(2025年)基因表达调控分析试题及答案

(2025年)基因表达调控分析试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪项不属于真核生物基因表达转录水平调控的顺式作用元件？A.启动子核心序列（TATA框）B.增强子（enhancer）C.转录因子SP1D.沉默子（silencer）2.原核生物lac操纵子在葡萄糖和乳糖同时存在时的表达状态主要由哪种机制决定？A.阻遏蛋白与操纵基因结合抑制转录B.cAMP-CAP复合物与启动子结合激活转录C.葡萄糖通过降低cAMP水平削弱CAP的激活作用D.乳糖直接诱导RNA聚合酶与启动子结合3.组蛋白H3K4三甲基化（H3K4me3）通常与下列哪种基因表达状态相关？A.基因沉默B.转录起始活跃C.染色质高度凝聚D.DNA甲基化增强4.关于microRNA（miRNA）的作用机制，正确的描述是？A.与靶mRNA的5'非翻译区（5'UTR）完全互补结合B.通过Dicer酶切割形成成熟的单链miRNAC.主要通过促进靶mRNA的翻译发挥调控作用D.仅在真核生物细胞质中发挥功能5.下列哪项属于表观遗传调控的典型特征？A.DNA序列发生点突变B.组蛋白修饰可随细胞分裂传递C.转录因子与启动子的特异性结合D.mRNA的选择性剪接改变编码产物6.原核生物转录起始阶段，σ因子的主要功能是？A.识别启动子的-10区和-35区序列B.催化RNA链的延伸反应C.终止转录过程D.参与mRNA的剪接修饰7.真核生物基因启动子区域的CpG岛发生甲基化后，通常会导致？A.转录因子与启动子结合能力增强B.DNA甲基转移酶（DNMT）活性降低C.染色质结构松散，基因表达上调D.转录抑制，基因表达下调8.长链非编码RNA（lncRNA）Xist在X染色体失活中的主要作用是？A.招募组蛋白乙酰转移酶（HAT）促进基因表达B.覆盖并沉默一条X染色体的大部分基因C.增强X染色体与核膜的结合D.激活X染色体上的看家基因转录9.以下哪种实验技术可用于检测转录因子与DNA结合的具体位点？A.实时荧光定量PCR（qPCR）B.染色质免疫共沉淀-测序（ChIP-seq）C.荧光原位杂交（FISH）D.基因芯片（microarray）10.细菌的严谨反应（stringentresponse）中，ppGpp（鸟苷四磷酸）的主要作用是？A.激活rRNA和tRNA基因的转录B.抑制大多数mRNA的翻译起始C.促进应急蛋白基因的转录D.增强DNA复制的保真性二、简答题（每题8分，共40分）1.简述原核生物操纵子（operon）的结构特征及其调控意义。2.举例说明组蛋白修饰（如乙酰化、甲基化）如何通过改变染色质结构调控基因表达。3.比较DNA甲基化与组蛋白甲基化在基因表达调控中的异同点。4.简述RNA干扰（RNAi）的分子机制及其在基因表达调控研究中的应用。5.解释“顺式作用元件”与“反式作用因子”的概念，并各举两例说明其功能。三、论述题（每题20分，共40分）1.从转录起始、转录后加工、翻译调控三个层次，论述真核生物基因表达的多级调控机制，并结合具体实例说明各层次调控的生物学意义。2.近年来表观遗传调控在疾病治疗中的应用成为研究热点。请结合DNA甲基化、组蛋白修饰或非编码RNA的相关机制，论述表观遗传药物（如去甲基化药物、组蛋白去乙酰化酶抑制剂）的作用原理及其在癌症治疗中的潜在优势与挑战。参考答案一、单项选择题1.C（转录因子SP1属于反式作用因子）2.C（葡萄糖降低cAMP水平，使CAP无法有效激活lac操纵子）3.B（H3K4me3是转录起始的激活标记）4.B（miRNA由Dicer切割pre-miRNA形成单链）5.B（表观遗传修饰可通过细胞分裂传递且不改变DNA序列）6.A（σ因子识别启动子核心序列）7.D（CpG岛甲基化通常抑制转录）8.B（Xist覆盖并沉默一条X染色体）9.B（ChIP-seq用于检测蛋白-DNA结合位点）10.C（ppGpp抑制rRNA转录，激活应急基因）二、简答题1.原核生物操纵子的结构特征：由启动子（promoter）、操纵基因（operator）和多个结构基因（structuralgenes）串联组成，转录后提供多顺反子mRNA。调控意义：通过单一调控区域（如阻遏蛋白结合操纵基因）实现多个功能相关基因的协同表达，适应环境变化（如lac操纵子调控乳糖代谢相关基因）。