rRNA前体，其启动子由起始位点的核心启动子和其上游控制元件两部分组成。核心启动子包括-45到+20，负责转录的启始；上游控制元件从-200到-150，它们之间的序列长度对转录效率影响很大。 RNA聚合酶启动子可分为两种类型。一种是启动子位于转录起始点下游，又称下游启动子（downstream promoter）、基因内启动子（intragenetic promoter）或内部控制区（internal control region）。另一种启动子是与常见的启动子相似，又称上游启动子（upstream promoter）。下游启动子又分为两个亚型，型和型，型内部启动子有两个分开的序列boxA（TGGCNNAGTGG）（共同序列RRYNNARYGG），和boxC（CGGTCGANNCC）（共同序列RRTGGGA/TGACC），而它们之间的距离比较固定，为中间元件（internal element IE），这是5SrRNA基因的典型结构。型内部启动子由boxA和boxB（GGTTCGANTCC）组成，两者之间距离较大，且不固定，是tRNA基因启动子的典型结构。上游启动子包括三部分元件，即TATA框，近侧序列元件（proximal sequence element, PSE），和远侧序列元件（distal sequence element, DSE），这是部分snRNA基因启动子的典型结构。 RNA聚合酶启动子由四部分元件组成，即转录起始点、TATA盒、上游元件和远上游元件。转录起始点（initiators）在有些型转录酶启动子中比较保守，其一致性序列为PyPyANT/APyPy，转录起始点常和TATA盒组成核心启动子起始基础转录，但与其相连的上游元件和增强子可以促进其高效转录。对于含TATA盒的启动子，其启始点常在其下游25bp30bp，有的基因启动子无典型起始子序列，则RNA聚合酶根据TATA盒下游30bp附近的第一个嘌呤碱基作为转录启始点绝大多数型转录酶启动子均含有TATA盒，一致性序列为TATAAAA，第5和7位A有时可被T取代，看家基因（housekeeping genes）、同源异形基因（homobox gene)和哺乳类发育中的免疫控制基因无TATA盒。而奢侈基因 （luxary genes）具有TATA盒，它可能是帮助RNA聚合酶正确识别其下游的起始子，从正确的位置起始转录；有些启动子的TATA盒对转录十分重要，一旦缺失则完全失去活性。故TATA盒对有些型转录酶启动子的功能是十分重要。 15常见的反式作用因子有哪些？其结构特点是什么？这些调节着基因转录活性的反式作用因子，通称为转录因子，已鉴别的转录因子可分为普遍性和组织特异性两类。从其结构特点来看，主要有两大功能区，DNA结合域，活性域。对于DNA结合域，根据其氨基酸结构域的特点，又可分为：螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix,HTH），锌指（zinc finger），螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix,HLH），亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP），同源异型域（homeodomain,HD)，激素受体类（类固醇等）或核受体类，桶（-barrels）结构等。锌指蛋白（zinc finger protein）是由含有锌指结构域的两类蛋白质组成，即传统的锌指蛋白和类固醇受体结合蛋白质。锌指结构域是由蛋白质上保守的半胱氨酸及/或组氨酸与锌原子结合形成一个手指状的结构。典型的锌指蛋白往往有多个锌指结构域，其保守序列为Cys-X2-Cys-X3-phe-X5-leu-X2-His-X2-His,锌原子与其中两个半胱氨酸和2个组氨酸结合形成四面体结构，长23个氨基酸，两个锌指之间由78个氨基酸相连。从每个锌指的三级结构来看，其N端形成折叠，C端形成螺旋。反向平行的折叠区含有2个半胱氨酸，与其后螺旋中的2个组氨酸一起与锌原子结合，而由锌原子稳定了整个锌指结构。同源异型域蛋白属于HTH蛋白，可形成三个螺旋区，其中螺旋2、螺旋3形成典型的HTH域，螺旋3识别螺旋与DNA大沟结合，其N末端臂参与DNA小沟的结合，同源异型域蛋白形成二聚体后才与DNA结合 -桶(-barrels)结构，每个亚基上的-螺旋则与DNA大沟相结合，两个相邻的大沟被识别螺旋结合后可导致DNA分子发生45的弯曲。