遗传学15第十四章基因表达的调控
分子生物学：基因表达调控
第一节 基因表达调控的概念及原理 第二节 基因表达的时间性及空间性 第三节 基因表达的方式 第四节 基因表达调控意义 第五节 表观遗传学——不涉及DNA序列改变的
基因表达
第一节 基因表达调控的概念及原理
一、基因表达调控是生命的必需 二、基因表达调控呈现多层次和复杂性 三、基因转录激活受到转录调节蛋白与启动子
32
三、基因表达调控的元件和作用方式
基因表达受到顺式作用元件和反式作用因子的共同调节。 基因表达受到正调节和负调控。 蛋白质-DNA以及蛋白质-蛋白质的相互作用是基因表达调 控的分子基础。
33
顺式和反式调节
反式作用因子：通过扩散到与其编码基因不在同一个DNA分子 上的靶位置，并识别结合而调节基因表达的分子。如转录因 子、RNA聚合酶
管家基因高度保守并且在大多数情况下持续表达，因此 管家基因常被用于分子生物学研究中作为其它基因表达 的参照物。最常用的此类管家基因有3-磷酸甘油醛脱氢 酶（GAPDH ）和肌动蛋白（β-actin）基因。
基本表达的调节特点是：只受启动序列或启动子与RNA 聚合酶相互作用的影响，不受其他机制调节。
• glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogease (GAPDH)
真核生物:有细胞核,转录和翻译在 不同空间进行,有时间上的先后 顺序.
原核生物和真核生物享有共同的基因表达 调控基本规律
遗传学中的基因表达调控
遗传学中的基因表达调控
基因表达调控是指基因在细胞内转录成RNA的过程，并通过翻译
成蛋白质来发挥作用的过程。在生物体内，基因调控是一个复杂且高
度精确的过程，它由多种调控机制组成，包括转录调控、转录后调控
以及表观遗传调控。
一、转录调控
转录调控是指基因在转录过程中的调控机制。转录因子是一类能够
结合到基因的调控区域，并影响该基因转录水平的蛋白质。转录因子
可以激活或抑制基因的转录，从而调节基因的表达水平。在细胞内，
转录因子可以与启动子或增强子结合，促进或抑制RNA聚合酶的结合，进而影响基因转录。
除了转录因子，染色质构象也在基因转录调控中起着重要的作用。DNA在细胞核中以染色质形式存在，染色质的紧缩程度会影响基因的
可读性。甲基化是一种常见的基因调控方式，可以通过甲基化的方式
改变基因座位的染色质结构，进而影响基因的转录。
二、转录后调控
在基因转录成RNA的过程中，还有一些后续的调控机制，这些机
制主要发生在RNA分子的剪接、修饰和定位过程中。
剪接是指在转录过程中将RNA分子的某些部分去除或结合起来的
过程。剪接的方式多种多样，它可以通过不同的剪接方式产生不同的RNA变异体，进而影响基因的表达。修饰包括RNA分子中的修饰酶
修饰碱基或脱除相应的碱基。这些修饰可以影响RNA的稳定性和转运能力，从而影响基因的表达。
三、表观遗传调控
除了上述转录调控和转录后调控机制外，表观遗传调控也在基因表达中起着重要的作用。表观遗传调控是指通过改变染色体DNA和相关蛋白质的化学修饰方式，来调控基因的表达水平。
DNA甲基化是表观遗传调控中最常见的机制之一。DNA甲基化是指通过在DNA分子上添加甲基基团来改变DNA序列的机制。甲基化通常发生在DNA的CpG岛区域，这些区域通常位于基因启动子和增强子区域。DNA甲基化可以影响转录因子的结合能力，从而影响基因的表达。
生物化学——基因表达调控
(一)参与原核生物基因表达调控的蛋白因子
1. RNA聚合酶 RNA聚合酶与DNA的亲和力，影响转录。
2.σ因子 主要参与RNA聚合酶对启动序列的识别。
3. 阻遏蛋白 能够与特异操纵序列结合，阻断基因表达。
4. 激活蛋白
增强RNA聚合酶与启动序列的结合能力。
.
