基因沉默突变并不”沉默”？

植物抗病毒的可能机制-基因沉默

植物抗病毒的可能机制——基因沉默植物抗病性是植物抵抗病原物侵染的性能。

1986年有人首次将烟草花叶病毒(TMV，下称)的衣壳蛋白(CP，下称)基因导人烟草获得了抗TMV转基因植株后，很多学者开展了转基因抗病毒的研究。

1990年Carylon等人首先报道了转基因沉默(Transgene silencing)现象。

基因沉默是指生物体中特定基因由于种种原因不表达。

它发生在两种水平上，1种是转录水平上的基因沉默，另1种是转录后基因沉默(post transcriptional gene silencing．PTGS．下称)。

转录后水平基因沉默在植物表现型上称为共抑制，是指在外源基因沉默的同时，与其同源的内源基因的表达也受到抑制的现象。

Carylon为加深花色将查尔酮合成酶基因(ehalcone synthase，CHS)转到紫花矮牵牛中，发现42％的转基因植株中不仅花色未加深，反而变为白色或紫白相间，这种转入的外源基因和内源基因共同沉默的现象就是转基因沉默。

目前认为．植物基因沉默是植物长期进化形成的用来防止外来遗传物质干扰自身基因组功能和保持稳定性的重要机制，是生物体中1种不完全的原始的生物免疫系统。

本文将从基因沉默的角度介绍植物抗病毒的可能机制。

1 RNA介导的病毒抗性和PTGS近20年来，植物抗病毒基因工程的研究逐步深入。

在CP基因介导的抗性研究中，对CP基因进行改造，插入翻译终止密码子或去掉翻译起始密码子，使其不能翻译产生CP蛋白，结果也能获得高抗病甚至免疫的转基因植株。

这种病原来源的抗性称之为RNA介导的病毒抗性(RNA mediated virus re— sistance，RMVR．下称)。

RMVR与PTGS机制类似。

两者均发生在胞质中。

PTGS与RMVR两种现象具有许多共同特征，如序列特异性、与转基因的拷贝数有关，减数分裂后沉默保持的不可预见性(George，1998)，所以RMVR也是1种PTGS。

植物基因沉默

摘要：植物抗病性是研究植物与病原体之间相互关系中寄主植物抵抗病原体侵染的性能，这是植物的一种属性。

对于植物的抗病性,人们早就从遗传学角度进行了研究。

40 年代通过遗传分析，提出了基因对基因学说，认为抗性是植物品种所具有抗性基因和与之相应的病原体的非致病性基因结合时才得以表现，从遗传上初步说明了病原体和寄主的相互关系。

60 年代发现寄主对病原体侵染的过敏反应，认为这是寄主对病原体侵染防卫反应。

70 年代开始运用分子生物学技术分析病原体的无毒基因和致病基因，开始确定寄生的防卫基因。

80 年代研究得到寄主系统抗病反应与水杨酸相关。

90年代开始克隆寄主的抗病基因。

从病毒诱导基因沉默的遗传学和分子生物学角度来探讨植物抗病的可能机制，基因沉默是近十年来在转基因植物中发现的一种后生遗传现象。

基因沉默大体可以分为两类：位置效应引起的基因沉默和同源依赖的基因沉默。

其中，同源依赖的基因沉默又可以分为转录水平的基因默和转录后水平的基因沉默。

基因沉默的发现使得人们对植物和病毒的相互关系有了一个新的认识。

基因沉默研究中所发现的转录后基因沉默现象是植物抵御病毒入侵、保持自身基因组完整性的一种防御机制，是植物与病毒共进化的结果。

对于沉默产生的机理，尤其是转录后基因沉默，已经提出不少模型，有阈值模型、异常RNA模型、生化开关模型、反义RNA模型等，但是都未能较全面地解释基因沉默中出现的各种实验现象。

该文现就实验所取得的相关结果、转录后基因沉默机制和植物对病毒防御机制的相互关系，以及其研究进展进行综述。

植物病毒是农作物生产上的主要病害之一，据统计，全球共有几百种植物病毒。

植物病毒有时会对粮食产量和人类数量产生灾难性的影响。

仅以马铃薯为例，因马铃薯X 病毒(PVX) 造成的损失可达10 % ，马铃薯Y 病毒( PVY) 所造成的损失可高达80 %。

对病毒病的研究始于20 世纪初，1928 年Wingard[28]首次发现了“恢复”( recovery) 现象，即植物受到病毒侵染发病后，经过一定时间植株可以从病毒侵染症状中“恢复”过来，新长出的叶片不再感染病毒，具有了一定的抗性。

