多路径下基因的转录平均水平与噪音强度
基因测序 信噪比-概述说明以及解释
基因测序信噪比-概述说明以及解释1.引言1.1 概述基因测序是一种分析和解读生物体基因组序列的技术，它对于理解生物体的遗传信息和进行疾病诊断具有重要意义。
随着技术的发展和成本的降低，基因测序已经广泛应用于医学、生物学、农业等领域。
然而，在进行基因测序时，存在着信号和噪声之间的比值问题，即信噪比。
信号代表着我们希望测得的有用基因信息，而噪声则是来自于实验、仪器或算法等方面的误差和干扰。
信噪比的大小直接影响到基因测序结果的准确性和可靠性。
基因测序中的信噪比问题是一项挑战性的任务。
在分析基因组序列时，可能会受到测量仪器误差、环境干扰、测序化学反应的非特异性和符号错误等因素的影响。
这些噪声因素可能导致序列错误、碱基插入或缺失等问题，从而对后续的基因组信息分析和解读造成困扰。
为了提高基因测序结果的准确性和可靠性，需要采取一系列的方法和技术来提高信噪比。
其中，改进仪器设备、优化实验流程、选择高质量的数据分析算法和建立合适的质控标准等都可以有效降低噪声，提高信号的可靠性。
未来，基因测序中信噪比的发展趋势将会向着更高的准确性和更低的误差率发展。
随着技术的不断创新和突破，可靠的基因测序结果将会为疾病诊断、个性化治疗和遗传研究等领域提供更为可靠的依据。
同时，我们也需要加强对信号和噪声之间相互影响关系的深入研究，以便更有效地改进测序技术和方法，提高基因测序的信噪比。
1.2 文章结构文章结构是指文章的组织框架和各部分之间的关系，它对于整个文章的逻辑性和清晰度起着至关重要的作用。
本文将分为引言、正文和结论三个主要部分进行组织。
引言部分将对基因测序和信噪比问题进行简要的概述，介绍本文的目的和意义。
具体而言，将首先介绍基因测序的定义和原理，以及信噪比的概念和意义。
然后，将讨论基因测序中存在的信噪比问题，包括其对测序结果的影响以及当前面临的挑战。
正文部分将进一步展开对基因测序和信噪比问题的探讨。
首先，将详细阐述基因测序的定义和原理，包括不同的测序方法和技术。
2019北京各区高三二模生物分类汇编—29题
2019北京各区高三二模生物分类汇编—29题海淀29.（16分）为研究焦虑症的机理，科研人员利用四组小鼠为材料进行实验。
（1）科研人员敲除野生型小鼠（WT鼠）的焦虑抑制基因——N基因，得到N基因敲除鼠（N-KO鼠）。
N-KO鼠进入图1所示高架十字迷宫的开放臂时，视网膜感光细胞接受刺激，产生_______，沿_______神经传至相关脑区的神经中枢，引起恐惧和焦虑行为，因而更多地躲进封闭区。
WT鼠在探索新奇环境的冲动下，会重复进入开放臂玩耍。
（2）科研人员推测，I基因与N基因有相似的功能。
为验证该推测，科研人员用相同方法得到I基因敲除鼠（I-KO鼠）和N基因、I基因双敲除小鼠（NI-KO鼠）。
若推测正确，则I-KO鼠在图1所示迷宫上的预期行为表现是___________。
实验结果显示，I-KO鼠、NI-KO鼠与WT鼠的行为表现一致，这一实验结果与上述推测________ （选填“相符”或“不相符”），由此推测I基因对小鼠产生焦虑情绪的作用是________。
（3）研究发现，B区和C区是处理焦虑等情绪的两个关键脑区（如图2）。
科研人员将上述四种小鼠置于图1所示迷宫上一段时间后，检测小鼠两个脑区中神经元的活跃度，得到图3所示结果。
①据图2、3可知，N-KO鼠________，C区输出的抑制信号增强，导致出现焦虑行为。
②请对实验结果进行分析，解释NI-KO小鼠与WT鼠行为一致的原因_______________。
（4）科研人员再选取上述小鼠进行实验，进一步验证I基因的功能，图4为实验方案。
①请在上图中正确选择a、b、c或物质d、e填入I~IV处。
②预期第1~4组小鼠在高架十字迷宫实验中的运动轨迹依次为图5中的______。
29.（16分）（1）兴奋（或“神经冲动”）传入（2）更多在封闭区活动，较少进入开放臂不相符 I 基因单独不引起焦虑，N 基因缺失引起焦虑需要有I 基因（3）①B 、C 两个脑区中的神经元活跃度增强②敲除I 基因降低C 区神经元活跃度，NI-KO 鼠C 区的神经元活跃度恢复正常，输出的抑制信号正常 （4）①Ⅰ.a Ⅱ.a Ⅲ.物质e Ⅳ.物质d②甲、甲、乙、甲西城29．（17分）脱落酸（ABA ）有“逆境激素”之称，在植物对抗干旱等不利环境因素时起重要作用。
基因表达谱数据的降噪与特征提取——技术路线
样本分类
考虑的问题
谢
谢
分解 系数2 分解系 数1 分解 系数3
f ( x)
分解系数1
数据降噪
小波重构 对过滤后阈值进行小波重构，便可得到去噪后的信号。
特征提取
• 对信号进行多尺度小波分解；
提取的特征可以 是小波系数本身，也可以是 各频率内的信号能量，还可 以利用小波分解系数对信 号进行重构，以各个频率内 的重构信号作为特征矢量。
基因表达谱数据降噪与特征提取
——技术路线
杨振华
目的与意义
基因表达谱数据的难题在于数据量巨大， 大部分基因无法为分类提供有效信息， 并且在分类过程中引入了噪声。因此， 如何尽可能的消除噪音，选择最小的特 征子集对于基因分类或者肿瘤等疾病的 精确诊断显得尤为重要。
技术路线图
数据装载
数据格式检验
数据预处理
数据过滤调整
数据过滤主要是为了剔除不合格的基因（杂交实 验没有反应或反应不完全）和对研究目的没有贡 献的基因。一般基于数据丢失百分比、基因表达 标准方差、基因表达幅度等指标过滤基因。
数据降噪
小波分解
数据降噪
阈值过滤 通过小波分解，获得分解系数，一般通过硬阈值法、软阈值法 对分解系数进行过滤。
第一步
• 从低频到高频，提取各个频 第二步 率成分内的信号特征。
数据特征
特征提取
降维
这里给出降维的目的在于，防止“过拟合”的问 题。若提取的数据特征维数仍比较大时，利用 支持向量机或者神经网络等方法进行分类时容 易产生“过拟合”的现象，使得模型的泛化能力 变差，因此在分类之前进行降维处理，当然降 维方法有多种，本文考虑主成分分析的方法。
小 波 重 构 小 波 分 解
噪声环境下的语音识别与转录技术研究
噪声环境下的语音识别与转录技术研究随着工业和城市化的快速发展，噪声污染已经成为了人们普遍面临的问题之一。
在噪声环境下进行语音识别和转录，成为了一个重要的技术难题，也是人们智能化生活中迫切需要解决的难题之一。
因此，如何通过技术手段，突破噪声对语音识别和转录的干扰，成为了当前语音识别和转录领域的研究热点。
一、噪声环境对语音识别和转录的影响在噪声环境下进行语音识别和转录，会受到多种噪声的干扰，如交通噪声、建筑施工噪声、机器噪声、人声噪声等。
这些噪声会产生复杂的声波干扰，导致输入的语音信号容易出现失真、断续、回音等问题，从而影响语音识别和转录的准确性。
语音信号的主要特征是频率、功率、相位等信息，而这些信息都会被噪声影响。
噪声的主要影响体现在频域和时域上。
在频域上，噪声会使语音信号频谱产生变形和平移，在不同频段上拥有不同影响。
在时域上，噪声会导致语音信号的瞬时幅值增大并产生翻转、混叠和抖动等变形。
二、噪声环境下的语音识别与转录技术解决方案针对噪声环境下的语音识别和转录难题，研究人员已经开发出了多种新技术和方法。
这些方法分为两大类：噪声抑制和识别技术。
噪声抑制技术主要是通过在输入语音信号中去除噪声的方法来提高语音识别的准确性。
其中包括基于信号估计的方法、谱减法、基于子带的方法等。
这些方法在解决特定噪声场合的同时，也会带来新的问题和挑战，例如去噪效果的不稳定性和失真等。