4
(二)原核生物基因转录调控模式
—— 操纵子机制
2. 乳糖操纵子的结构及其调节机制
控制区
信息区
DNA I C P O Z Y A
调控 序列
启动 序列
操纵 序列
CAP结合位点
编码基因 Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶
A：乙酰基转移酶 代谢产物基因激活蛋白(cataboli.te gene activator protie6n,CA
(1)阻遏蛋白的负性调节
(一)什么是抑癌基因？
抑癌基因又称肿瘤抑制基因(tumor
suppressor gene)或抗癌基因(anti-oncogene)，是
指存在于正常细胞内的一大类可抑制细胞生长并具有
潜在抑癌作用的基因。
.
19
(二)常见的抑癌基因
名称 染色体定位 相关肿瘤
P53 17p
多种肿瘤
作用
编码P53蛋白(转录因子)
24
factor) ——影响基因表达的蛋白因子
普通遗传学第十四章 基因表达的调控
第二节 真核生物的基因调控
一、 DNA水平的调控 二、染色质水平调控 三、转录水平的调控 四、翻译水平的调控
一 DNA水平的调控
1、基因丢失 2、基因扩增 3、基因重排 4、DNA甲基化
பைடு நூலகம்
一、DNA水平的调控 1、基因丢失
某些原生动物，如线虫、昆虫和甲克类动 物在个体发育过程中，许多体细胞经常丢掉 整个或者部分染色体，只有将要分化形成生 殖细胞的细胞中保留全部染色体。
◆trp R编码一种无辅基阻遏物，形成无辅基阻 遏物——色氨酸复合物后，才能与操纵子结合。 色氨酸称为辅阻遏物。
◆细胞中的色氨酸不足时，无辅基阻遏物的三 维空间结构发生改变，不能与操纵子结合，进 行转录。
◆细胞中的色氨酸浓度较高时，色氨酸分子可 与无辅基阻遏物结合，成为有活性的阻遏物， 结合在操纵子区域，阻止转录。
阻遏物与CAP、O1、 O2等结合
乳糖操纵元的正调控：
-半乳糖苷酶
乳糖
葡萄糖
转化
半乳糖
葡萄糖
因此：
当有葡萄糖存在，细菌细胞就不产生 半乳糖苷酶。
乳糖操纵元的正调控：
◆除了阻遏蛋白能抑制lac操纵元转录外 ，其它因子也能有效地抑制lac mRNA转 录，这个因子的活性与葡萄糖有关：
◆葡萄糖可以抑制腺苷酸环化酶(adenyl cyclase) 的活性。
遗传学第十四章基因表达的调控
2、部分二倍体分析
将带调节基因的Fˊ导入E.coli F- 细胞，构建不
同组合的部分二倍体，比较在乳糖存在或没有乳
糖时，野生型和突变型基因的活性。
3、调节基因I的功能及其产物分析 （1）调节基因I的功能 P328 表14-1 （2） lac阻遏物的晶体结构分析
（Baidu Nhomakorabea）乳糖操纵子的正调控 大肠杆菌的葡萄糖效应
二、色氨酸操纵子中基因表达时的衰减作用 （一）色氨酸操纵子的结构
编码色氨酸合成相关的五个基因trpE,trpD, TrpC,TrpB,trpA；在这五个结构基因上游有启动 区和操纵基因（trpO）；在第一个结构基因trpE 和trpO之间，有一长达160bp的核苷酸序列，称为 前导序列（L），其中含一段衰减子（A）区段。
二、真核生物基因表达调控 （一）真核生物基因转录水平调节 1、真核基因转录调节中的两种主要成分 （1）顺式调节元件
启动子；近启动子；增强子和沉默子。 （2）转录调节蛋白（反式作用因子）
转录因子；激活因子；铺激活因子；阻遏物。
2、染色质修饰与基因表达 DNA甲基化与基因组印迹。
如小鼠基因组中 IGF-Ⅱ基因。
小鼠前速激肽mRNA（preprotachykinin mRNA， PPTmRNA）的不同剪接
遗传学中的基因表达与调控
遗传学中的基因表达与调控基因是生命的基本单位，是生物体内存储遗传信息的分子。基因表达与调控是指基因信息从DNA转录成RNA再翻译成蛋白质的过程，以及这个过程中所涉及到的调控机制。基因表达与调控在遗传学研究中有着重要的作用。
一、基因表达的概念与过程
基因表达是指生物遗传信息的表达，即DNA转录成RNA，再通过RNA转换成蛋白质的过程。这个过程中，RNA是转录作用的产物，蛋白质则是基因信息在功能方面的表达。基因表达主要包括三个过程：转录、RNA后处理和翻译。其中，转录是指DNA 序列作为模板，RNA聚合酶将RNA合成，在这个过程中，RNA 链与DNA链形成互补配对，形成RNA链。