基因沉默

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。

基因沉默的机制

基因沉默的机制基因沉默的机制是指一些基因在细胞中被关闭或抑制，使得它们的功能无法被表达出来。

这种现象在许多生物过程中都是非常重要的，因为它能够帮助细胞在特定的时刻只表达所需的基因，从而实现细胞的特化和分化。

现在，我们来看看基因沉默的机制是如何发生的。

1. DNA甲基化DNA甲基化是基因沉默的一种主要机制。

它是指DNA上的碳氢化合物甲基与DNA碱基结合，从而改变DNA的结构和功能。

在一些特定的基因区域，如启动子、预测性基因区域等，DNA甲基化可以阻止转录因子与DNA结合，从而导致细胞无法表达这些基因。

2. 组蛋白修饰组蛋白是一种重要的蛋白质，它包裹着DNA，帮助DNA形成一些特定的结构。

在某些情况下，组蛋白可以通过修饰来改变DNA的结构和功能。

例如，通过添加甲基、酰化或泛素化等修饰，可以使得某些基因区域对转录因子和RNA聚合酶的结合发生不同的响应，从而影响基因的表达。

3. RNA干扰RNA干扰是一种双链RNA介导的调节机制，它能够选择性地清除某些RNA，从而阻止它们被翻译成蛋白质。

在这个过程中，双链RNA机器会识别特定的mRNA，然后用核酸酶将mRNA剪切成小片段，使得其无法翻译成蛋白质。

这种机制对基因表达的调节十分重要，特别是在一些病毒感染、病理性突变和RNA病毒感染的情况下，RNA干扰可以帮助细胞对抗这些外来的遗传信息。

基因沉默机制是细胞分化和功能特化中非常重要的一部分。

尽管我们对这些机制的理解还不够彻底，但我们已经可以看到，这些机制是非常复杂和关键的。

在未来，随着科技的发展和研究的深入，我们相信我们将能够更好地理解这些机制，从而为人类的生长发育和疾病治疗提供更好的解决方案。

基因突变的特点知识点总结

基因突变的特点知识点总结一、基因突变的多样性基因突变的多样性表现在多个方面，包括突变的类型、位置、频率和影响。

1. 突变的类型基因突变可以分为点突变、插入突变和缺失突变等多种类型。

点突变是指单个碱基的改变，它可以分为错义突变、无义突变和同义突变等不同类型；插入突变是指在DNA序列中插入一个或多个碱基；缺失突变是指DNA序列中丢失了一个或多个碱基。