HLH长4050个氨基酸，由两个长1516个氨基酸的亲水，亲脂的螺旋及长度不同的环（连接区）将其分开。两蛋白的两个-螺旋疏水面相互作用可形成同二聚体或异二聚体，多数HLH附近有一强碱性的氨基酸区，但也有不含该区的HLH，含有碱性区的HLH称为bHLH或HLP，是DNA的识别和结合所必需的，但与DNA结合能力的差异则是由bHLH基序及二聚体的状况所控制的。亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP）的双亲螺旋其疏水面亮氨酸突出，并与另一个平行的亮氨酸拉链蛋白的亮氨酸突出交错排列，盘绕成卷，两个右手螺旋互相缠绕，每圈3.5个氨基酸，每7个残基构成一个完整的重复单位，因此亮氨酸在拉链区每隔6个氨基酸残基重复出现一次，两个蛋白形成同源二聚体或异源二聚体。在每个拉链蛋白质中与亮氨酸重复序列邻近的区域是高度碱性的，可作为一个DNA的结合位点。整个二聚体呈Y型结构，拉链构成茎，两个碱性区分叉形成臂，横跨在DNA分子上并与相邻的DNA两个大沟结合，这称为bZIP。16.原核生物与真核生物基因表达调节机制的主要差别是什么？1） 原核生物的基因多以操纵子为单位，转录和翻译是偶联的；真核生物的基因转录、RNA前体的加工、剪接在细胞核中进行，而翻译则在细胞质中进行. 在原核生物中，基因表达的调控以转录水平调控为主，在调节基因的作用下，主要以操纵子为单位，转录出一条多顺反子mRNA，并指导蛋白质合成；而且转录和翻译是偶联的，很少发生mRNA的加工、修饰。但也存在转录后水平的调控，例如反义RNA的调控，翻译的调控，RNA开关等。2）在真核生物中，基因表达的调控十分复杂，可发生在多个层次、多个水平：包括从染色体和染色质的表观遗传学控制，DNA的复制、RNA的转录、加工与拼接、蛋白质翻译及翻译后加工、修饰等等。对于真核生物基因的转录调控，主要是顺式作用元件（cis-acting element）与反式作用因子(trans-acting factor)的相互作用。另外，DNA的重排和RNA的交替剪接也是真核生物基因表达多样性的重要机制；近年发现的小分子RNA通过RNA干扰途径也可调节基因的表达，介导DNA的甲基化、mRNA的降解及翻译起始的抑制等。参与的有关酶和蛋白质的性质及机理也不尽相同。转录是基因表达关键的步骤之一，也是原核生物和真核生物基因表达的第一步。真核生物内含子的剪接和hnRNA加工机制十分复杂，可变剪接为一个基因产生多种蛋白质产物创造了可能。真核生物mRNA翻译后，其蛋白质产物可发生十分复杂的修饰和加工，例如，磷酸化、甲基化、乙酰化、糖基化、泛素化等。另外基因的表达还受到表观遗传现象的影响，例如组蛋白的修饰、染色体的重塑、DNA甲基化、RNA编辑等。17.转座子的遗传学效应与应用1）改变染色体结构当转座子插入后而引起受体位点DNA一段短的同向重复序列（DR），即靶位加倍（target-site-duplication）。如转座子切离在DR之间重组，结果是夹在两个DR之间的DNA序列被切离而缺失(deletion)，中间的DNA序列形成一个环，将从细胞中丢失，DR在染色体上只留下一个拷贝(图6-51a)；如重组发生在IR之间，结果是夹在两个IR之间的DNA发生倒位（inversion）(图6-51b)，而反向重复得到保留，这将会导致下一次的倒位。2）诱发基因突变当转座子插入到某个基因座位中往往导致该基因失活，在某些情况，插入位点的基因保持正常转录，只是转录子中的插入序列通过转录后的剪接过程而被除掉，因此插入位点的基因仍表现出显性性状，这种现象叫做渗漏突变(leaky mutation)。也就是仍有些残余水平基因表达的突变。该基因称为渗漏基因（leaky gene），又称亚效等位基因（hypomorph），即一种突变种基因与其野生型有相似的效应，但效应较弱。插入失活和渗漏突变与转座子在插入位点中的方向有关。当两个转座子被同一转座酶识别而整合到染色体的邻近位置时，则它们之间的DNA将变得易于被转座酶作用而转座。如果它们之间的DNA中含有外显子，则该外显子将被切离，并可能插入另一基因之中。这种效应称为“外显子改组”（exon shuffling）。所谓外显子改组，即源自一个或几个基因的若干个外显子像“洗牌” 那样地进行重排，可以产生新的基因。