随后，RNA通过RNA后处理的过程，在细胞核内进行修剪和剪接，形成成熟的mRNA。最后，翻译过程将mRNA翻译成蛋白质，采用三个碱基为一个密码子的规律进行翻译。
二、遗传信息的调控
基因表达过程中的调控非常重要，因为细胞的状态和环境都会
对基因表达产生影响。因此，可以通过基因表达的调控机制来调
整细胞状态和适应环境变化。
1. DNA水平的调控
DNA水平的调控是指对基因本身的控制，这种调控有多种形式，如DNA甲基化、组蛋白修饰、转录因子的结合等。
在DNA甲基化过程中，甲基转移酶将甲基添加到特定的胞嘧
啶核苷酸上，从而改变了DNA甲基化模式。这种改变可能会导致
基因的表达产生变化。
组蛋白修饰也是一种DNA水平的调控，通过化学修饰调整组
织特异性基因的表达。比如，在组蛋白N端的赖氨基酸上可以发
生丝氨酸/苏氨酸激酶催化的磷酸化，而磷酸化状态的组蛋白结构
分子遗传学-4
4.1.2 半乳糖操纵子 半乳糖操纵子（gal Operon）有三个结构基因gal E T K（M），分别编码半乳糖差向异构酶、半乳糖 转移酶和半乳糖激酶。
4.1.3 阿拉伯糖操纵子 阿拉伯糖操纵子（ara Operon）有三个结构基因araA、 araB和araD，一个调节基因C。
4.1.4色氨酸操纵子 色氨酸操纵子（trp Operon）是氨基酸合成操纵子 之一，由五个结构基因trpE、trpD、trpC、trpB、 trpA和一个调节基因trpR组成。
5′ 3′
3′ 5
转录水平的调控
•影响转录的因素
启动子(promoter)： 决定转录方向及模板链
-35 5′ 3′ -10 +1
TAGTGTA TTGACA TGATAGAAGCACTCTAC TATATT CTCAAT AGGTCCACG ATCACATAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC 转录 mRNA
诱导物
翻译水平的调控
•SD序列对翻译的影响
–SD序列(Shine-Dalgarno sequence)： mRNA 起始密码前的一段富含嘌呤核苷酸的序列。
(9-12bp)
5′-AGGAPuPuUUUPuPuAUG-3′
–SD序列的顺序及位置对翻译的影响
–mRNA二级结构隐蔽SD序列的作用
第十四章 真核基因转录的调节
真核基因转录的调节
一、真核基因表达调控的特点
• 真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的 细胞中激活特定的基因，从而实现“预定”的、有序的、 不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一 定的环境条件范围内保持正常功能。 • 在众多的调控环节中，以转录水平的调控最重要
二、真核基因表达调控的分类
未磷酸化 STAT1α单体
P P
+2ATP 二聚体形成 核内转移位
磷酸化STAT1α二聚体
P P
应答序列
γ干扰素介导的转录激活
4.螺旋-环-螺旋 (helix-loop-helix，HLH)
长约50个氨基酸残基，同时具有DNA结合和形成蛋白质二聚 体的功能，其主要特点是可形成一长一短两个亲脂性α-螺旋， 螺旋之间由环状结构相连，其DNA结合功能由一个较短的富 碱性氨基酸区所决定
5. 碱性-亮氨酸拉链 （basic leucine zipper，bZIP）
六、真核基因转录调控举例
1. 组成型转录因子：SP1
• SP1是启动子GC盒（GGGCGG）的结合蛋白，是 一种组成型转录因子。 • SP1包括3个锌指结构DNA结合结构域以及2个富 含谷氨酰胺转录激活结构域。 • 与TAFII中的一个因子发生特异作用，以此来调控 起始转录复合体。
2. 激素调控：类固醇激素受体
表观遗传学对基因表达的调控及其机制
表观遗传学对基因表达的调控及其机制
遗传学对基因表达的调控及其机制
2009-03-12 20:38
⽣物遗传信息表达正确与否，既受控于DNA 序列，⼜受制于表观遗传学信息。表观遗传学主要通过DNA 修饰、蛋⽩质修饰与⾮编码RNA 调控3 个层⾯上调控基因表达。
