分子遗传学复习题及答案-

分子遗传学复习题

1.名词解释：

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G—U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RNaseⅢ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编辑(RNA editing) :是指通过碱基修饰、核苷酸插入或删除以及核苷酸替换等方式改变RNA的碱基序列的转录后修饰方式。

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（5’→3’）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 polⅡ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α-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）。

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10～200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。

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。

简答题：

1 . 核小体与核小体定位在基因表达及其调控中有何作用？

核小体与基因表达核小体是染色质的基本结构单位，体内外实验均证实, 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中，则转录通常会被抑制。实验也证明由于缺少H4组蛋白，在核小体不能形成的酵母细胞系中, 很多基因变为组成型表达，而在正常的细胞中, 它们均处于抑制状态。

核小体定位与核小体定位密码核小体在DNA上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组装成核小体，则DNA上的每个位点将一直位于核小体上的特定位置，我们称这种组装类型为核小体定位。

2. 原核生物与真核生物的启动子结构有什么差别？

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。

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

真核生物的启动子：在基因的5’端，由RNA聚合酶及转录调控因子结合的区域称为启动子(promoter)。一般从转录起始点（＋1）到RNA聚合酶结合的区域为核心启动子，在其上游还有增强子、沉默子等上游调控元件，它们和反式作用因子一起调控基因的表达。真核生物有三类RNA聚合酶，与此对应，有三类不同的启动子。RNA聚合酶Ⅰ识别的启动子，除5SrRNA 基因外，还有一个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；RNA聚合酶Ⅱ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；RNA聚合酶Ⅲ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）。

与转录水平调节的反式作用因子通常可分为四大类：①RNA聚合酶；②和RNA聚合酶相联系的普遍性转录因子(general transcription factor，GTFs)它们结合在靶基因的启动子上，形成

前起始复合物(pre-initiation complex，PIC)，启动基因的转录；③特异性转录因子(gene-specific (DNA-binding) regulatory factors)( 如激活因子和抑制因子) ，一类与靶基因启动子和增强子(或沉默子)特异结合的转录因子，具有细胞及基因特异性，可以增强或抑制靶基因的转录；④种类多样的协调因子(coregulatory factors)，要么改变局部染色质的构像(如组蛋白酰基转移酶和甲基转移酶)，对基因转录的起始具有推动作用，要么直接在转录因子和前起始复合物之间发挥桥梁作用(如中介因子(Mediator))，推动前起始复合物(PIC)形成和发挥作用。包括：1.螺旋转角螺旋：有3个螺旋，螺旋3是识别和DNA结合，一般结合于大沟；螺旋1和2和其它蛋白质结合；2.锌指结构：它由一小组保守的氨基酸和锌离子结合，在蛋白质中形成了相对独立的功能域；3.亮氨酸拉链；4.螺旋一环一螺旋（HLH）；5.同源异形结构域：几乎存在于所有真核生物中。

4.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？

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。

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。

5.转座子的遗传学效应与应用

转座子（transposon, Tn）是一类较大的转座因子，除了含有与它转座作用有关基因外，还带有抗药基因以及其他基因，如乳糖发酵基因。因此Tn的转座能使宿主菌获得有关基因的特性，已发现有多种Tn，如Tn1、Tn2、Tn3等。Tn分子大小一般在2 000～25 000bp，两端有相同序列，如IR序列。

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

诱发基因突变：插入失活和渗漏突变与转座子在插入位点中的方向有关。例如，当dSpm 和Ds因子插入与靶基因的方向相反时，前体mRNA中的dSpm或Ds序列则可通过转录后的加工过程而被除掉，所以含有转座子的基因仍然编码野生型蛋白质和mRNA，即所谓的渗漏突变。如果转座子在外显子中的转录方向与所在基因的转录方向相同，转录过程常终止在转座子的多聚A化信号位点上，形成半截子mRNA，因此也造成插入失活。

调节基因表达：当然也存在转座子插入某个基因的内含子或外显子中而影响该基因表达，通常表现为降低该基因的转录水平。但有些情况下也会改变内含子的剪接位点，使某些外显子丢失，因此也导致基因失活。如果转座子插入到某个基因的转录控制区或启动子中，则导致该基因完全失活。当转座子从该座位上切割后，该基因又可恢复到显性性状。但是由于切割后往往造成插入位点发生缺失、重复或倒位等结构的变异，因而其表达活性就不可能完全恢复到原来的状态，而使基因的转录活性和转录时空发生各种变化。如降低基因的表达水平，或改变基因的组织或器官特异性表达等。