此外，还有一些特殊类型的突变，如转座子突变、倒位突变等。

2. 突变的位置基因突变发生的位置也是多样的，它可以发生在基因的编码区、非编码区、启动子区、终止子区等不同位置。

不同位置的突变对基因的表达和功能产生不同的影响。

3. 突变的频率基因突变的频率是指在一定数量的DNA分子中发生突变的概率。

突变的频率可以受到许多因素的影响，例如化学物质、辐射、外界环境等因素均可诱发突变。

不同基因的突变频率也会有所不同。

4. 突变的影响基因突变的影响是多样的，它可以导致基因的表达和功能发生改变，从而对生物体的生理和形态产生影响。

有些突变对生物体有害，导致疾病的发生；有些突变则可能对生物体产生有利的适应性变化，促进进化。

此外，一些突变可能对生物体没有明显的影响，被称为沉默突变。

二、基因突变的随机性基因突变的发生是具有一定随机性的，它受到许多因素的影响，包括DNA复制的误差、环境因素的诱导、外源性损伤等。

随机性意味着基因突变的发生是不可预测的，它在生物体个体层面上呈现出一定的随机性。

1. DNA复制的误差DNA的复制是生物体遗传物质传递的基础，但在复制的过程中难免会出现错误。

这些错误可能导致基因组上的碱基序列发生变化，从而引发基因突变。

2. 环境因素的诱导环境因素如化学物质、辐射等可能对基因组产生损害，从而诱发基因突变。

这些外界环境因素对基因突变的发生起着重要的影响。

3. 外源性损伤外源性损伤是指外界环境中的有害物质直接对DNA分子产生损害，从而导致基因突变的发生。

这是一种直接原因导致的基因突变。

基因沉默技术：治疗遗传性疾病的新希望

基因沉默技术：治疗遗传性疾病的新希望在医学的广阔天空中，基因沉默技术如同一颗新星，其光芒正在逐渐照亮治疗遗传性疾病的未来。

这项技术，被科学家们形象地比喻为“分子剪刀”，能够精确地剪除或修复导致疾病的基因序列，从而为患者带来新的希望。

首先，让我们来了解什么是基因沉默技术。

简单来说，它是一种通过特定的分子机制，使特定基因的表达受到抑制或完全停止的技术。

这就像是给有问题的基因按下了“静音键”，阻止它继续制造有害的蛋白。

那么，这项技术为何能成为治疗遗传性疾病的新希望呢？让我们来看几个例子。

首先，对于一些由单一基因突变引起的疾病，如囊性纤维化、镰状细胞贫血等，基因沉默技术可以直接针对这些突变基因进行干预，从根本上解决问题。

其次，对于一些复杂的多基因疾病，如癌症、心脏病等，虽然不能直接治愈，但基因沉默技术可以作为一种辅助治疗手段，帮助减轻症状或延缓病程。

当然，任何新技术的出现都会伴随着挑战和争议。

基因沉默技术的安全问题是人们关注的焦点之一。

毕竟，我们是在对生命的基本单位——基因进行操作，稍有不慎就可能引发严重的后果。

此外，如何确保技术的准确性和有效性，也是科学家们需要不断探索的问题。

尽管如此，我仍然对基因沉默技术抱有乐观的态度。

我相信，随着科学研究的深入和技术的进步，这些问题最终将得到解决。

而且，与其他治疗方法相比，基因沉默技术具有不可比拟的优势。

它不仅可以针对病因进行治疗，还可以实现个性化医疗，根据每个患者的具体情况制定治疗方案。

在我看来，基因沉默技术就像是一把双刃剑。

一方面，它为我们提供了治疗遗传性疾病的新途径；另一方面，它也带来了新的挑战和风险。

我们需要谨慎而明智地使用这项技术，确保它真正造福于人类。

最后，我想用一个比喻来结束这篇文章：基因沉默技术就像是一艘航船，正驶向未知的海域。

虽然前方可能充满了风浪和暗礁，但只要我们坚定信念、勇往直前，就一定能够到达理想的彼岸。

在这个过程中，科学家、医生和患者都需要携手合作，共同面对挑战、分享成果。

基因沉默的研究进展

基因沉默的研究进展基因沉默是指在细胞内，一些基因的表达被抑制，这些基因产生的蛋白质无法正常表达。

基因沉默过程可以发生在多种生物中，包括植物和动物，是一种重要的基因调控机制。

在过去的几十年中，基因沉默的研究吸引了大量的研究者，这其中，RNA干扰技术是一种应用广泛的方法。

RNA干扰是一种DNA片段和RNA分子的“静默”机制，通过RNA分子介导的RNA-DNA或RNA-RNA间相互作用，抑制特定基因的表达。

RNA干扰技术可以被用于检测基因功能，筛选基因表达调节因子，开发基因治疗策略等研究中。

RNA干扰技术使得探究基因调节机制变得更加深入和高效。

在基因沉默的研究中，RNA干扰技术发挥了重要作用。

RNA干扰一般分为外源RNA干扰和内源RNA干扰两种类型。

而内源RNA干扰又叫做RNA介导的基因沉默，是生物内部特异性基因抑制的重要机制。

许多生物体通过RNA干扰来进行内源基因沉默，起到清除宿主病毒、抵抗外源侵染等作用。

在RNA干扰技术的应用中，siRNA分子是一种最常用并且最有效的RNA干扰体。

siRNA双链分子包括两个异源链，一条链是外源的，一条链是内源的，分别称为“导引链（guide）”和“打靶链（passenger）”。

打靶链成为siRNA的一个关键特征，siRNA分子无论是在体内还是体外都能非常有效地抑制靶基因的表达。

因此，研究者们开始探索siRNA分子在基因疾病治疗中的应用。

siRNA技术主要分为两种：体内和体外。

在体内siRNA技术中，siRNA分子往往通过直接注射或载体介导的递送进入患者的细胞。

体外siRNA技术则是通过紫外线或酶切等方法制备siRNA，并将其添加到体外细胞培养基中，使得靶基因的表达受到抑制。

这些方法都提供了控制基因表达的可能性，开拓了临床应用前景的空间。

除了RNA干扰技术，基因编辑技术也被广泛用于研究基因沉默。

基因编辑技术是指利用人工合成的核酸分子，将其导入到细胞内平推或在基因组中进行操纵，改变或替换人类基因。

基因沉默技术的原理及应用

基因沉默技术的原理及应用1. 引言基因沉默技术是一种用于研究基因功能和调控机制的重要方法。

它能够通过抑制特定基因的表达来观察其对细胞和生物体的影响，为我们揭示基因在生物体内的功能和相互作用提供了有效的手段。

本文将介绍基因沉默技术的原理以及其在基础研究和应用方面的相关实验技术。

2. 基因沉默技术的原理基因沉默技术主要通过RNA干扰（RNA interference，RNAi）和基因编辑技术实现。

以下将分别介绍这两种技术的原理。

2.1 RNA干扰（RNAi）RNA干扰是一种通过介导RNA分子与特定的mRNA相互作用来沉默目标基因表达的方式。

其基本原理是通过引入双链RNA（dsRNA）或小干扰RNA（siRNA）分子，利用细胞内的RNA诱导酶（RNA-induced silencing complex，RISC）将这些RNA分子切割成小片段，并通过与靶标mRNA互补序列的结合，诱导腺苷酸转化酶（adenosine deaminase，APOBEC）催化酶将目标mRNA降解，进而抑制基因的表达。