识别技术主要是通过使用先进的算法和模型，在噪声环境下进行语音识别和转录，并取得更高的准确度。
其中包括基于深度神经网络、循环神经网络和卷积神经网络等的新型模型，以及基于词嵌入技术和特征提取技术的新型算法。
这些技术的优点是能够跨越多种噪声场合，取得更好的识别效果，但需要高计算能力和复杂算法设计。
三、噪声环境下的语音识别与转录技术发展前景噪声环境下的语音识别与转录技术在未来有着广阔的发展前景。
随着物联网、智能家居、智能语音助理等应用的快速发展，语音识别和转录技术的需求正在不断增长。
2017年天津市高考生物试卷
2017年天津市高考生物试卷一、本卷共6题，每题6分,共36分．在每题给出的四个选项中，只有一项是最符合题目要求的．1．(6分）下列有关真核生物核糖体的叙述，正确的是（）A．遗传信息翻译的场所B．组成成分中含mRNAC．全部游离在细胞质基质中D．能识别基因的启动子2．(6分）细颗粒物（PM2.5)可影响免疫系统功能，下表相关推论错误的是（)选项对长期吸入高浓度PM2.5推论的研究结果A．损害呼吸道粘膜影响非特异性免疫B．改变T细胞数目影响特异性免疫C．刺激B细胞增殖分化影响细胞免疫D．导致抗体水平升高影响体液免疫A．A B．B C．C D．D3．（6分）将A、B两种物质混合，T1时加入酶C．如图为最适温度下A、B浓度的变化曲线．叙述错误的是（）A．酶C降低了A生成B这一反应的活化能B．该体系中酶促反应速率先快后慢C．T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的D．适当降低反应温度，T2值增大4．（6分）基因型为AaBbDd的二倍体生物，其体内某精原细胞减数分裂时同源染色体变化示意图如图．叙述正确的是(）A．三对等位基因的分离均发生在次级精母细胞中B．该细胞能产生AbD、ABD、abd、aBd四种精子C．B(b)与D（d）间发生重组，遵循基因自由组合定律D．非姐妹染色单体发生交换导致了染色体结构变异5．（6分）叶绿体中的色素为脂溶性,液泡中紫红色的花青苷为水溶性．以月季成熟的紫红色叶片为材料，下列实验无法达到目的是（）A．用无水乙醇提取叶绿体中的色素B．用水做层析液观察花青苷的色素带C．用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水D．用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目6．（6分)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型．如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率．叙述错误的是（）A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型B．光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度二、本卷共3题，共44分．7．（12分）大兴安岭某林区发生中度火烧后，植被演替过程见图1．据图回答:（1）该火烧迹地发生的是演替．与①相比,③中群落对光的利用更充分，因其具有更复杂的结构．（2）火烧15年后，草本、灌木丰富度的变化趋势均为，主要原因是他们与乔木竞争时获得的．（3）针叶林凋落物的氮磷分解速率较慢．火烧后若补栽乔木树种，最好种植,以加快氮磷循环．（4）用样方法调查群落前,需通过逐步扩大面积统计物种数绘制“种﹣﹣面积"曲线，作为选取样方面积的依据．图2是该林区草本、灌木、乔木的相应曲线．据图分析,调查乔木应选取的最小样方面积是．8．（12分）胰岛素可以改善脑神经元的生理功能,其调节机理如图所示．据图回答：（1）胰岛素受体（InR）的激活，可以促进神经元轴突末梢释放，作用于突触后膜上的受体，改善突触后神经元的形态与功能．该过程体现了细胞膜的功能．（2）胰岛素可以抑制神经元死亡，其原因是胰岛素激活InR后，可以．(3）某些糖尿病人胰岛功能正常，但体内胰岛素对InR的激活能力下降，导致InR 对GLUT转运葡萄糖的直接促进作用减弱，同时对炎症因子的抑制作用降低，从而了炎症因子对GLUT的抑制能力．最终，神经元摄取葡萄糖的速率．与正常人相比，此类病人体内胰岛素含量．9．(20分)玉米自交系(遗传稳定的育种材料）B具有高产、抗病等优良性质,但难以直接培育成转基因植株，为使其获得抗除草剂性状，需依次进行步骤I、II试验．Ⅰ．获得抗除草剂转基因玉米自交系A,技术路线如图．（1）为防止酶切产物自身环化，构建表达载体需用2种限制酶,选择的原则是（单选)．①Ti质粒内，每种限制酶只有一个切割位点②G基因编码蛋白质的序列中，每种限制酶只有一个切割位点③酶切后,G基因形成的两个黏性末端序列不相同④酶切后，Ti质粒形成的两个黏性末端序列相同A．①③B．①④C．②③D．②④（2)如表是4种玉米自交系幼胚组织培养不同阶段的结果．据表可知,细胞脱分化时使用的激素是,自交系的幼胚最适合培养成愈伤组织作为转化受体．激素结果自交系2，4﹣D（2.0mg/L）6﹣BA（0。
基因转录调控的多层级调控网络分析
基因转录调控的多层级调控网络分析基因转录调控是细胞中基因表达的主要方式之一。
它涉及到多种分子机制和相互协调的过程，需要进行多层级的调控。
近年来，随着高通量测序技术和生物信息学方法的发展，研究人员开始能够对转录调控的多层级调控网络进行系统性的分析。
基因转录调控的多层级调控网络分析需要考虑到多种因素。
首先，基因表达的调控是由转录因子（TF）、转录调节子（TR）以及其他蛋白质和非编码RNA共同参与的。
这些因子通过调节DNA的结构和转录因子的结合，进而影响基因转录的起始、终止和速率等多个方面。
其次，基因转录调控还涉及到染色质重塑、组蛋白修饰等过程。
这些过程可以改变DNA的结构和组成，影响染色体的可访问性和转录因子的结合能力。
通过生物信息学技术可以对这些过程进行分析，并建立相应的模型。
第三，基因转录调控还与细胞外信号传导和代谢调控等方面密切相关。
这些因素可以通过多种方式影响基因转录的调控，例如改变细胞内信号传导的途径和转录因子的翻译后修饰等。
为了对基因转录调控的多层级调控网络进行分析，研究人员可以采用多种生物信息学方法。
其中，网路分析方法是最常用的方法之一。
它可以分析转录因子、转录调节子以及其他通过相互作用网络相互联系的因子。
同时，网路分析还可以对转录因子与基因表达的关联关系进行预测和验证。
在网路分析的基础上，研究人员还可以利用机器学习、人工神经网络等方法进行进一步的分析。
这些方法可以从转录因子、转录调节子以及其他与基因表达相关的分子因素中提取特征，并根据这些特征对基因表达进行建模和预测。
总体来说，基因转录调控的多层级调控网络分析是一个复杂而多学科的领域。
在这个领域中，研究人员需要掌握多种生物信息学技术，同时还需要具备相关领域的实验经验。
只有这样，才能更好地破解基因转录调控的分子机制，为基因治疗、新药研发等领域提供更好的科学支持。
蛋白质动力学揭示基因表达噪声来源
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2.基因表达模型
mRNA数量的波动传播到下游影响蛋白质水平，蛋白质水平被假 定为系统可观测的唯一状态，忽略由蛋白分子随机增减而产生的 泊松噪音。那么，蛋白质动力学公式可确定为：