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。

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，然

后从中筛选目的基因。在基因产物未知的情况下一般采用两种方法来分离控制发育的基因，一种是减法杂交与差异筛选；另一种是转座子标记方法。该技术的原理是用转座子给未知的目的基因加以标记，这样便于该基因的识别与分离。应用转座子标记技术，在植物中已成功地克隆到几种调节基因，如调节花色素苷合成的cl基因。

转座因子作为基因工程载体：利用P因子作为载体转座因子作为基因工程载体，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。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。

6. 简述染色质重塑的基本过程及其生物学功能。

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。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。

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。

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。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

染色质重塑与基因剂量补偿基因剂量补偿是指在雌雄个体中确保X连锁基因产物均等化的机制。剂量补偿效应通常发生在性染色体中，但是在常染色体异常的非整倍体或具有某些常染色体片段的个体中，同样存在剂量补偿效应，如玉米1号染色体长臂上的乙醇脱氢酶基因在1号染色体三体性和四体性的玉米中表现出剂量补偿效应。

论述题

1.有哪些方法可用于功能基因组学的研究？现在有何进展？

T-DNA标签法：T-DNA标签是目前使用最为广泛的一种植物功能基因组学研究手段，该方法已经作为突变源应用于好几种植物，如拟南芥，水稻等。是利用根瘤农杆菌T-DNA 构建的载体介导转化，将一段已知的DNA序列整合到基因组DNA上，该段DNA随机插入到目的基因的内部或附近，就会影响该基因的表达，从而使该基因失活并表现出突变体的表型。T-DNA的转移和整合的机制不是很清楚，T-DNA的插入可能引起染色体重排，以致突变体表型与T-DNA插入无关，使得进一步的反向遗传学分析变得复杂。

转座子标签法：当一段特定的转座子DNA序列插入到植物基因组中目的基因内部或其相邻位点时，便会诱导该基因发生突变，并最终导致表型变化，形成突变植株。如果此段DNA插入序列是已知的，那么便可以用作DNA杂交的分子探针，从突变植株的基因组DNA 文库中筛选到突变的基因。经过多年努力，通过该方法已经对70000多个经RescueMu拯救的基因旁侧进行了测序，确定了23000多个突变穗型，为玉米基因组后续研究工作的开展奠定了坚实的基础。

反义RNA技术的基因敲除：利用与靶RNA具有互补序列的RNA分子，通过与靶RNA进行碱基配对结合的方式参与基因表达的调控，从而抑制或封闭基因表达。基因敲除作为功能

基因组学方法，在动物小鼠以及酵母等中使用较为广泛，但在植物中仅在苔藓植物Physcotrella paterz中使用的较为成功。尽管在高等植物中做了大量的实验，但大部分都是不成功的，或至少是用常规途径是不可行的。

基因陷阱：主要依靠报告基因的随机插入来产生融合转录物或融合蛋白，通过检测报告基因而推知基因及其功能，有增强子陷阱和启动子陷阱等。Ac／Ds 转座元件及T—DNA的基因陷阱载体已成功用于拟南芥、水稻、玉米、番茄等，基因陷阱在功能基因组的工作中将越来越重要，将成为揭示植物基因组奥秘的又一有力武器。

化学诱变的新发展—TILLINC技术：借助高通量、标准化的检测手段，快速有效地从经化学诱变剂EMS诱变过的突变群体中鉴定出点突变。目前TILLINC作为一种全新的反向遗传学研究方法已经用于多种植物及作物中，如拟南芥，玉米，水稻等，在拟南芥TILLINC项目中，实现了材料，DNA样品及突变信息的充分共享。

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？

用EMS产生突变体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。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”。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、中间类型的突变体来研究功能蛋白中某个特定氨基酸残基的功能。

快中子突变体电离辐射可以引起细胞内（或DNA）原子或分子的电离和激发从而引起遗传物质的改变。基因组DNA的缺失是电离辐射造成生物诱变最常见的结果。总体来讲辐射能量越大，缺失的片段也就越大。快中子能量高，辐射处理的剂量容易控制和操作简便，同时在一个基因组上可以存在多个突变位点，同时诱变后生物材料仍保持较高的活性，诱变后的材料可以不经过任何处理直接进行筛选。