RNA干扰技术已经得到广泛应用，主要包括以下几个方面： - 基因功能研究：通过沉默特定基因，观察其对细胞生长、分化和功能的影响，从而揭示基因功能和调控机制。

- 药物筛选：利用RNA干扰技术可以高通量筛选候选药物，加速新药研发过程。

- 疾病治疗：RNA干扰技术可用于治疗基因突变引起的疾病，例如肿瘤和遗传性疾病等。

2.2 基因编辑技术基因编辑技术可以通过改变基因组DNA的序列来实现对特定基因的沉默。

CRISPR-Cas9技术是目前最常用的基因编辑技术之一。

其基本原理是利用Cas9蛋白和RNA分子形成复合物，通过与目标基因的DNA序列互补结合，引导Cas9蛋白在目标位点上产生双链切割。

随后，细胞内自身的修复机制（如非同源末端联合修复）介导修复切割部位，导致目标基因的功能缺失或沉默。

基因编辑技术在基础研究和临床应用上具有广阔的前景，如下所示： - 基因功能验证：通过编辑特定基因，验证其对生物体生理和病理过程的影响，从而鉴定相关疾病发病机制。

沉默基因的原理及应用研究

沉默基因的原理及应用研究引言沉默基因是指在基因组中存在的一类特殊基因，其表达被抑制或降低，从而影响相关功能的正常发挥。

近年来，沉默基因的研究引起了广泛的关注，其原理和应用也逐渐得到了深入的探索。

本文将介绍沉默基因的原理以及其在生物科学研究和应用领域中的一些重要进展。

原理沉默基因的原理主要涉及RNA干扰（RNA interference）机制，即通过RNA分子的介入干扰基因表达的过程。

其一般过程包括以下几个关键步骤：1.siRNA产生： siRNA（小干扰RNA）是沉默基因的关键分子，在RNA干扰机制中发挥重要作用。

siRNA由一条双链RNA分子在细胞内产生，并被酶切成20-25个核苷酸的小片段。

2.RISC复合体形成： siRNA进入细胞质后，与RISC（RNA导向的RNA内切复合体）相结合，形成RISC复合体。

RISC复合体是发挥RNA干扰作用的关键复合物。

3.靶基因沉默： RISC复合体通过与靶基因mRNA相互作用，引发RNA降解或抑制翻译等过程，从而导致靶基因的表达受到抑制或降低。

应用研究沉默基因的发现为生物科学研究和应用领域带来了许多新的机会和挑战。

以下是一些目前常见的沉默基因应用研究领域和实际应用场景：1. 基因功能研究沉默基因技术为研究基因功能提供了一种有力的工具。

通过沉默基因的靶向抑制或降低，研究人员可以快速验证和分析基因对生物体发育、生长、代谢等过程的影响。

这种方法广泛应用于模式生物和植物等领域，可以帮助科学家们更好地理解基因的功能和相互作用。

2. 遗传病治疗沉默基因技术在遗传病治疗中也有广泛的应用前景。

许多遗传病都是由于某个基因表达异常或突变引起的，通过沉默具有病理性的基因，可以有效地减轻或治愈疾病症状。

例如，研究人员利用沉默基因技术成功治疗了一些遗传性失聪病例，为相关疾病的治疗提供了新的思路和方法。

3. 农作物改良沉默基因技术在农业领域中被广泛应用于农作物的改良和优化。

通过抑制特定基因的表达，可以提高作物的抗病性、耐逆性、产量等性状。

基因沉默

定义：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是表达减少的现象。

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。

基因沉默机制：外源基因进入细胞核后，会受到多种因素的作用，根据其作用机制和水平不同可分为三种：位置效应（position effect），转录水平的基因沉默(tranional gene silencing, TGS）和转录后水平的基因沉默(post-tranional gene silencing, PTGS).a.位置效应是指基因在基因组中的位置对其表达的影响.外源基因进入细胞核后首先整合到染色质上，其整合位点与表达有密切的关系.如果整合到甲基化程度高、转录活性低的异染色质上，一般不能表达；如果整合到甲基化程度低、转录活性高的常染色质上，其表达受两侧DNA序列的影响.植物基因组常是由具有相似GC含量DNA的片段相互嵌合在一起的，外源基因的插入打乱了它们正常的组合.例如，玉米中AI基因的 GC含量为52.5％，而在转AI基因沉默的矮牵牛中，AI基因两侧DNA序列的GC含量分别为26%和23%，明显低于52.5％，另外，AI基因是超甲基化的，但其两侧序列的甲基化程度则不高.在许多其他转基因沉默的植株中也发现了类似现象.这表明生物体可以通过外源基因与其两侧序列GC含量的差别来识别外源基因，激活甲基化酶，使外源序列甲基化而降低其转录活性.b.转录水平的基因沉默是DNA水平上基因调控的结果，主要是由启动子甲基化或导入基因异染色质化所造成的.二者都和转基因重复序列有密切关系.重复序列可导致自身甲基化.外源基因如果以多拷贝的形式整合到同一位点上，形成首尾相连的正向重复(direct repeat)或头对头、尾对尾的反向重复(inverted repeat)，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因沉默(repeat-induced gene silencing, RIGS)与在真菌中发现的重复序列诱导的点突变（repeat-induced point mutation, RIP）相类似，均可能是重复序列间自发配对，甲基化酶特异性地识别这种配对结构而使其甲基化，从而抑制其表达.此外，重复序列间的相互配对还可以导致自身的异染色质化.其机理可能是异染色质化相关蛋白质识别重复序列间配对形成的拓扑结构，与之结合，并将重复序列牵引到异染色质区，或直接使重复序列局部异染色质化.c.转录后水平的基因沉默是RNA水平基因调控的结果，比转录水平的基因沉默更普遍.特别是共抑制（cosuppression）现象尤是研究的热点.共抑制是指在外源基因沉默的同时，与其同源的内源DNA的表达也受到抑制.转录后水平的基因沉默的特点是外源基因能够转录成mRNA，但正常的mRNA不能积累，也就是说mRNA一经合成就被降解或被相应的反义RNA 或蛋白质封闭，从而失去功能.这可能是由于同源或重复的基因表达了过量mRNA的结果.Dawson提出，细胞内可能存在一种RNA监视机制用以排除过量的RNA. 当mRNA超过一定的域值后，就引发了这一机制.特异性的降解与外源基因同源的所有RNA. 此外，过量的RNA 也可能和同源的DNA相互作用导致重新甲基化(de novo methylation)，使基因失活.上述三种机制并不是独立的，而是相互关联的.基因沉默机制在核酸水平上均是DNA-DNA, DNA-RNA，RNA-RNA相互作用的结果，所以人们认为对基因沉默机制的研究开启了认识DNA水平及RNA水平上调节基因表达的新纪元，并提出了基因免疫，即基因组对外源基因入侵有抵抗能力的新观念.防止基因沉默的对策克服基因沉默已经成为基因工程的一个重要课题.目前，针对上述基因沉默的机制，初步提出了如下一些对策:a.由于重复或同源序列是基因沉默的普遍诱因，所以在构建表达载体时，应尽量使得所设计的序列与内源序列的同源性较低，以减少或避免配对.另外，选用外源基因插入基因组中拷贝数低的，最好是单拷贝的转基因植株亦可减少重复序列的存在.b.甲基化是基因沉默的直接原因，转基因甲基化的程度与基因沉默的程度成正相关.目前已知用5-氮胞嘧啶处理植株具有很好的抑制甲基化和脱甲基化作用.人们也正在试图在载体上加上有去甲基化功能的序列以防止甲基化.c.实验表明在转基因的侧翼接上核基质结合序列(matrix attachment regions, MAR)会在一定程度上避免位置效应，提高基因的表达.MAR具有限定DNA环的大小，使之成为相对独立的结构功能单位的作用.可能正是由于这一功能，使其起到类似绝缘子的作用使转基因成为相对独立的结构免受周围基因环境的影响［5］.奥地利格雷戈尔·门德尔植物分子生物学研究所日前宣布，一个包括该研究所、中国同济大学、美国加利福尼亚大学等机构科学家在内的国际科研小组发现了一种特殊基因，没有它，植物细胞内其他一些基因就只能保持沉默。