kp表示mRNA转录速率，γp表示蛋白质降解速率，p(t)表示在时间t 时的蛋白数量。那么，公式(1)和(2)构成了随机混合基因表达模型， 其中当蛋白水平不断变化且可确定时，mRNA随时间的变化是离散和 随机的。
1.背景介绍
在一定水平，mRNA增减波动与启动子波动两者能够产生 相似的稳态蛋白质噪音水平，故利用细胞的蛋白丰度的稳 态分布识别内部表达噪音来源是不够的。
单分子FISH 在原位杂交（单分子FISH）中加入单分子荧光的方式去计 算单细胞内独立mRNA转录子的数量 但是它要求独立mRNA分子足够长，能够在上面结合至少 20个荧光标签
因此，结合p(t)随机时刻（公式(6)和(7)）的瞬态数据和其 稳态的数值（公式(3)和(4)），便可推断出基因表达模型 的所有参数。
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2.基因表达模型
这个模型的一个限制是它不适用于mRNA半衰期过短于蛋白质 半衰期的情况。当mRNA半衰期很短时，一旦转录发生抑制 mRNA转录子就会很快衰减到0。没有可利用的mRNA，蛋白质 会降解，并不再继续提供mRNA动力学的任何数据信息
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2.基因表达模型
图1 含两种不同噪音来源的基因表达的随机混合模型的原理图
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2.基因表达模型
每一个转录事件都带来一次几率B这么多的mRNA分子的爆发，其 平均值用<B>表示，代表一个预期值
如果m(t)表示mRNA在时间t时的数量，Pj(t)表示在时间t时mRNA的 数量为j的几率，则
【免费】过量表达柳树两个SVP1s基因提高拟南芥抗盐胁迫能力
ISSN 1007-7626CN 11-3870/Q中国生物化学与分子生物学报http ：//cjbmb．bjmu．edu．cnChinese Journal of Biochemistry and Molecular Biology2015年4月31（4）：414 421DOI ：10.13865/j．cnki．cjbmb．2015.04.12收稿日期：2014-10-20；接受日期：2015-01-07江苏省农业科技自主创新资金项目（No．CX （14）2098）*联系人Tel ：0513-********；E-mail ：yjnkyy@163．com#共同第一作者Ｒeceived ：October 20，2014；Accepted ：January 7，2015Supported by Fund for Independent Innovation of Agricultural Sciences and Technology in Jiangsu Province （No．CX （14）2098）*Corresponding author Tel ：0513-********；E-mail ：yjnkyy@163．com#These authors contributed equally to this study过量表达柳树两个SVP 1s 基因提高拟南芥抗盐胁迫能力余春梅1）#，李敏2）#，何新雨1），李玉娟2），王莹2），谈峰2），张健2）*（1）南通大学生命科学学院，江苏南通226019；2）江苏沿江地区农业科学研究所，江苏如皋226541）摘要在拟南芥、水稻等草本植物中，人们对位于液泡膜上质子泵焦磷酸酶（VPase ）进行了较为深入的研究，其通过水解焦磷酸释放的能量将H +从细胞质泵入液泡中，从而驱动Na +、K +等的运输，避免了细胞质中因过量的Na +、K +造成的伤害，保护了细胞的正常功能．但是木本植物如柳树中的VP 1基因（SVP 1）的功能尚未见报道．本研究检测了两个SVP 1s 同源基因在柳树L0911不同的组织（器官）中以及昼夜条件（以叶片为代表组织）下的表达模式，同时，分析了过量表达SVP 1s 拟南芥T3转基因株系的耐盐特性．结果表明：SVP 1.1在韧皮部中表达最高，而SVP 1.2在韧皮部和新生枝条是其在根部的4 5倍；叶片中两个SVP 1s 在白天稳定表达，18ʒ00后逐渐下降，在黑暗条件下，随着暗处理时间的延长SVP 1.2增幅较大；在盐胁迫条件下，SVP 1s 转基因拟南芥T3株系种子萌发率，叶片中与活性氧清除相关的酶，如SOD 、POD 和CAT 等活性的诱导强度高于野生型对照；SVP 1.1转基因株系叶片膜质氧化程度（MDA ）低于野生型和35S ：SVP 1.2株系．通过本研究显示，在拟南芥中过量表达柳树SVP 1.1s 提高了拟南芥的耐盐能力，揭示了木本植物中VP 1基因同样具备保护细胞，使细胞耐受高盐胁迫的功能，同时也为选育优良耐盐树木品种提供了理论依据．关键词柳树L0911（Salix “Hailiu 1”）；SVP 1s 基因；拟南芥；耐盐性中图分类号S688Over-expression of Two Vacuolar H +-translocating Pyrophosphatase（SVP 1s ）Genes of Willow Enhances Arabidopsis Salt ToleranceYU Chun-Mei 1）#，LI Min 2）#，HE Xin-Yu 1），LI Yu-Juan 2），WANG Ying 2），TAN Feng 2），ZHANG Jian 2）*（1）College of Life Sciences ，Nantong University ，Nantong 226019，Jiangsu ，China ；2）Institute of Agricultural Science in Ｒegions along Yangtze Ｒiver of Jiangsu ，Ｒugao 226541，Jiangsu ，China ）Abstract In herb plant such as arabidopsis and rice ，membrane-bound vacuolar H +-translocatingpyrophosphatases （VPase ）have been investigated deeply．It pumps protons （H +）from the cytoplasm to vacuoles using the energy from the hydrolyzation of inorganic pyrophosphate ，and then H +gradients promote ions such as Na +and K +entering into vacuoles through transporters and channels ，which can protect cell against the poison of extreme ion accumulating．But the functions of VP 1in wooden plant such as willow remain unclear．In this study ，we first analyzed organs （or tissues ）transcriptional level ，and the day and night expression patterns in leaves of two SVP 1s from willow L0911．