2.组蛋白修饰示例：①组蛋白乙酰化（如H3K9ac）：乙酰基中和组蛋白正电荷，削弱组蛋白与DNA的结合，染色质结构松散，促进转录因子结合，激活基因表达（如p53基因启动子区组蛋白乙酰化）。②组蛋白H3K27三甲基化（H3K27me3）：招募多梳蛋白复合体（PRC），维持染色质紧缩状态，抑制基因表达（如胚胎干细胞中多能性基因的沉默）。3.相同点：均为表观遗传修饰，不改变DNA序列；可影响染色质结构和基因表达；部分修饰（如H3K4me3与低甲基化）存在协同作用。不同点：DNA甲基化主要发生在CpG岛，由DNMT催化，通常抑制转录；组蛋白甲基化发生在组蛋白尾部（如H3K4、H3K27），由组蛋白甲基转移酶（HMT）催化，作用依赖于甲基化位点（H3K4me3激活，H3K27me3抑制）。4.RNAi机制：长双链RNA（dsRNA）被Dicer酶切割为21-23nt的siRNA，与RISC复合体结合形成活性复合物，siRNA反义链引导RISC识别并切割互补的靶mRNA，导致其降解。应用：基因功能研究（沉默特定基因观察表型）、疾病治疗（如针对病毒基因或致癌基因的RNAi药物）。5.顺式作用元件：位于基因旁侧或内部，影响自身基因表达的DNA序列。例如：①启动子（TATA框）：结合RNA聚合酶和基础转录因子，启动转录；②增强子：通过DNA环化招募激活因子，远距离增强转录。反式作用因子：能结合顺式元件的蛋白质或RNA。例如：①转录因子SP1：结合GC盒（顺式元件）激活基因转录；②miRNA：结合靶mRNA的3'UTR（顺式元件）抑制翻译。三、论述题1.真核生物基因表达的多级调控：（1）转录起始调控：核心机制是转录因子与顺式元件的相互作用。例如，p53作为转录因子，在DNA损伤时被激活，结合靶基因（如p21）的启动子区，招募HAT促进组蛋白乙酰化，开放染色质结构，激活p21转录，导致细胞周期停滞。（2）转录后加工调控：包括mRNA剪接、加帽、加尾等。例如，免疫球蛋白重链基因通过选择性剪接提供膜结合型（μs）和分泌型（μm）抗体，适应B细胞不同功能阶段的需求。（3）翻译调控：通过mRNA的5'UTR结构（如内部核糖体进入位点IRES）或3'UTR结合蛋白/miRNA调控。例如，铁离子浓度升高时，铁调节蛋白（IRP）与转铁蛋白受体（TfR）mRNA的3'UTR铁反应元件（IRE）解离，TfRmRNA降解减少，翻译增强以促进铁吸收；同时，铁蛋白mRNA的5'UTRIRE与IRP解离，核糖体结合启动翻译，储存多余铁离子。生物学意义：多级调控确保基因表达的时空特异性和精确性。例如，胚胎发育中Hox基因的转录起始调控（染色质重塑）决定体节分化，其mRNA的选择性剪接（转录后）提供不同异构体，翻译水平的miRNA调控（如果蝇bantammiRNA抑制凋亡相关基因）则精细控制细胞数量，共同保障发育程序的正确执行。2.表观遗传药物的作用原理与癌症治疗：（1）DNA去甲基化药物（如5-氮杂胞苷）：通过不可逆结合DNA甲基转移酶（DNMT），抑制其活性，导致肿瘤抑制基因（如p16、MLH1）启动子区CpG岛去甲基化，恢复基因表达，抑制肿瘤细胞增殖。例如，5-氮杂胞苷已用于治疗骨髓增生异常综合征（MDS），通过激活沉默的抑癌基因诱导细胞分化。（2）组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi，如伏立诺他）：抑制HDAC活性，增加组蛋白乙酰化水平，开放染色质结构，激活抑癌基因（如p21）或促凋亡基因（如BAX）的转录，诱导肿瘤细胞凋亡或周期停滞。伏立诺他已被批准用于皮肤T细胞淋巴瘤（CTCL）的治疗。（3）非编码RNA调控药物：如针对致癌miRNA（如miR-21）的反义寡核苷酸（antagomir），通过结合miR-21抑制其与靶mRNA（如PTEN）的结合，恢复PTEN表达，抑制PI3K/Akt致癌通路。潜在优势：①可逆性：表观遗传修饰可通过药物干预逆转，避免基因编辑的不可逆风险；②靶向性：针对特定修饰酶（如DNMT、HDAC）或非编码RNA，减少对正常细胞的影响；③联合治疗：与化疗/免疫治疗协同（如HDACi增强PD-L1表达，提高免疫检查点抑制剂疗效）。挑战：①脱靶效应：表观修饰酶（如HDAC有18种亚型）的非特异性抑制可能影响正常细胞基因表达；②耐药性：肿瘤