转基因沉默

在转基因作物研发过程中，有个现象一直困扰着转基因科学家们，基因虽然转入了植物体，但是外源基因不能稳定表达，甚至完全不表达，这就是转基因沉默现象。

转基因沉默现象的发生，反映了生物体在基因调控水平上的一种自我保护。

这种保护机制可以让生物体避开生活过程中随机进入细胞核内，甚至整合到基因组上的外源基因干扰，保持生命体征的稳定，维持物种在一个相当长时间内的稳定。

然而其背后的分子机理是什么？科学家们发现，转基因沉默有很多机理。

但是各种机理归根结底都离不开DNA-DNA、DNA-RNA 和RNA-RNA相互作用。

例如，DNA以及其启动子的甲基化，在之前提到的1986年的烟草实验中的转基因沉默即是这种原因。

植物细胞中DNA甲基化水平是很高的，核基因组中大约20-30%的胞嘧啶都处于甲基化状态。

植物DNA甲基化引起外源基因失活，可能是一种有效识别并抵制外来DNA的防御机制。

植物染色体上四种碱基A、T、G、C的组成是不均一的，某些区段常有确定的GC含量。

外源DNA的插入破坏了其原有的组织结构，引起了植物的抵抗机制。

随着对转基因沉默机制的研究，科学家还发现了一种称为RNA干扰的基因调控机制。

RNA 干扰可以有效地解释Jorgensen的矮牵牛花实验。

在Jorgensen实验中，外源的查尔酮合成酶基因已经被成功地转入矮牵牛植物体中，并且基因发生了转录，产生了mRNA，然而基因的表达却停止在了这一步，没有继续向下进行，产生的mRNA很快被降解掉，不能维持在一个稳定的数量上。

产生这种现象的原因在于矮牵牛植物体内本身就存在查尔酮合成酶基因，这个基因和转入的外源基因有着序列上的同源性。

为什么转入一个植物体自身也有的外源基因就这么麻烦，不能产生1+1=2的效果，反而成了1-1近似于0？科学家推测，生物体可能有一套自我保护机制，不允许某个基因过度表达，产生太多的某种蛋白质，因此提出了RNA阈值模型。

即细胞只能容纳或者处理一个特定阈值之下的特定基因转录的mRNA。

基因沉默课件ppt

基因沉默技术的发展前景与展望
拓展应用领域
提高效率和特异性
随着技术的不断进步，基因沉默技术的应用领域将不断拓展，包括治疗遗传性疾病、抗肿瘤、抗病毒感染等领域。
未来基因沉默技术将朝着提高效率和特异性的方向发展，以更好地靶向特定的基因。
联合其他技术
法规和监管
基因沉默技术可以与其他技术如基因编辑、基因激活等技术联合应用，以实现更广泛和深入的基因调控。
03
基因沉默的应用
疾病治疗
癌症治疗
基因沉默技术可用于沉默癌症细胞中的致癌基因，抑制肿瘤生长
和扩散。
遗传性疾病治疗
通过基因沉默技术，可以治疗一些由基因突变引起的遗传性疾病，如囊性纤维化、镰状细胞贫血等。
病毒感染治疗
针对某些病毒，如丙型肝炎病毒和艾滋病病毒，基因沉默技术可用于抑制病毒复制，控制疾病进展。
沉默状态的维持需要DNA甲基化和组蛋白修饰的持续存在，以确保基因表达的长期抑制。
基因沉默的遗传与进化
遗传性基因沉默
某些基因沉默可以遗传给后代，影响基因表达模式和表型。
进化中的基因沉默
基因沉默在生物进化过程中发挥重要作用，影响物种适应性和进化。
基因沉默与其他生物学过程的关系
胚胎发育与基因沉默
随着基因沉默技术的发展和应用，相关的法规和监管框架也将不断完善，以保障技术的安全和合理应用。
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THANKS
基因沉默不持久
目前的基因沉默技术只能在一定时间内抑制基因的表达，而不能永久性地沉默基因。
基因沉默技术的安全性与伦理问题
潜在的副作用
基因沉默技术可能对其他非目标基因产生不期望的影响，导致潜在的副作用。
伦理考量