1 DNA 甲基化（DNA methylation）
甲基化是指⽣物分⼦在特定的酶系统催化下加上甲基（-CH3）的⽣物化学反应，是普遍存在原核⽣物和真核⽣物中
的DNA 修饰作⽤。甲基化没有改变基因序列，但对基因表达起调
控作⽤。在哺乳动物DNA 分⼦中，甲基化⼀般发⽣在胞嘧啶（C）碱基上。在DNA 甲基转移酶（DNA methyltransferases,DNMTs）催化下，甲基从S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethione）转移⾄胞嘧啶5 位上，形成5- 甲基胞嘧啶（m 5C）。在发⽣甲基化的胞嘧啶后通常紧跟着⼀个鸟嘌呤（G）碱基。因此，通常称胞嘧啶- 磷酸- 鸟嘌呤或CpG 的甲基化。在基因组中富含CpG 位点的区域称为CpG 岛（CpG islands），⼈基因组序列约有29,000 CpG岛，约60%的⼈基因与CpG 岛关联。
CpG 岛通常与基因表达的启动序列区域（promoter regions）相关，CpG是否甲基化在基因表达中起重要作⽤。⼀般说来，DNA 甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则可诱导
基因的重新活化和表达。脊椎动物基因的甲基化状态有三种：（1）⾼度甲基化状态, 如⼥性两条X 染⾊体中的⼀条处于失活状态；（2）持续的低甲基化状态, 如细胞存活所需的⼀直处于活性转录状态的管家基因；（3）去甲基化状态, 如⽣物发育的某⼀阶段或细胞分化的某种状态下，原先处于甲基化状态的基因，也可以被诱导去除甲基化，⽽出现转录活性。健康⼈基因组中，CpG岛中的CpG位点通常是处于⾮甲基化状态，⽽在CpG岛外的CpG 位点则通常是甲基化的。这种甲基化的形式在细胞分裂的过程中能够稳定的保留。当肿瘤发⽣时，抑癌基因CpG岛以外的CpG 序列⾮甲基化程度增加，⽽CpG 岛中
基因表达的表观遗传学调控
基因表达的表观遗传学调控
基因是生物体内负责遗传信息传递和决定个体特征的基本单位。然而，仅仅拥有一套完整的基因组并不足以确保这些基因能够正常发挥
作用。基因表达的过程受到复杂的调控机制的影响，其中表观遗传学
调控在维持基因稳定表达中起到了重要的作用。
表观遗传学是指通过化学修饰或其他方式在不改变DNA序列的情
况下，对基因表达产生影响的过程。这些表观遗传修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等。它们可以调节染色质结构和DNA
可及性，进而影响基因的转录和翻译。
DNA甲基化是最早被研究并被广泛认可的一种表观遗传修饰。在DNA甲基化过程中，甲基基团被附加到DNA分子上的胞嘧啶位点上，形成5-甲基胞嘧啶。这种化学修饰的分布模式通常在不同类型的细胞
中是相似的，因此DNA甲基化在细胞特异性基因表达中发挥了重要作用。DNA甲基化主要发生在DNA的CpG岛区域，这些岛屿是DNA
序列中连续多个CpG对称位点的区域。DNA甲基化的增加会导致染色
质的紧缩，使得转录因子难以进入甲基化的启动子区域，从而抑制基
因的转录。
除了DNA甲基化，组蛋白修饰也是基因表达调控的重要机制之一。组蛋白是DNA缠绕的主要蛋白质，组蛋白修饰通过改变组蛋白与
DNA的相互作用，来调节基因的转录激活或抑制。组蛋白修饰包括甲
基化、乙酰化、甲酰化、泛素化和磷酸化等多种类型。其中，乙酰化
和甲酰化是最为常见的修饰形式。乙酰化通过加上乙酰基改变染色质
的结构，使得转录因子和转录激活因子能够更容易地与DNA结合并启
动转录。甲酰化则在基因启动子区域形成静默染色质，抑制基因的转录。
遗传学-14.第十四章缩略 基因表达的调控刘庆昌简要(ppt模板)
免疫球蛋白的多样性
人类抗体由不同基因片段经重排组合后形成的。 ◆重链基因包括4个片段：变异区 (VH)，多样区 (D)，连接区 (J)，恒定区（C），在14号染色体 ◆轻链基因有3个片段。变异区(VL)，连接区(J) 和恒定区(C)。
免疫球蛋白的多样性
◆抗体基因重排中各个片段之间的随机组合， 由约300个抗体基因片段产生108个抗体分子。