T-DNA标签技术是以农杆菌介导的遗传转化为基础的一种插入突变研究方法。与转座子标签技术相比,该法的最大特点是插入后较稳定。在获得稳定的突变表型后,可用报告基因为探针在突变体文库中克隆相应的功能基因。若插入的片段内包括大肠杆菌的复制起点,则可通过质粒挽救的方法克隆插入序列两翼的植物基因片段。T-DNA插入的另一特点是如果插入的是无启动子的抗生素抗性等报告基因，而T-DNA插入植物启动子附近，就可导致外源报告基因的表达，从而可在细胞或组织水平上进行筛选

转座子标签突变体由于转座子活跃的转座活性能导致高频率的基因突变而被广泛应用与病毒、细菌、酵母、果蝇、拟南芥菜、水稻等物种的突变体创制与基因功能研究。更为重要的是单子叶植物的转座子可以在双子叶植物中表达、双子叶植物的转座子也可以在单子叶植物中表达，说明在植物进化过程中转座子的表达和转座机制具有较高的保守性，同时为转座子在突变体创制与基因功能研究提供了更广阔的前景。

突变体库的饱和度分析所谓饱和突变体库（saturated mutant population）是指在一个突变体库中基因组的每个基因至少有一次突变的机会。突变体的饱和度是由突变体容量、每个突变体上的突变位点、有效突变的频率决定的。在固定诱变剂量的前提下基因组本身越大，暴露于诱变剂中的机会也就越多、获得有效突变的频率也就越高，反之基因组越小暴露于诱变剂中的机会也就越小，但单位长度的DNA上的突变位点基本是相同的。

3.RNAi通过哪些机制控制基因的表达？实践中有何应用？

RNA 干涉( RNA interference, RNAi) 通过双链RNA( double-stranded RNA, dsRNA) 介

导特异性地降解靶mRNA, 使靶基因发生沉默, 从而表现出特定基因缺失的表型。它可以快速分析靶基因的功能, 这为研究植物功能基因组提供了很大方便, 成为反向遗传学研究的重要工具之一。

RNAi不同于其它基因阻断技术，它是转录后水平的基因静默机制，以至于注射该基因的内含子或者启动子顺序的dsRNA 都没有干涉效应。。RNAi 能够非常特异地降解与之序列相应单个内源基因mRNA，且抑制基因表达效率很高，相对少量的dsRNA 就可以使表型达到缺失突变体程度，但dsRNA 需要一个最小的长度才能产生有效的干扰效果。dsRNA 小片段小于21-23 nt (如10-15 nt)，特异性显著降低，不能保证与细胞内非靶向基因相互作用；远远大于21-23 nt，互补序列可能延伸，超出抑制范围。RNAi 基因表达的效应可以突破细胞界限，在不同细胞甚至生物体间长距离传递和维持，并可传递给子一代。

RNAi 不仅是外源基因转录后抑制，而且动植物本身也存在类似的作用机制。

RNAi 对基因表达的静默作用可能通过染色质浓缩实现，dsRNA可结合到植物启动子区域，能通过一种使DNA甲基化的作用导致基因沉默。

siRNA可能参与纤毛虫，四膜虫虫体间结合时的基因重组。在虫体之间结合过程中，结合到重组序列的siRNA介导DNA缺失和染色体断裂。

转座子沉默与siRNA 有关，蠕虫mut-7 基因参与RNAi 和转位抑制，从裂殖酵母的中心粒区分离出siRNA，并检测到这些siRNA 介导此区内组蛋白甲基化。

RNAi的应用

研究信号转导通路的新工具，由于RNAi 能高效特异的阻断基因的表达，可使其成为研究信号传导通路的良好工具。

高通量研究基因功能，现有研究表明，双链RNAi 干扰(RNAi)技术不仅可抑制体外细胞中特定基因的表达，而且也可抑制体内特定基因的表达。，RNAi 作为一种快速静默基因的途径，将会越来越多地用于哺乳动物基因的研究。

基因治疗的新方法，Voinnet和Li等分别在植物和果蝇中发现了通过RNAi 实现的抗外源核酸机制：被大多数RNA病毒启动的RNAi，可导致病毒基因组降解。如果用RNAi 特异性地抑制如艾滋病病毒基因、肝炎病毒基因、癌基因、癌相关基因或突变基因的过度表达，也可使这类基因保持静默或休眠状态，从而有望用这种新的手段治疗各种病毒性疾病和恶性肿瘤等疑难病症。

RNAi 在植物功能基因组研究中的应用，用RNAi 技术来研究或阐明拟南芥所有基因( 约25 000 个) 的功能，表现出了高效性、稳定性和专一性, 对于功能基因组的研究具有极大的深远意义。