基因突变与遗传疾病

基因突变与遗传疾病在我们的生命旅程中，基因起着至关重要的作用。

它们就像是生命的蓝图，决定了我们的身体特征、生理功能以及对疾病的易感性。

然而，有时基因会发生突变，这可能会给我们的健康带来严重的影响，导致遗传疾病的发生。

基因突变，简单来说，就是基因在结构上发生了改变。

这种改变可能是由于DNA复制过程中的错误、环境因素（如辐射、化学物质）的影响，或者是遗传因素（从父母那里继承了突变的基因）。

基因突变可以发生在单个碱基对的水平，也可以涉及到大片段的基因缺失、重复或重排。

基因突变并不总是会导致疾病。

有些突变被称为“沉默突变”，它们不会改变基因所编码的蛋白质的结构和功能，因此对身体没有明显的影响。

然而，当突变导致基因所编码的蛋白质发生有害的变化时，就可能引发疾病。

遗传疾病是由基因突变引起的疾病，可以分为单基因遗传病、多基因遗传病和染色体病三大类。

单基因遗传病是由单个基因突变引起的，其遗传方式遵循孟德尔遗传定律。

这类疾病包括囊性纤维化、血友病、镰状细胞贫血等。

以镰状细胞贫血为例，它是由于血红蛋白β基因发生突变，导致血红蛋白分子结构异常。

正常的红细胞是圆盘状的，能够在血管中顺畅地流动，为身体各个部位输送氧气。

但在镰状细胞贫血患者中，突变的血红蛋白使得红细胞变成镰刀状，这种形状的红细胞容易破裂，导致贫血；而且它们还容易堵塞血管，引起疼痛和器官损伤。

多基因遗传病则是由多个基因的突变以及环境因素共同作用引起的。

常见的多基因遗传病有高血压、糖尿病、冠心病等。

这些疾病的发生往往不是由单个基因的突变决定的，而是多个基因的微小变异相互叠加，再加上生活方式、饮食习惯等环境因素的影响，从而增加了患病的风险。

染色体病是由于染色体的数目或结构异常引起的疾病。

例如，唐氏综合征就是由于患者多了一条 21 号染色体。

染色体的异常会导致多个基因的表达失衡，从而引起一系列的发育和生理异常。

基因突变导致的遗传疾病给患者和家庭带来了巨大的痛苦和负担。

沉默基因簇的特点

沉默基因簇的特点沉默基因簇，通常是指在基因组中那些不表达或者表达水平极低的基因集合。

这些基因簇可能包含了曾经活跃但现在不再表达的古老基因，或者是在特定条件下才被激活的条件性基因。

沉默基因簇在基因组中的存在对生物多样性、适应性以及演化具有重要的意义。

以下是沉默基因簇的一些主要特点：1. 低表达或不表达：沉默基因簇最显著的特点是它们在细胞中的转录水平非常低或几乎不被检测到。

这可能是由于缺乏必要的转录因子结合位点，或者是因为表观遗传修饰导致基因的沉默。

2. 表观遗传调控：沉默基因簇常常受到DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传机制的影响。

这些化学修饰可以抑制基因的表达，使得基因长期处于沉默状态。

3. 功能退化：随着时间的推移，沉默基因簇中的一些基因可能会积累突变，导致其编码的蛋白质功能丧失。

这种现象是退化进化的一部分，其中一些基因的功能变得不再必要，最终可能完全失去功能。

4. 条件性激活：某些沉默基因簇可能在特定的环境条件下或在特定的发育阶段被激活。

例如，应对外界压力或刺激时，原本沉默的基因可能被诱导表达，从而提供一种快速的适应性响应。

5. 演化上的遗留：沉默基因簇可能包含一些古老的基因，这些基因在物种的共同祖先中曾经发挥作用，但在现代物种中已经不再活跃。

这些遗留下来的基因可能在某些情况下仍然保留着潜在的功能。

6. 潜在的新功能：有时沉默基因簇中的基因可能通过突变获得新的功能，这种现象称为功能创新。

这可以为物种提供新的生物学特性，有助于适应不断变化的环境。

7. 遗传多样性的来源：沉默基因簇在不同个体之间可能存在差异，这些差异可能影响个体对疾病的抵抗力或其他性状的表现，因此它们是遗传多样性的重要来源。

沉默基因簇是基因组中的重要组成部分，它们的存在不仅反映了生物的演化历史，也可能对生物的适应性和多样性产生重要影响。

研究沉默基因簇的调控机制和功能对于理解基因表达调控、疾病发生以及物种演化具有重要意义。

基因沉默

定义：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是表达减少的现象。

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。