这也是生物体产生新基因和基因进化多样性的途径之一3）调节基因表达反转录病毒带有增强子（enhancer）序列，很多转座子也带有增强子，它们像RNA病毒一样，能使其插入位点附近的基因活性增强。转座子除了含增强子外，有的转座子还含有启动子，也能促进基因的转录活性4）产生新的变异由于转座插入位点可能出现新的基因，如像Tn带的抗药性基因，它的转座不仅造成某个基因的插入突变，同时在此位点上出现一个新的抗药性基因。由于转座作用，使某些原来在染色体相距甚远的基因组合在一起，构建成一个操纵子或表达单元，也有可能产生一些具有新的生物学功能的基因和编码新的蛋白质分子。5）转座子标记克隆目的基因基因克隆是研究基因结构和功能及基因转移的必要前提，目前常用的办法是构建基因组文库或cDNA文库，然后从中筛选目的基因。6）转座因子作为基因工程载体 利用P因子作为载体，将外源基因转移到果蝇胚胎生殖系细胞中，对果蝇进行遗传操作。将携带目的基因的缺陷P因子和完整的P因子同时注入到胚胎的前胚盘，完整的P因子不仅能识别自身的末端序列，也能识别缺陷P因子的末端而进行转座，结果两种P因子都被插入到基因组中。只有P因子两末端之间的DNA序列才能被插入，两端外侧序列不是转座因子的组成部分，不会被插入到基因组。因此该技术的优点是只插入一个外源基因的拷贝。也就是说，所有转基因果蝇只携带一个拷贝的外源基因，因而便于对其结构和功能进行研究18. 简述染色质重塑的基本过程及其生物学功能。1）染色质重塑(chromatin remodeling)是表观遗传修饰中一种常见的方式，是指导致整个细胞分裂周期中染色质结构和位置改变的过程。此过程涉及某些依赖能量供给的组蛋白修饰，从而导致许多蛋白-蛋白及蛋白-DNA的互作受到破坏。在染色质发生重塑的过程中，密集的染色质丝在核小体连接处发生松懈造成染色质疏松，从而使启动子区中的顺式作用元件得以暴露，为反式作用因子（转录因子）与之结合提供了空间接触的可能。细胞基因组中的DNA通常并非处于裸露状态，而是与组蛋白一起构成结构致密的染色质，故染色质结构状态的改变会影响基因的表达。2）染色体重塑过程由两种蛋白复合体所介导，即ATP依赖型核小体重构复合体和组蛋白修饰复合体。前者通过水解作用改变核小体构型，后者对核心组蛋白N端尾部的共价修饰进行催化。3）染色质重塑是DNA修复和基因表达调控过程中的一个重要环节。染色质重塑使染色质组织结构发生一系列重要的变化，如染色质去凝聚、核小体变成开放式的疏松结构、使转录因子等更易接近并结合核小体DNA，从而调控基因转录等。A 染色质重塑与发育SWI/SNF在果蝇的个体发育中具有重要作用。单一的SWI/SNF复合物参与转录调控，而SWI/SNF-ISWI复合物可以调控组蛋白与DNA之间的相互作用，引起核小体重构，促进基因组DNA与特定转录因子的结合。ISWI果蝇突变体最显著的表型是雄性果蝇X染色体存在结构缺陷，X染色体变短变宽，说明ISWI对维持染色体的正常结构具有重要作用。另外，ISWI在体细胞核移植过程中还起到染色质重塑因子的作用，它以依赖ATP的方式使通用转录因子TATA框结合蛋白(TATA box binding protein，TBP)从体细胞核基质上解离并从细胞核中释放出来，同时，其他一些蛋白质由卵母细胞质进入核内。TATA框结合蛋白的解离可能启动染色质重塑。B 染色质重塑与人类疾病染色质重塑复合物和组蛋白修饰酶的突变均可引起人体生长发育畸形，导致智力发育迟缓，甚至癌症的发生，其原因可能是由于重塑复合物中的关键蛋白发生突变，使染色质重塑失败，核小体不能正确定位，并使DNA损伤修复复合物和转录因子等不能接近DNA，从而影响基因的正常表达。如果突变导致抑癌基因或调节细胞周期的蛋白发生异常，将导致癌症发生。染色质重塑复合物及其相关蛋白均与转录激活和抑制、DNA甲基化、DNA修复以及细胞周期相关。C 染色质重塑与基因剂量补偿在二倍体生物中，一些性别分化的遗传信息来自性染色体。通常，只有一条性染色体的结构产生变化，而另外一条则没有改变。许多生物中，遗传信息是由父亲传给儿子(Y染色体，XY型)或由母亲传给女儿(W染色体，ZW型)，这种性别决定导致X或Z染色体上的基因剂量不均等。基因剂量补偿(gene dosage compensation)是指在雌雄个体中确保X连锁基因产物均等化的机制。