Then we introduced two SVP 1genes to Arabidopsis （Ecotype Col-0）by agrobacterium mediated transformation．Last ，we第4期余春梅等：过量表达柳树两个SVP1s基因提高拟南芥抗盐胁迫能力detected the germination rate，the enzyme activities such as SOD，POD and CAT in the T3lines over-expressing（OE）the SVP1.1s．The malonyldialdehyde（MDA）contents which reflected the peroxidation of the membranes lipid were also detected．Our results showed that SVP1.1expresses highest in the phloem，while SVP1.2exhibits highest expression in both phloem and new shoots．Both SVP1.1s’expression was very steady during6ʒ00to16ʒ00，after that it decline gradually，but SVP1.2increased quicker than SVP1.1as the time of dark extending．Germination rate of T3OE lines of two SVP1s were both higher than controls under100mmol/L NaCl treatment．In most cases，the activity of SOD，POD and CAT in OE lines（especially SVP1.1OE lines）were all higher than those of WT under same condition．SVP1.1OE lines had10% 25%lower MAD content in leaves than WT under stress conditions．Collectively，the OE lines showed more salt tolerance than WT．This research showed that VP1genes in wooden plant have the same function as its homologous gene in herb plant．The result and resources obtained in this research may be useful for further breeding of salt-tolerance willow varieties．Key words willow L0911（Salix“Hailiu1”）；SVP1s；Arabidopsis；salt tolerance土壤盐碱化是一个世界性的问题，沿海滩涂是面积最大的盐碱地，也是潜力巨大的国土资源．因沿海盐碱地理化性状差，绝大都数植物在盐碱地上生长不良甚至不能成活，难于建立植被，制约了农林生产，影响生态环境［1］．柳树为杨柳科柳属（Salix）落叶乔木，在我国有较广的分布，部分品种能在含盐量4.0‰左右、pH值10.4的土壤中正常生长，是我国极具潜力的沿海滩涂造林和生物质能源树种［2］．挖掘柳树中的耐盐相关基因将具有积极的生产和生态意义．植物液泡膜上质子泵焦磷酸酶（vacuolar H+-translocating inorganic pyrophosphatase，VPase，VP，EC3.6.1.1）是植物中特有通过水解焦磷酸（PPi）驱动的质子泵，它与另一个质子泵H+-ATPase （EC3.6.1.3）（以ATP为动力）一起，在液泡膜的内外形成的质子梯度，促进了Na+、K+等离子进入液泡［3］．在盐胁迫条件下，非盐生植物将过量Na+区隔化入液泡中，避免高浓度的盐对细胞的伤害［4，5］．植物中的VP基因一般有多个成员，分为对K+敏感的I型和对K+不敏感的Ⅱ型，其中Ⅰ型VP基因在植物中发挥主要的功能［6-10］．对水稻6个I型VP基因的研究表明，OVP1受冷处理诱导［11］；在能够耐受洪水浸泡的品种中，OVP3受到缺氧（anoxia）的诱导［12］．小麦中至少有3个基因编码I型VP，其中TaVP3只在发育的种子中检测到表达，TaVP2主要在茎器官中，叶片中该基因在脱水条件下的表达受到抑制，但在盐处理条件下，根中的TaVP2表达受到诱导；TaVP1在小麦器官中的表达比较丰富，但在根中的表达最高，且受到盐的诱导［13］．葡萄中两个I型VP基因均在葡萄果实发育的后期表达，且受到冷害的诱导［10］．可见，I型VP基因家族成员在植物中的表达存在组织器官和环境因子诱导的特异性，亦表明不同的I型VP成员在体内可能发挥不同的功能．植物在盐胁迫条件下，造成细胞内积累过量的超氧阴离子（O2-）、过氧化氢（H2O2）、羟自由基（．OH）和单线态1O2等活性氧（ＲOS），引起胞内和细胞膜上的脂肪酸过氧化，降低胞内大分子物质如蛋白质、核酸的合成以及蛋白质的功能［14］．植物在进化过程中，产生了多种能够清除体内活性氧的酶，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD，EC1.15.1.1），利用细胞中的H+，将O2-转化为过氧化氢（H2O2）和O2．过氧化氢（H2O2）进一步被POD （peroxidases，EC1.11.1.7）和CAT（catalase，EC 1.11.1.6）等酶清除［15，16］．多个研究表明，耐盐植物中一般具有或能诱导产生较高活性氧清除酶活，如Jin等［17］研究表明，在耐盐的大麦中，可诱导产生新的SOD和POD的同工酶；Wang等［18］研究表明，耐盐水稻中SOD和POD的活性均高于不耐盐的品种．我们前期的研究结果表明，柳树（Salix）中至少有两个I型VP成员：SVP1.1和SVP1.2［19］．盐胁迫条件下，这两个成员在不同的柳树种中具有不同的表达特性，但这两个成员的功能尚需进一步验证．本研究对两个SVP1同源基因在L0911柳树中器官（组织）表达模式以及昼夜表达模式进行了研究．将这两个成员在拟南芥中进行异源表达，通过分析阳性转基因株系在盐胁迫条件下种子的萌发、活性氧清除相关酶的活性以及细胞膜膜质的氧化（MDA）等，对两个SVP1s的功能进行了研究．1材料与方法1.1材料柳树L0911（Salix“Hailiu1”）为江苏沿江地514中国生物化学与分子生物学报第31卷区农业科学研究所选育，本实验用2 3年生枝条，15 16cm 长，在1/2Hoglangd 培养液水培40 50d．拟南芥（Columbia 生态型，WT ），转基因株系，均采用1/2MS （Murashige 和Skoog ）含1%蔗糖固体培养基中进行播种后，在泥炭土：蛭石1ʒ1进行土培．所有植物生长于温室，温度为24/18ħ（白天/黑夜），光照14h ，光照强度为600 1000μmol ·m -2·s -1．WT 拟南芥抽薹后大约7d 用于转化．5 6片莲座叶拟南芥用于分子鉴定．柳树SVP 1.1和SVP 1.2TA 克隆质粒［19］，pWM101载体，大肠杆菌DH5α，农杆菌GV3101菌种等由南通大学生命科学学院生物学系实验室保存．