基因沉默机制：外源基因进入细胞核后，会受到多种因素的作用，根据其作用机制和水平不同可分为三种：位置效应（position effect），转录水平的基因沉默(tranional gene silencing, TGS）和转录后水平的基因沉默(post-tranional gene silencing, PTGS).a.位置效应是指基因在基因组中的位置对其表达的影响.外源基因进入细胞核后首先整合到染色质上，其整合位点与表达有密切的关系.如果整合到甲基化程度高、转录活性低的异染色质上，一般不能表达；如果整合到甲基化程度低、转录活性高的常染色质上，其表达受两侧DNA序列的影响.植物基因组常是由具有相似GC含量DNA的片段相互嵌合在一起的，外源基因的插入打乱了它们正常的组合.例如，玉米中AI基因的 GC含量为52.5％，而在转AI基因沉默的矮牵牛中，AI基因两侧DNA序列的GC含量分别为26%和23%，明显低于52.5％，另外，AI基因是超甲基化的，但其两侧序列的甲基化程度则不高.在许多其他转基因沉默的植株中也发现了类似现象.这表明生物体可以通过外源基因与其两侧序列GC含量的差别来识别外源基因，激活甲基化酶，使外源序列甲基化而降低其转录活性.b.转录水平的基因沉默是DNA水平上基因调控的结果，主要是由启动子甲基化或导入基因异染色质化所造成的.二者都和转基因重复序列有密切关系.重复序列可导致自身甲基化.外源基因如果以多拷贝的形式整合到同一位点上，形成首尾相连的正向重复(direct repeat)或头对头、尾对尾的反向重复(inverted repeat)，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因沉默(repeat-induced gene silencing, RIGS)与在真菌中发现的重复序列诱导的点突变（repeat-induced point mutation, RIP）相类似，均可能是重复序列间自发配对，甲基化酶特异性地识别这种配对结构而使其甲基化，从而抑制其表达.此外，重复序列间的相互配对还可以导致自身的异染色质化.其机理可能是异染色质化相关蛋白质识别重复序列间配对形成的拓扑结构，与之结合，并将重复序列牵引到异染色质区，或直接使重复序列局部异染色质化.c.转录后水平的基因沉默是RNA水平基因调控的结果，比转录水平的基因沉默更普遍.特别是共抑制（cosuppression）现象尤是研究的热点.共抑制是指在外源基因沉默的同时，与其同源的内源DNA的表达也受到抑制.转录后水平的基因沉默的特点是外源基因能够转录成mRNA，但正常的mRNA不能积累，也就是说mRNA一经合成就被降解或被相应的反义RNA 或蛋白质封闭，从而失去功能.这可能是由于同源或重复的基因表达了过量mRNA的结果.Dawson提出，细胞内可能存在一种RNA监视机制用以排除过量的RNA. 当mRNA超过一定的域值后，就引发了这一机制.特异性的降解与外源基因同源的所有RNA. 此外，过量的RNA 也可能和同源的DNA相互作用导致重新甲基化(de novo methylation)，使基因失活.上述三种机制并不是独立的，而是相互关联的.基因沉默机制在核酸水平上均是DNA-DNA, DNA-RNA，RNA-RNA相互作用的结果，所以人们认为对基因沉默机制的研究开启了认识DNA水平及RNA水平上调节基因表达的新纪元，并提出了基因免疫，即基因组对外源基因入侵有抵抗能力的新观念.防止基因沉默的对策克服基因沉默已经成为基因工程的一个重要课题.目前，针对上述基因沉默的机制，初步提出了如下一些对策:a.由于重复或同源序列是基因沉默的普遍诱因，所以在构建表达载体时，应尽量使得所设计的序列与内源序列的同源性较低，以减少或避免配对.另外，选用外源基因插入基因组中拷贝数低的，最好是单拷贝的转基因植株亦可减少重复序列的存在.b.甲基化是基因沉默的直接原因，转基因甲基化的程度与基因沉默的程度成正相关.目前已知用5-氮胞嘧啶处理植株具有很好的抑制甲基化和脱甲基化作用.人们也正在试图在载体上加上有去甲基化功能的序列以防止甲基化.c.实验表明在转基因的侧翼接上核基质结合序列(matrix attachment regions, MAR)会在一定程度上避免位置效应，提高基因的表达.MAR具有限定DNA环的大小，使之成为相对独立的结构功能单位的作用.可能正是由于这一功能，使其起到类似绝缘子的作用使转基因成为相对独立的结构免受周围基因环境的影响［5］.奥地利格雷戈尔·门德尔植物分子生物学研究所日前宣布，一个包括该研究所、中国同济大学、美国加利福尼亚大学等机构科学家在内的国际科研小组发现了一种特殊基因，没有它，植物细胞内其他一些基因就只能保持沉默。