第一节 原核生物的基因调控 一、转录水平的调控
二、翻译水平的调控
二、翻译水平的调控
1、反馈调控机制 如果某种蛋白质过量积累，将与其自身的 mRNA结合，阻止进一步翻译。这种结合位点 通常包括mRNA 5’端非翻译区，也包括启动子 区域的 Shine-Dalgarno (SD) (AGGAGGU) 序 列。
S Benzer(1955)，T4突变型 T4野生型在E. Coli菌苔上产生小而不规则噬菌斑。
其中，rII在E.Coli B形成大而圆噬菌斑，在 K12(λ )上
不能生长。两个rII,x,y
问题*：rIIx， rIIy,是不是同一个突变，同一个基因？
噬菌体T4
B
野生型 rII
13
大肠杆菌品系 K12(λ) 野生型 ＼
3
体的经典遗传学
一、经典遗传学中基因的概念 二、现代遗传学关于基因的概念 三、顺反测验及基因的微细结构 四、基因的类型
第十四章基因、基因组-04-22hlm
活性染色体结构变化
1. 对核酸酶敏感 2. DNA拓扑结构变化
负超螺旋 RNA-pol
转录方向
正超螺旋
3. DNA碱基修饰变化 4. 组蛋白变化
35
二
真核基因转录激活调节
转录（起始）调节实质上是调节蛋白与DNA 相互作用
（一）顺式作用元件 (cis-acting elements) （二）反式作用因子 (trans-acting factors) （三）mRNA转录激活及其调节
如：三羧酸循环中酶编码基因的表达，组成细胞 的微管蛋白的表达。
18
2.诱导和阻遏表达
在特定环境信号刺激下，相应的基因被激 活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导 基因。 可诱导基因在特定环境中表达增强的过程， 称为诱导(induction)。 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种 基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平 降低的过程称为阻遏(repression)。
I: 阻遏蛋白编码基因
PI: 阻遏蛋白基因启动序列
28
阻遏蛋白的负性调节（无乳糖）
阻遏蛋白
RNA聚合酶 mRNA
PI
I
P
CAP结合位点
O
Z
Y
A
Lac阻遏蛋白结合O基因, 抑制转录, Lac操纵子表达量微少
29
阻遏蛋白的负性调节（有乳糖）
表观遗传学对基因表达的调控
表观遗传学对基因表达的调控
表观遗传学是一门研究基因表达调控的学科，是生命科学和医学的前沿研究领域。它研究的对象是基因组上的化学修饰，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编
码RNA和三维基因组结构等。这些化学修饰在染色体水平上调节基因表达，影响
细胞的生物学特性和疾病的发生和发展。
表观遗传学研究的内容非常广泛，包括基因沉默、组织特异性基因表达、细胞
命运决定、生物进化和环境响应等方面。其中，表观遗传学调控基因沉默机制是最为重要的研究方向之一。
基因沉默是指某些基因在某些组织或细胞类型中不会表达，而在其他组织或细
胞类型中表达的现象。这种现象与表观遗传学密切相关。表观遗传学调节基因沉默主要有两种机制：DNA甲基化和组蛋白修饰。
DNA甲基化是指DNA分子上某些位点的甲基基团的加入，从而影响基因表达。具体而言，DNA甲基化会使得某些基因区域变得紧密和不可读，从而导致这些基
因不被表达。这种机制在许多细胞类型中都能够观察到，包括干细胞和癌细胞等。
组蛋白修饰是指组蛋白在某些位点上发生的化学修饰，从而影响基因表达。组
蛋白是一种非常重要的蛋白质，其主要作用是打包和压缩DNA分子。当组蛋白分
子受到化学修饰时，会改变其紧致程度，从而使得基因区域变得更加开放和可读。这种机制主要在体细胞和某些干细胞中起作用。
除了DNA甲基化和组蛋白修饰之外，表观遗传学还涉及一些其他的化学修饰，比如非编码RNA和三维基因组结构等。这些修饰可以调节基因表达的方式和程度，从而影响细胞的功能和疾病的发生和发展。
总体上来说，表观遗传学对基因表达的调控非常重要。它可以影响细胞的特性
遗传学教学大纲(刘庆昌版)
遗传学（Genetics）