所用的化学试剂购自上海生工生物技术有限公司和AMＲESCO （美国）．质粒提取试剂盒购自碧云天生物技术公司（江苏海门）．内切酶、dNTP 、ExTaq 、定量表达用SYBＲPremix ExTaq TM等分子生物学相关试剂购自宝生物公司（辽宁大连）．引物合成为上海生工生物技术有限公司．1.2ＲNA 提取与cDNA 的合成用TＲIzol Plus ＲNA 试剂（Life technologies ，上海）提取ＲNA ，具体方法按说明书方法进行．cDNA合成为PrimeScript TMDouble Strand cDNA Synthesis Kit （大连宝生物），具体方法参照说明书进行．1.3柳树中SVP 1s 基因定量表达分析在ABI7500定量PCＲ仪中进行定量PCＲ分析（soft V2.0.4），具体方法参见［19］．柳树L0911根、木质部、树皮（主要为韧皮部）、叶片以及新生枝条（叶片未完全展开，长度为2 3cm ）中合成的cDNA 用于器官表达模式．L0911的叶片从6ʒ00 24ʒ00每隔2h 取样，用于叶片中SVP 1s 昼夜表达模式的定量分析．UBQ （Ubiqutin Q ）基因用于本实验cDNA 模板内参（Table 1）1.4植物表达载体构建将SVP 1.1和VP 1.2分别克隆到植物表达载体pWM101，形成pWM-SVP 1.1和pWM-SVP 1.2载体（Fig．1），所用引物如Table 1．具体方法参考分子克隆实验手册．质粒提取与酶切等按照试剂盒说明书进行．Table 1Primers used in this studyPrimer Sequence （from 5'to 3'）UsageSVP-KpnI-F1atGGTACCATGGTTTCGGTGATTTTGCCAGSVP-PstI ＲagCTGCAGTCAGAATATCTTGAAGAGCAGG Construct pWM-SVP 1.1plant expressional vector SVP-KpnI-F2atGGTACCATGGGGATGTTGAGTGAA SVP-BamHI-ＲctGGATCCTCAGAAATATTTGAACAGC Construct pWM-SVP 1.2plant expressional vector HPT Foward ACACAGCCATCGGTCCAGAC 35S promoter ＲTCTCAGAAGAACAAAGGGC Identify the Arabidopsis transgenic plants VP1.1F2ATGGTCGAGGAAGTTCGCAG VP1.1Ｒ2GAGGGGTGTGAGCATGACAA Pair to detect expression of SVP 1.1in willow ［19］VP1.2F2AATGCTCCCATACTGGTTCTC VP1.2Ｒ2GGCGATAAGTGGTGTAAGC Pair to detect expression of SVP 1.2in willow ［19］UBQL TGAGGCTTGGGGAGGAACT UBQＲGATCTTGGCCTTCACGTTGT Internal control gene using in the qPCＲ［19］OE VP1F2CTGGAGGTGCATGGGACAAT OE VP1Ｒ2ATCTTGAAGAGCAGGCCACC Detect SVP 1.1expression in Arabidopsis OE VP1F3AACTGTCGACGTCTTGACCC OE VP1Ｒ3GGATCTCCGATCGTGTCACC Detect SVP 1.2expression in Arabidopsis AtVP1F1TCATGGGTTGGCTTACCGAC AtVP1Ｒ1AGTTCTTTCACGGATGCGGTDetect endogenous AtVP 1gene expressionＲestricted enzyme sites wereunderlinedFig．1Diagram of pWM-SVP 1vector TBL （Ｒ）：T Border Left （Ｒight ）；35S P ：35S promoter ；35S En ：35SEnhancer ；HPT ：hygromycin B phosphotrasferase resistance gene ，VP 1.1and VP 1.2are two Salix VP 1genes614第4期余春梅等：过量表达柳树两个SVP1s基因提高拟南芥抗盐胁迫能力1.5农杆菌的转化农杆菌GV3101用CaCl2制备感受态，用冻融法将测序正确的pWM-SVP1.1和SVP1.2质粒转化农杆菌，并通过菌落PCＲ鉴定为阳性的单克隆，用于后续转化．1.6拟南芥侵染侵染方法采用浸花法［20］．将转化pWM-SVP1.1和SVP1.2农杆菌在LB溶液中培养至A600=1，离心收集后，悬浮在等体积的1/2MS液体（含5%蔗糖，0.1% 0.3%Silwet）溶液中，用滴管滴加在WT花序的顶部，暗培养24h后，恢复正常培养．1.7拟南芥转基因阳性植株筛选和分子检测收获侵染过的拟南芥T1代种子经20%bleach 溶液消毒10min，蒸馏水洗涤5 6次，将种子点播于潮霉素（HPT+，15mg/L）1/2MS筛选培养基上筛选约14d后，表现抗性转基因长出真叶，盆栽培养．待在土培苗长出5 6片真叶后，取适量叶片提取基因组DNA（天根植物基因组提取试剂盒，DP320，具体方法参照试剂盒说明书），选用相应引物（Table 1，35S HPT Forward和35S PromoterＲ）进行PCＲ鉴定．T1植株进一步用于提取ＲNA，合成cDNA，并进行单株中两个外源SVP1s和拟南芥内源的AVP1（At1G15690）表达检测．对基因组、转录水平检测均为阳性的植株，繁殖至T3，T3表现无抗性分离的株系用于功能验证．1.8转基因拟南芥耐盐性检测1.8.1萌发率统计T3转基因拟南芥种子和及WT种子经消毒后点播于含100mmol/L NaCl的1/ 2MS+1%蔗糖培养基中，每皿种子各100粒，重复3次，培养7d后统计发芽种子数．1.8.2盐胁迫下抗氧化酶活性采用与1.7中相同的T3株系材料，土培至5 6片莲座叶，分别进行0，100，200mmol/L NaCl溶液处理7d后，检测过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）等的活性，具体方法参照文献［21，22］．1.8.3细胞膜损伤程度测定取0.500g样品，加5%三氯乙酸5mL，研磨后所得匀浆在3000r/min 下离心10min．取上清液2mL，加0.67%硫代巴比妥酸2mL，混匀后在100ħ水浴30min，冷却后3000r/min离心10min．取上清液测定在450nm、532nm和600nm处吸光度值．按文献［21，22］方法计算MDA浓度．上述方法对所有株系的测定均设3次生物样品重复和3次技术重复，每个参数测定取其平均值．1.9统计方法利用SPSS13.0软件进行显著性差异分析（Student’s t-test）2结果2.1两个SVP1s基因在柳树L0911中的器官表达模式通过器官表达模式的分析表明，SVP1.1韧皮部中表达相对较高，是其在根中的4 5倍，在木质部中表达相对较低，大约为根中的0.4 0.5倍．而SVP1.2在韧皮部和新生枝条中表达相对较高（Fig．2）．两个基因不同的表达模式，可能表明两者在不同的组织或不同发育阶段发挥功能．