均等化可通过不同途径实现：（1）关闭雌性体细胞中两个X染色体中的一个（哺乳动物）；（2）相对于雄性个体，降低雌性X连锁基因双剂量转录的水平（线虫）；（3）提高雄性中X连锁基因单剂量转录的水平（果蝇）。剂量补偿效应广泛存在于生物界，其现象复杂, 机制各异。当两条X染色体中有一条失活时，并不意味着它上面的全部基因都失活。论述题1.哪些方法可用于功能基因组学的研究？现在有何进展？随着多种生物全基因组序列的获得，基因组研究正在从结构基因组学（转向功能基因组学的整体研究。在功能基因组学的研究中通常运用高通量技术（high-throuput techniques），如DNA微阵列（DNA microarrays），反向遗传学（reverse genetics）技术如基因打靶，转基因以及反义mRNA和RNA干扰等技术来系统地分析基因功能及基因间相互作用，基因组的时空表达以及发现和寻找新基因等。1）DNA微阵列技术又称DNA芯片（DNA chips）或基因芯片技术（gene chips），它通过将对应于不同基因 或cDNA的DNA片段或寡聚核苷酸点样于微芯片上形成高密度的矩阵，与荧光标记的总mRNA进行杂交，然后通过激光共聚焦扫描检测并运用计算机软件对杂交信号进行自动化定性定量分析，具有高通量、实时、灵敏、准确等特点。2）基因打靶是指通过转染的DNA序列与细胞内同源的基因组序列（靶序列）之间进行同源重组，以改变靶序列来研究其结构和功能或进行基因治疗的技术。基因打靶技术包括基因敲除（knock-out）和基因敲入(knock-in)，前者是用无功能的DNA序列与靶序列重组，破坏原基因组的遗传功能，后者是用有功能的DNA序列与受到破坏的靶序列重组使其恢复遗传功能。基因打靶技术是一种从基因到表型的新研究方法，属于反求遗传学范畴。3）反义mRNA技术通过向细胞导入一段与特定编码mRNA互补的非编码RNA链，使其与该段mRNA特异性结合而定向阻抑靶基因表达的技术。这一技术的成熟，为功能基因组学的研究和基因治疗提供了新的思路。在反义mRNA技术的研究过程中，科学家们意外发现导入正义mRNA（sense RNA）与导入反义mRNA具有等效的阻抑效应。而更令人吃惊的是如果导入相应双链RNA（dsRNA），其阻抑效应比导入任一单链RNA强十倍以上，dsRNA若经纯化则阻抑效应更强。这种双链RNA特异性地作用于与其序列配对的基因而抑制其表达的现象叫做RNA干涉。RNA干涉技术作为一种新的定点敲除knockdown技术，赋与了功能基因组学、基因治疗等全新的思路，堪称生命科学近年来的革命性的突破。因而发现RNA干扰机制的两位美国科学家Fire和Mello荣获2006年诺贝尔生理学或医学奖。可见该项成果的重大科学意义。2.目前最常用的突变体创制方法有哪些？如何利用突变体进行功能基因组学研究？1)突变体的创制与应用突变体是遗传学研究的重要材料，其表型与基因型是基因功能研究的直接证据，因此突变体的创制和特异突变体的筛选非常重要。已知突变体可分为自发突变和人工诱变。自发突变不足以满足现代遗传学研究的需要。诱发突变则可以利用人工的方法提高基因突变频率，在短时间内创制大量突变体，还可以获得许多在自发突变下很难产生的新类型突变体。基因诱变常用的化学诱变因素多为烷化剂，如EMS和N-甲基-N-亚硝基脲(methylnitrosourea，MNU)等，物理诱变因素为电离辐射和快种子等，生物诱变因素为转座子、逆转座子等。此外科研工作者还可通过转基因、基因打靶等生物技术创制突变体.A. EMS突变体EMS处理生物材料可使DNA的鸟嘌呤第六位酮基烷化而形成O6-乙基鸟嘌呤，而O6-乙基鸟嘌呤可以与腺嘌呤配对而不能与胞嘧啶配对。因此，原来DNA中的G-C对通过随后的修复变为A-T。通常EMS诱发突变99%为C/T突变，导致C/G变为T/A碱基替换。EMS也可以通过水解第七位的7-乙基鸟嘌呤诱发极低频率的G/C向 C/G 或 G/C 向T/A的碱基替换、或由于3-乙基腺嘌呤错配导致A/T向G/C转变。然而，也有报道EMS处理也可以导致染色体的异常，如DNA片段缺失等。EMS诱发的特点是突变均匀分布于整个基因组中而不呈现明显的“热点”。根据模式植物拟南芥菜基因组的碱基组成情况，EMS引起的转录提前终止突变约为5%，而错义突变约为65%。因此，我们不仅仅可以通过EMS造成转录提前终止的功能缺失突变体来研究基因的功能，也可以通过错义突变引起的一些表型较弱、中间类