【课程编号】G000001【课程类别】专业选修课程
【总学时数/课内实验数】40/8【周学时数】3
【总学分数】2.5【先修课程】植物学、动物学
【课程负责人】【适用专业】生物
一、课程简介
遗传学是生物学的重要分支领域，研究基因传承和遗传变异的原理以及其在物种进化、个体发育和疾病发生等方面的应用。本课程旨在介绍遗传学的基本知识和理论，包括遗传的细胞学基础、遗传物质的分子基础、孟德尔遗传、连锁遗传和性连锁等方面的内容。通过学习本课程，学生将了解细胞结构与功能、遗传物质的结构与功能，掌握遗传信息的传递与变异的机制，熟悉基因的遗传定律和遗传性状的规律，理解连锁遗传和性连锁的原理和应用。同时，本课程将培养学生的科学思维和创新意识，强调环保意识和社会责任感。通过理论课程与实验实践相结合，学生将掌握遗传学的基本概念和实验技能，为进一步的生命科学研究和应用打下坚实基础。
二、教学目标
1. 理解遗传学的基本概念和原理：学生应该能够理解遗传学的基本概念，如基因、染色体、遗传物质等，以及遗传规律，如孟德尔遗传定律和连锁遗传等。
2. 掌握遗传学的基础知识和实验技能：学生应该具备丰富的遗传学知识，包括细胞遗传学、分子遗传学、遗传变异等方面，并能够运用基本实验技能来进行遗传学研究和实践操作。
3. 理解遗传学在生物学领域的应用：学生应该了解遗传学在进化、发育、医学、农业等方面的应用，以及相关的研究方法和技术。
4. 培养科学思维和创新意识：学生应该培养科学思维方式，能够进行科学推理和解决遗传学问题的能力，同时发展创新意识，为进一步的遗传学研究和应用奠定基础。
通过表观遗传学调控基因表达的方法
通过表观遗传学调控基因表达的方法表观遗传学是对基因表达的一种调控手段，通过对基因表达过程中的化学修饰进行研究，可以更深入地了解基因的表达机制，并且开发出了一些新的调控手段。在这篇文章中，将介绍表观遗传学调控基因表达的方法以及其应用。
1. 甲基化
甲基化是表观遗传学调控基因表达最常用的一种手段。甲基化是一种在DNA分子中加入一个甲基基团的化学修饰，这种修饰可以使得基因区域的某些部分变得不易被转录为mRNA，进而影响基因的表达水平。
甲基化作为表观遗传学的代表，已经成为了研究对象在基因调控、生物学中的重要工具，以及临床治疗的跨学科桥梁。甲基化在肿瘤防治和研究中也有着广泛的应用，比如已有的肿瘤临床分子诊断基因检测。
2.组蛋白修饰
组蛋白修饰是另一种调控基因表达的表观遗传学手段。组蛋白是储存在细胞核中的一种蛋白质，其可以通过加入或去除化学基团来调控染色体结构和基因表达。
组蛋白修饰主要包括乙酰化、甲基化、泛素化、磷酸化等。而组蛋白乙酰化是最常见的一种组蛋白修饰方式之一，它可以使得染色质搭配更加松散，促进基因的转录和表达。
3. RNA干扰
RNA干扰是近年来发展起来的新兴表观遗传学技术之一。它是通过使用RNA干扰分子调节基因表达水平，从而影响细胞或者整个生物体的特定生物学过程。
RNA干扰是一种由双股RNA组成的切割复合物，它能由“小分子RNA”和病毒RNA交互作用产生，在激活RNA酶和肽酶复合物的参与下，将目标RNA分解掉以达到抑制基因表达的效果。
4.CRISPR-Cas9
近年来，CRISPR-Cas9技术被迅速广泛应用于生命科学领域。其基本结构是由一个CRISPR RNA和一个可编程的Cas9蛋白复合物组成，它可通过特定的gRNA序列精确切割目标基因组中的DNA链。
第十四章细胞分化与基因表达调控
第⼗四章细胞分化与基因表达调控第⼗四章细胞分化与基因表达调控
⼀、填空题：
1、癌细胞内染⾊质，染⾊体的和发⽣改变，细胞核，核仁
，核质，癌细胞群分裂相，细胞形态是呈和形。细胞膜表⾯出现和。
2、在个体发育过程中，通常是通过来增加细胞的数⽬，通过来增加细胞的
类型。
3、细胞分化的关键在于特异性的合成，实质是在时间和空间上的差异表达。
4、从⼀种类型的分化细胞转变成另⼀种类型的分化细胞，往往要经历和的
过程。
5、根据分化阶段的不同，⼲细胞分为和；按分化潜能的⼤⼩，可将⼲细胞
分为、和三种。
6、Dolly⽺的诞⽣，说明⾼度分化的哺乳动物的也具有发育全能性，它不仅显⽰⾼等动物细胞的分化复杂性，⽽且也说明卵细胞的对细胞分化的重要作⽤。