RNAi 在植物改良中的应用，RNAi 技术已被用于改良植物品质、改善植物营养价值等方面的研究，取得了客观的经济效益。

4.DNA甲基化是如何在转录水平上抑制基因表达的？

直接干扰特异转录因子与各自启动子结合的识别位置DNA的大沟是许多蛋白因子与DNA结合的部位，胞嘧啶的甲基化干扰转录因子与DNA的结合。许多转录因子，如AP-2和E2F等能识别含CpG的序列，且对其甲基化程度非常敏感，当CpG上的C被甲基化后，转录即被抑制。

转录抑制复合物干扰基因转录甲基化DNA结合蛋白与启动子区内的甲基化CpG岛结合，再与其它一些蛋白共同形成转录抑制复合物(transcriptional repression complex, TRC)，阻止转录因子与启动子区靶序列的结合，从而影响基因的转录。已经鉴定了甲基化胞嘧啶结合蛋白1和2(MeCP1和MeCP2)及甲基化DNA结合蛋白（MBD）等转录抑制复合物。MeCP1的抑制作用比较弱，需要与含12个甲基化CpG的位点结合，缺乏MeCP1的细胞其基因组内甲基化基因的抑制作用减弱。MeCP2在细胞中比MeCPl丰富，转录抑制作用比较强，可与单个甲基化的CpG碱基对结合。

通过改变染色质结构而抑制基因表达DNA甲基化与组蛋白去乙酰化正相关，而乙酰化修饰正是调节基因表达的另一重要方式。染色质构型的变化伴随着组氨酸的乙酰化和去乙

酰化，许多乙酰化和去乙酰化酶本身就分别是转录增强子蛋白和转录阻遏物蛋白。DNA失活的区域处于高度甲基化状态，同时又富含低乙酰化组氨酸。CpG二聚体中胞嘧啶甲基化是高等真核生物基因组的主要特征。一般来说，在基因启动子区的DNA甲基化伴随着基因沉默。

5.真核生物CG岛的甲基化状态与基因的表达活性的关系如何？

DNA甲基化是表观遗传重要的修饰方式之一。其修饰位点有多种，分别由不同的酶催化，被修饰的位点可以是腺嘌岭的N-6位、胞嘧啶的N-4位、鸟嘌呤的N-7位或胞嘧啶的C-5位。胞嘧啶C-5位甲基转移酶(DNA甲基化酶)识别DNA的5′-CG-3′序列(CpG)。基因组上的CpG 大多数是聚集在一起而形成所谓的CpG岛（CG island）。在脊椎动物DNA中，CpG岛出现的频率只有含G-C碱基对序列的20%左右。人类基因组中70%的甲基胞嘧啶出现在CpG岛。CpG 主要位于基因的启动子区，部分位于基因的第1个外显子区，而且CpG甲基化可直接导致基因沉默。所有组成型表达的看家基因都含有CpG岛，约含全基因组的一半，另一半CpG岛出现在组织特异性表达基因的启动子序列。DNA甲基化主要有两种类型，即维持甲基化(maintenance methylation)和重新甲基化(denovo methylation) 。维持甲基化是给只有一条链甲基化的GpC/mCpG未修饰的胞嘧啶加上甲基基团，而重新甲基化是给2条链均未甲基化的GpC/CpG加上甲基基团。原核细胞的DNA甲基化酶既有维持甲基化活性，又有重新甲基化活性，但真核细胞的DNA甲基化酶的维持甲基化活性远高于重新甲基化活性。

6.端粒及其生物学意义

端粒是由独特的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。端粒的长度随细胞不断分裂而逐渐缩短，当染色体端粒短到临界长度，即细胞分裂到一定次数后，正常细胞就不再继续分裂而自动死亡。由简单序列组成的串联重复的DNA序列，如5′…TTGGGG3′、5′…TnAGGG3′等等。端粒的DNA序列虽然组成简单，但其DNA的复制方式却并不简单。

（1）端粒与衰老端粒的缩短可能引发细胞周期的滞留以及细胞凋亡组织异常，从而引发器官障碍。端粒酶基因的突变体还会引起一些人类的综合征。

（2）端粒与癌症对于正常细胞来说，当进行了一定次数的分裂后，端粒缩短到一定程度就便会引起衰老，就不能保护染色体，进入细胞凋亡。

（3）端粒与干细干胞端粒的长度能调节细胞自我更新的能力和肿瘤的抑制的平衡状态。