沉默突变名词解释

沉默突变名词解释
沉默突变是指在基因组中发生的一种无害的、功能上没有直接影响的突变。

它指的是由于DNA序列的变异而导致的基因表达或蛋白质功能的改变，但这种变化对生物体的生理功能和适应性没有明显的影响。

因为沉默突变没有显著的生化或生理效应，所以它通常不会被自然选择所影响。

沉默突变一般发生在基因的非编码区域或编码区的第三个碱基位置上，这是由于遗传密码的特殊性质所导致的。

遗传密码是由核苷酸序列组成的，每三个核苷酸被编码为一个氨基酸，这三个核苷酸被称为密码子。

沉默突变在编码DNA序列的第三个碱基位置上发生，由于遗传密码的冗余性，这个突变通常不会改变编码的氨基酸。

沉默突变的研究有助于理解基因组的演化和功能。

它们提供了在基因变异中起到调节和平衡作用的机制，并且有助于解释为什么一些突变在自然选择中没有被淘汰。

此外，沉默突变也在分子医学研究中起到重要的作用，可以用于解释一些重要基因突变对疾病发生的影响。

遗传物质突变

遗传物质突变遗传物质是生物体内存储遗传信息的基本单位，它包括DNA和RNA两种核酸。

突变是指遗传物质发生的突然改变，包括点突变、插入突变和缺失突变等。

这些突变事件会导致基因序列的改变，从而对生物体的特征和功能产生重要影响。

一、点突变点突变是指遗传物质中的一个碱基被替换成另一个碱基的改变。

这种突变主要包括错义突变、无义突变和错义突变。

1. 错义突变：这种突变导致被替换的碱基改变了密码子中对应的氨基酸，从而改变了蛋白质的结构和功能。

例如，正常的密码子“AUG”可以对应甲硫氨酸，而经过错义突变后变成了“ACG”，则对应丙氨酸。

2. 无义突变：无义突变是指被替换的碱基改变了密码子中对应的停止密码子，导致蛋白质合成过程中提前终止。

这会导致缺少正常蛋白质的产生，影响生物体正常的生命活动。

3. 沉默突变：沉默突变是指被替换的碱基改变了密码子，但对应的氨基酸仍保持不变。

这种突变不会改变蛋白质的结构和功能。

二、插入突变插入突变是指在遗传物质的某个位置插入了额外的碱基，导致基因序列的长度增加。

这种突变会影响蛋白质合成过程，从而改变生物体的特征和功能。

插入突变也可能导致移码突变，使得从插入点开始的密码子发生改变，进而导致整个基因序列发生错位。

插入突变的发生有多种原因，包括DNA复制错误、环境暴露、化学物质作用等。

这些因素都可能导致突变的发生率增加。

三、缺失突变缺失突变是指遗传物质中的一个或多个碱基被意外删除，导致基因序列的长度减少。

缺失突变会改变基因的开放阅读框架，进而影响蛋白质合成过程。

这种突变也可能导致移码突变，使得整个基因序列中的密码子发生错位。

缺失突变发生的原因与插入突变类似，包括复制错误、环境暴露、放射线辐射等。

总结：遗传物质的突变在生物进化和遗传变异中起着重要作用。

突变是基因多样性的来源，也是新的遗传特征产生的推动力。

然而，突变也可能导致一些疾病的发生，如癌症和遗传性疾病。

因此，研究遗传物质突变的发生机制对于理解生命的本质以及疾病的发生发展具有重要的意义。

6基因沉默和基因组编辑

Andrew Fire 出生：1959年美国斯坦福大学
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2016/12/12
RNAi广泛存在于自然界
随后，RNAi现象被广泛地发现于真菌、拟南芥、水螅、涡虫、锥虫、斑马鱼等大多数真核生物中。这种存在揭示了RNAi很可能是出现于生命进化的早期阶段。
二.RNAi的分子机制
1. 小干扰RNA的形成 dsRNA被Dicer酶切割成21~23 nt的小干扰RNA(small
许多肝病是由于病毒、免疫系统失常或慢性酒精中毒激活了凋亡相关蛋白质（FAs）基因所导致的。
肝炎病毒
82.5% 17.5%
肝炎病毒
60% 40%
③ 遗传性疾病的治疗
美国西北大学的Carthew R W和日本基因研究所的 Ishizuka A等人发现RNAi与脆性Ｘ染色体综合征之间的关系密切，揭示了与RNAi相关机制的缺陷可能导致人类疾病的病理机制。
种类:反义RNA、反义DNA及核酶（Ribozyme）。
1．反义RNA
1978年，在原核生物细胞中第一次发现一种通过与mRNA互补形成双链结构而调节基因表达的 RNA分子，称为反义RNA（anti-sensense RNA, asRNA) 。
asRNA是生物基因表达调控的一种方式。
2. 反义DNt protein siRNA
RISC
3. siRNA引导RISC对与其同源的目标RNA进行降解
mRNA
RISC
mRNA
5
RNAi与T-DNA
① 传统T-DNA随机插入研究基因功能的方法周期长,工作量大。RNAi沉默基因构建简易、周期短、成本低。
② 一般T-DNA插入后导致基因功能完全丧失，功能必需的基因完全丧失功能后导致胚胎死亡，不能得到纯合生物。而RNAi可以根据RNAi的强度筛选沉默程度不同的转基因生物，可以对胚发育致死基因进行研究。