Fig．2Transcriptional pattern analysis of two SVP1 genes in different organs of L0911All samples were collected from at least three individual cuttings and pooled together for isolating totalＲNA．TheＲNA was converted to cDNA．QuantitativeＲT-PCＲwas performed，in which the willow UBQ gene was used as the internal control．The transcriptional profiles in all samples were compared to that in roots．Data are meanʃS．E．M．（n≥3），*P＜0.05，＊＊P ＜0.01，＊＊＊P＜0.001，Student’s t-test2.2两个SVP1s基因在柳树L0911叶片中的昼夜表达模式在柳树L0911中，两个SVP1基因的表达在6ʒ00 16ʒ00间没有明显变化．但18ʒ00后两个基因的表达均呈现下降，到22ʒ00为最低值，大约为对照样品（6ʒ00）的0.5倍（Fig．3）．随后，随着暗处理时间的延长，VP1.2的增加明显快于VP1.1，说明两个基因可能对暗处理的响应不相同．2.3pWM-SVP1s植物表达载体的构建以及重组农杆菌的获得通过Table1中引物分别以SVP1.1和VP1.2TA714中国生物化学与分子生物学报第31卷Fig．3Daily course of the accumulation of two SVP 1transcripts in L0911leavesLeaves were collected fromthree different cuttings and pooled together for isolating ＲNA．cDNA synthesis and ＲT q-PCＲexperiments were conducted．The Ubiquitin Q gene was used as an internal control．All samples in transcriptional analysis were compared at the 6：00AM．The light was turn on at 6：00AM ，and off at 20：00PM．Data are mean ʃS．E．M．（n ≥3），*P ＜0.05，Student ’s t -test质粒为模板进行扩增后，通过相应的酶切处理载体和PCＲ产物后，经过连接，转化至大肠杆菌后，对获得单克隆进行鉴定．重组质粒经过酶切和测序验证后（Fig．4），用于后续的农杆菌转化．对农杆菌进行PCＲ鉴定后（结果未显示），用于后续拟南芥的转化．Fig．4Identification of the pWM-SVP 1s recombinantvectorＲestriction enzymes digested products wereseparated by 1%agarose gel electrophoresis．1．pWM-VP 1.1recombinant plasmid．2．pWM-VP 1.2recombinant plasmid．3．pWM-VP 1recombinant plasmid without ＲE treatment．The upper and lower bands were the open circle and super coiled molecular of the recombinant plasmid ，respectively．4．pWM101vector．M．DNA molecular size standards2.4阳性转基因拟南芥的筛选与分子鉴定进行T1种子的潮霉素抗性筛选和T1植株的分子鉴定．如Fig．5A 所示，转基因阳性植株能正常生长呈现绿色，而阴性植株会逐渐黄化死亡．对表现抗性的植株通过T1植株进一步通过Table 1中的引物HPT foward 和35S promoter Ｒ进行验证．Fig．5B 显示了部分材料的鉴定结果，表明这些材料中具有pWM 101载体上35S 启动子和潮霉素基因序列，但目标基因是否能正常表达，尚需进一步验证．Fig．5Identification of positive Arabidopsis transgenic plants（A ）T1seeds germinated on HPT （15mg /L ）selective 1/2MS medium．Positive transgenic individual plants could grow true leaves ，while other plants died on the selective medium．The arrows showed the positive ones．（B ）PCＲproducts of primers HPT forward and 35S promoter Ｒwere separated by 1%agarose gel electrophoresis．The brightest bands were the DNA fragments spanning the 35S promoter and HPT gene on pWM 101vector．M ：DNA molecular size standards．1：WT plants．2-8：T1individual plants which were screened by the HPT selective medium （only showed part of plant T1identified ）2.5SVP 1s 基因的表达检测过量表达SVP 1.1和SVP 1.2成员的植株中同时含有内源AVP 1基因的表达．本研究设计了这3个基因特异引物（Table 1），检测T1单株VP 1s 转录水平．统计检测的材料，发现80%以上T1单株（总数为46株，结果未显示）能够表达外源基因；部分材料虽然在基因组水平检测到载体序列的存在，但目标SVP 1s 基因不表达（如Fig．5B ，Lane 2）．2.6转基因植株耐盐性检测2.6.1盐胁迫条件下转基因拟南芥萌发率高于野814第4期余春梅等：过量表达柳树两个SVP 1s基因提高拟南芥抗盐胁迫能力Fig．6SVP 1expression in Arabidopsis T1transgenic plantsLeaves of T1individual plants （positive plantsscreened by HPT ）were collected for isolating ＲNA．cDNA synthesis and ＲT-PCＲwere conducted．The PCＲproducts were separated by 1%agarose gel electrophoresis．1：WT ；2-4：SVP 1.1T1individual transgenic plants ；5-7：SVP 1.2T1transgenic plants．