7、基因与基因的突变，使细胞增殖失控，形成肿瘤细胞。
8、细胞分化是基因的结果，细胞内与分化有关的基因按其功能分为
和两类。
9、编码免疫球蛋⽩的基因是基因，编码rRNA的基因是基因。
10、癌症与遗传病不同之处在于，癌症主要是的DNA的突变，不是的DNA的突变。
⼆、选择题：
1、同源细胞逐渐变为结构和功能及⽣化特征上相异细胞的过程是（）
A.增殖
B.分裂
C.分化
D.发育
E.衰⽼
2、从分⼦⽔平看，细胞分化的实质是（）
A.特异性蛋⽩质的合成
B.基本蛋⽩质的合成
C.结构蛋⽩质的合成
D.酶蛋⽩质的合成
E.以上都不是
3、维持细胞最低限度的基因是（）
A.奢侈基因
B.结构基因
C.调节基因
D.管家基因
E.以上都不是
4、⽣物体的细胞中，全能性最⾼的细胞是（）
A.体细胞
B.⽣殖细胞
C.⼲细胞
D.受精卵
E.上⽪细胞
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9
基因的顺反子测试示意图
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四、现代分子遗传学关于基因 (一)、 现代基因概的念概念
• 基因是DNA分子上带有遗传信息的特定核苷
酸序列区段
• 基因由重组子、突变子序列构成
重组子是DNA重组的最小可交换单位
突变子是基因突变的最小单位
重组子和突变子都是一个核苷酸对或碱基对
(bp)
(三)、 基因的几种特殊形式
• 1. 重复基因： – 指在染色体组上存在多份拷贝的基因， 往往是生命活动中最基本、最重要的基 因 – 最典型的重复基因是rRNA、tRNA和组 蛋白基因等
• 2. 重叠基因： – 同一段DNA序列，由于阅读框架(转录范 围)不同，同时成编为辑p两pt 个或两个以上基因 13
• 基因(决定某一性状表现)
编辑ppt
11
(二)、 基因的功能类型
• 根据基因的原初功能可以将基因分为： 1. 编码蛋白质的基因，即有翻译产物的基因
– 如结构蛋白、酶等结构基因和产生调节 蛋白的调节基因
2. 没有翻译产物，不产生蛋白质的基因 – 转录产物RNA不翻译，如编码tRNA、 rRNA
3. 不转录的DNA区段 – 如启动基因、操纵编辑基ppt 因。启动基因是转 12
2. 1944年，G.Beadle和E.Tatum 通过研 究脉胞菌突变，提出：一基因一酶假说。 基因表达为蛋白质编；辑pp基t 因的核苷酸序列 4
(一)、 位置效应
三、(基二)因、 的遗传微的细最小结结构构与单位性 (三)、 遗传质的最小功能单位
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• 位置效应及(意一义)、： 位置效应
– 基因在染色体上位置不同，对性状表现的作 用(程度)也可能不同
– 染色体并非基因的简单容纳器，基因在染色 体上的位置也对其功能具有重要影响
• “念珠理论”的第一点(基因与染色体的关系) 得到了发展
• “念珠理论”的另一个内容是基因的结构不
可分性(最小遗传结构单位)。不可分性最早
遇到的挫折也是来自编对辑pp果t 蝇的研究
念珠状直线排列在染色体上的三维一体的 一种化学实体。即基因是功能的基本单位、 是突变的基本单位、是交换的基本单位， 基因是不可再分的。
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二、生化遗传和早期分子遗传学对基因概念 的发展
• 生化遗传及早期分子遗传研究在两个重 要方面发展了基因的概念：
1. 基因是DNA分子上带有遗传信息的特定 核苷酸序列区段，并且在染色体上位置 固定、序列连续；遗传信息就存在于核 苷酸(碱基)序列中。
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(二)、 遗传的最小结构单位
• 重组值检测精度可达十万分之一，但实际结 果不会低于0.01%基因内存在最小重组单 位
– 本泽尔将最小重组单位定义为重组子(recon)
• rII区段存在复等位基因已经表明
– 基因也并非最小突变单位
– 基因突变的最小单位突变子(muton)
• 理论上讲突变子不必等于重组子。但以后研