Arabidopsis AVP 1（At 1G 15690）as internal control生型对照在含有100mmol /L NaCl 的1/2MS培养Fig．7ＲOS scavenging related enzyme activities and MDA contents in leaves under salt stress （A ）SOD enzymeactivities．（B ）POD enzyme activities．（C ）CAT enzyme activities．（D ）MDA contents．WT ，Col-0ecotype ；SVP1.1OE2and OE7，SVP1.2OE3and OE6are T3lines come from T1which can express SVP 1s gene．OE lines and WT seedling with 5-6leaves were treated under 0，100and 200mmol /L NaCl for 7days and the leaves were collected for enzyme activities （orMDA contents ）test．Data are mean ʃS．E．M．（n ≥3），*P ＜0.05，＊＊P ＜0.01，＊＊＊P ＜0.001，Student ’s t -test基上，转SVP 1.1基因拟南芥萌发率为85%ʃ4.7%，其根和子叶均能正常生长；而转SVP 1.2基因拟南芥萌发率为45%ʃ5.2%，主根和子叶生长速度慢；野生型拟南芥萌发率为31.5%ʃ2.3%，幼根短小、子叶展开困难．所有材料在未处理的1/2MS 培养基萌发率为95.3%ʃ2.5%．2.6.2盐胁迫下转基因拟南芥具有更高的活性氧清除酶活从Fig．7A 可知，SOD 酶活性，在WT 中，随着NaCl 浓度的增大，呈先升后降趋势．尽管转SVP 1.1s 株系间的SOD 酶活差别较大，但随着NaCl 浓度的增大，有较大的诱导；比较两个同源基因SVP 1.1和SVP 1.2株系，SVP 1.1转基因株系随着盐浓度的增大，酶活上升；SVP 1.2株系在高盐浓度下稍有下降．胁迫条件下，转基因株系的最高酶活是其自身对照的6 7倍，是野生型对照的4 5倍．随着NaCl 浓度的增大，转S VP 1.1s 拟南芥中的POD 酶活性（Fig．7B ）高于对照WT ，且转SVP 1.1株系的酶活在两种盐胁迫条件下均高于转SVP 1.2914中国生物化学与分子生物学报第31卷植株．随着NaCl浓度的增大，所有植株中CAT活性均呈上升趋势，但VP1.1OE植株的CAT的活性比WT和VP1.2OE植株的活性的增长量大（Fig．7C）．总体来说，OE植株中抗氧化酶活上升幅度一般高于野生型，说明两个SVP1都能提高盐胁迫条件下拟南芥的抗氧化能力．比较两个同源SVP1基因，SVP1.1转基因植株维持了更高的胞内SOD、POD和CAT活性，因此，可以更有效的清除氧自由基．2.6.3盐胁迫下转SVP1.1基因的拟南芥的膜质氧化程度相对较轻所有检测的材料均显示，随着NaCl浓度的增大，MDA含量呈不断上升趋势．在高盐胁迫下，WT和转SVP1.2OE植株叶中的MDA含量比SVP1.1OE植株高（Fig．7D），说明转SVP1.1 OE植株膜质的过氧化程度较低．3讨论本研究通过对两个SVP1基因在不同组织中表达模式的分析表明，它们在所有检测的器官中均有表达，但在树皮（主要为韧皮部）中的表达最高（Fig．2），可能与木本植物需要较为强大的动力将叶片光合作用的产物运输到根部有关［9］．Gaxiola 等［9］综合植物中对VP1的研究结果，对位于不同部位的VP1酶的功能提出了如下假设：在叶肉细胞中，位于液泡膜中的VP1主要水解代谢副产物PPi （焦磷酸），促进光合作用；在筛管细胞中，其主要功能是PPi合成酶，促进蔗糖运输到根部．关于VP1作为PPi合成酶尚需要进一步的实验验证，我们的工作为揭示VP1在微管组织中发挥的功能奠定了基础，我们将会从细胞学、生理学的角度进一步揭示其在柳树中发挥的功能．同一基因家族的不同成员在植物中可能有功能冗余、或不同的成员的生物学功能、生化功能发生变化是在植物中较为普遍的现象［11-12，23-24］．在本研究中，通过转录水平以及两个基因的拟南芥OE植株揭示以下2种可能：1）．SVP1.2在体内发挥的功能可能与营养有关，在需能、需要营养物质较多的组织中，SVP1.2发挥更主要的功能．Fig．2显示，SVP1.2在新生枝条和韧皮部组织中的表达更高；2）SVP1s 编码的蛋白质可能活性不尽相同．本研究发现：SVP1.1OE株系的耐盐表现高于SVP1.2OE株系，其可能的原因是两个基因的OE株系表达水平不尽相同外（Fig．6），也可能存在生化活性的差异．SVP1.1和SVP1.2的一级氨基酸序列的相似性高达81.21%，在焦磷酸（PPi）和两个酸性化基序（acidic motif）（DX3DX3D）完全一致．在5个参与形成氢键的氨基酸残基中，SVP1.1发生了较为保守的Ｒ（精氨酸残基）到K（赖氨酸残基）变化外，其余4个残基完全一致．从其三维结构看，主要是N端的无规卷曲不能重合［19］．拟南芥AVP1中，E229D （谷氨酸到天冬氨酸）的突变提高了AVP1水解焦磷酸和质子转移功能［23］，两个SVP1s是否存在生化活性的差异尚需进一步的验证．比较已经测序的植物基因组的VP1基因，发现多种植物中的VP1存在多个成员（www．phytozome．net），如杨树中具有4个VP1基因，禾本科植物玉米（Zea mays）中至少有8个成员、水稻（Oryza sativa）中有6个成员［12］．同一物种中，不同的VP1同源蛋白（同工酶）生化活性的分化，尚未见相关的研究报道，我们后续的研究将进一步揭示柳树（或其它植物）中，VP1基因成员的功能分化．通过本研究表明，将柳树中两个SVP1s基因转入拟南芥中，提高了拟南芥在盐胁迫条件下的萌发率，能够更好诱导活性氧清除相关的酶活，提高植物的抗氧化能力，在一定程度上降低了胁迫条件下植物的膜脂氧化程度．到目前为止，针对草本植物VP1的研究相对较多，如在苜蓿（alfalfa）、大麦［24，25］中表达拟南芥中的AVP1能显著提高植物耐盐和干旱胁迫的能力．木本多年生植物中VP1基因的报道相对较少，结合我们以及Dong等［26］的研究结果，木本多年生植物中的VP1基因与其在草本植物中的同源基因具有类似的功能，本研究丰富了对木本植物中有关VP1基因功能的认识，为研究VP1基因在微管组织较为丰富的植物中发挥的功能奠定了基础，同时为提高植物的耐盐性提供了基因资源．参考文献（Ｒeferences）［1］涂忠虞主编．柳树育种与栽培［M］．南京：江苏科学技术出版社（Tu Zhong-Yu ed．Breeding and Cultivation of Willow［M］．Nanjing：Jiangsu Science and 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信噪比在生物特征识别中的应用信噪比（Signal-to-Noise Ratio，简称SNR）是衡量信号质量的一个重要指标，在生物特征识别领域，它同样扮演着关键角色。
本文将探讨信噪比在生物特征识别中的应用，分析其重要性、面临的挑战以及可能的解决方案。
一、信噪比的基本概念及其在生物特征识别中的重要性信噪比是信号强度与背景噪声强度的比值，通常用分贝（dB）来表示。
在生物特征识别系统中，信噪比直接影响到特征提取的准确性和识别系统的可靠性。