➢比较DNA序列和成熟mRNA——内含子和外显子
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综上所述，对基因可作如下描述：
①基因是实体，它的物质基础是DNA（或 RNA）；
②基因是具有特定遗传效应的DNA片段（DNA 分子中的特定核苷酸序列）；
③基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据；
④基因是可分的，按其功能（基因的产物）基因 可分为
• 早期分子3遗. 传断认裂为基基因因是一或个隔连裂续的基、因完整的结构
– 1977年Doel研究表明：卵清蛋白基因中间存在不 表达的碱基序列，表明基因的DNA序列可能是不 连续的
• 外显子：参加蛋白质编码的DNA片段
• 内含子：不参加蛋白质编码的DNA片段
• 真核生物基因可能是不同外显子的组合——断裂基 因
编码蛋白质的基因（结构基因+调节基因）
无翻译产物的基因（如rRNA ，tRNA ，snRNA ）
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➢操纵子的发现修正了有一个基因就有一条多肽或 决定一个蛋白质功能的就是一个基因的说法。
➢60年代，Jacod和Monod研究细菌基因调控时发 现基因是可分的，功能上是有差别的。
结构基因——决定合成某种蛋白质
调节基因——编码阻遏或激活结构基因转录的蛋白 质基因
无翻译产物的基因
➢新的发现——断裂基因，重叠基因，跳跃基因
第十四章 基因的表达与调 控
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第六节 基因的概念与发展
一、经典遗传学中基因的概念 二、生化遗传和早期分子遗传学对基因概念的发
展 三、基因的微细结构与性质 四、现代分子遗传学关于基因的概念
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一、经典遗传学中基因 的概念
1865年，Mendel——遗传因子
1909年，丹麦Johanssen——基因 1915～1928年，Morgan等认为基因是以
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究显示：突变子和重组子都是一个核苷酸对
(三)、 遗传的最小功能单位
1. 双突变杂合体的互补作用
• 对于两个独立起源的、表型相似的隐性突变，如 何判定是属于同一基因(功能单位)还是两个基因 突变产生的呢
• 在二倍体生物中，可以建立双突变杂合体。双突 变体杂合体有两种形式：顺式(cis)和反式(trans)
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根据两突变反顺式双反杂测合体验的与表现顺，反就可子以解决刚才的
问题 – 突变型无互补作用为同一功能单位的突变 – 野生型有互补作用为不同功能单位的突变 互补测验，也称顺反测验(cis-trans test)。Benzer将顺 反测验所确定的最小遗传功能单位称为顺反子 (cistron) 顺反子内发生的突变间不能互补
1944年，Avery首次证实基因的化学本质是 DNA。
1953年提出了DNA双螺旋结构模型，认为基 因是具有一定遗传效应的DNA片段。
1955年，Benzer通过顺反互补测验（确定两 次不同的基因突变是否发生在同一基因内） 发现一个基因内部的许多位点都可以发生突 变，并且也可能在这编些辑pp位t 点间发生交换，1说6
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4. 跳跃基因(jumping gene)
• 早期分子遗传学还认为：
– 基因在染色体上的相对位置是固定的
• 转座子(transposon)、转座因子、转 位因子(transposable element)
– 某些DNA序列可以在染色体上转变
位置
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(四)源自文库 基因概念发 展