生物特征识别技术包括但不限于指纹、面部、虹膜、声音、DNA等识别方式。
每种生物特征都有其独特的模式和复杂性，而信噪比在这些特征的采集、处理和分析过程中起着至关重要的作用。
1.1 信噪比对生物特征采集的影响生物特征的采集过程需要高精度的传感器和设备，以确保采集到的数据能够真实反映个体的特征。
然而，采集过程中不可避免地会受到环境噪声和其他干扰的影响，这些噪声会降低采集数据的质量。
高信噪比意味着信号中的有用信息更加突出，有助于提高采集数据的准确性。
1.2 信噪比对特征提取的影响特征提取是生物特征识别中的关键步骤，它涉及到从原始数据中提取出能够代表个体特征的关键信息。
信噪比的高低直接影响特征提取的准确性。
在信噪比较低的情况下，噪声可能会掩盖或扭曲特征，导致特征提取不准确，进而影响识别效果。
1.3 信噪比对识别算法的影响生物特征识别算法需要处理和分析提取出的特征，以实现个体的识别和验证。
信噪比的高低会影响算法的判断准确性。
在高信噪比的情况下，算法能够更加准确地识别和区分不同个体的特征，提高识别系统的可靠性。
二、信噪比在生物特征识别中的挑战尽管信噪比对于生物特征识别至关重要，但在实际应用中，提高信噪比面临着多方面的挑战。
2.1 环境噪声的影响生物特征的采集通常在非理想环境中进行，环境噪声如光照、温度、湿度等都会对采集数据的质量产生影响。
这些噪声源可能会降低信噪比，使得特征提取变得困难。
智慧树答案表观遗传学知到课后答案章节测试2022年
第一章1.下列关于个体发育描述错误的是（）。
答案:完全由基因决定2.下列不属于非编码RNA的有（）。
答案:mRNA3.下列关于表观遗传描述正确的有（）。
答案:可遗传;调控基因表达;可逆转;DNA序列不发生变化4.下列关于核小体描述正确的有（）。
答案:位于细胞核内;形成致密的染色质结构;由DNA和组蛋白八聚体组成5.下列关于非编码RNA描述正确的有（）。
答案:调控基因表达;在整个基因组中占比高6.基因表达受到以下哪些因素的调控（）。
答案:DNA序列;DNA修饰;非编码RNA;组蛋白修饰7.一个基因对应一个表型，所以克隆动物具有与上一代完全一样的表型。
（）答案:错8.DNA甲基化修饰可以长时程影响基因转录，在发育和疾病中具有特殊作用。
（）答案:对第二章1.核小体研究主要用哪种酶作为主要实验工具（）。
答案:微球菌核酸酶2.负责稳定核小体结构的组蛋白是（）。
答案:H13.核小体核心颗粒DNA的长度是（）。
答案:146 bp4.核小体组装过程中，H3-H4四聚体优先于H2A-H2B二聚体进入。
（）答案:对5.核小体定位造成染色质结构不均匀，其中基因启动子区核小体的定位水平最高。
（）答案:错6.影响核小体定位的DNA序列特性包括（）。
答案:柔性;周期性信号;弯曲度第三章1.真核生物染色质包括以下哪些（）。
答案:兼性异染色质;异染色质;常染色质;组成型异染色质2.真核生物染色质是以核小体为单体的聚合物。
（）答案:对3.染色质结构改变与以下哪些过程紧密相关（）。
答案:DNA损伤修复;DNA复制;同源重组;基因转录4.不依赖于ATP水解的染色质结构改变主要有（）。
答案:组蛋白修饰;DNA甲基化;染色质构象变化5.染色质重塑不依赖于ATP水解获得能量。
（）答案:错6.染色质重塑模式包括（）。
答案:释放;置换;重排;移除7.INO80是负责置换H2A.Z组蛋白变体的主要重塑复合体。
（）答案:错8.染色质重塑子包括（）。
2023届天津部分区高三质量调查一生物试题(含答案解析)
2023届天津部分区高三质量调查一生物试题学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．用显微镜观察胎儿或新生儿的体细胞，难以发现的遗传病是（）A．红绿色盲B．镰状细胞贫血C．21三体综合征D．猫叫综合征【答案】A【分析】1.人类遗传病分为单基因遗传病、多基因遗传病和染色体异常遗传病：（1）单基因遗传病包括常染色体显性遗传病（如并指）、常染色体隐性遗传病（如白化病）、伴X染色体隐性遗传病（如血友病、色盲）、伴X染色体显性遗传病（如抗维生素D佝偻病）；（2）多基因遗传病是由多对等位基因异常引起的，如青少年型糖尿病；（3）染色体异常遗传病包括染色体结构异常遗传病（如猫叫综合征）和染色体数目异常遗传病（如21三体综合征）。
2.单基因遗传病主要是由于基因突变形成的，在光学显微镜下不能观察到其致病基因；染色体变异可在光学显微镜下观察到。
【详解】A、红绿色盲是伴X染色体隐性遗传病，在光学显微镜下观察不到其致病基因，符合题意，A正确；B、镰刀型细胞贫血症属于常染色体隐性遗传病，在光学显微镜下观察不到其致病基因，但可能观察到镰刀型红细胞，不符合题意，B错误；C、光学显微镜下可观察到染色体变异，而21三体综合征属于染色体数目异常遗传病，可在光学显微镜下观察到，不符合题意，C错误；D、光学显微镜下可观察到染色体变异，而猫叫综合征属于染色体异常遗传病，可在光学显微镜下观察到，不符合题意，D错误。
故选A。
2．酶能通过降低化学反应活化能来催化代谢反应。
下列选项中与该原理不．直接相关的是（）A．食物中的蛋白质在人胃里的消化B．成熟的苹果可促进香蕉成熟C．氨基酸脱水缩合形成肽链过程中，需要蛋白质参与D．向过氧化氢溶液中滴加新鲜的肝脏研磨液，促进过氧化氢的分解【答案】B【分析】酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，极少数酶是RNA。
LncRNA：从“转录噪声”到科研高地的逆袭
LncRNA：从“转录噪声”到科研高地的逆袭来源：分析测试百科网 2002年日本学者Okazaki在对小鼠cDNA文库进行测序时，第一次发现并鉴定了一类较长的转录产物，并将其命名为长链非编码RNA，也就是我们所知的LncRNA。
然而在这种非编码RNA 被发现后的很长时间里，由于它不参与蛋白质的编码，当时认为不具有生物学功能，科学家们都普遍认为lncRNA仅仅是基因的“转录噪声（transcriptional noise）”。
相比于过去十年间sncRNA（短链非编码RNA，包括microRNA、siRNA、snoRNA 和 PiwiRNA等）的风生水起，lncRNA由于序列长度，研究方法的限制而受到了忽视。
一般认为，长度大于200nt的ncRNA就可以定义为LncRNA，这是一种和信使RNA结构相似的，缺乏开放阅读编码框的非编码RNA，是RNA聚合酶II的转录产物，主要分布在细胞核和细胞质中。
根据lncRNA 编码转录物的长度，lncRNA可以大致分为五类：lncRNA、基因间区长链非编码RNA(long -integenic noncoding RNA, lincRNA)、位于基因间区的超长链非编码RNA(very long -integenic noncoding RNA)、宏RNA(macroRNA)，以及与启动子相关联的lncRNA(promoter-associated long RNA)。
虽然最初lncRNA被认为是基因组转录的 “噪音” ，是PolII转录的副产物，但近年来越来越多研究表明lncRNA广泛地参与基因表达的调控，在细胞的增殖、分化、凋亡以及肿瘤的发生、发展中发挥重要作用。
而且有些lncRNA还可作为某些功能性sncRNA的前体物质，间接性参与靶基因的调控。
1.LncRNA的特点 结构特点：LncRNA分子的结构解析对LncRNA的功能及作用机制研究具有非常重要的作用，但是由于LncRNA处于生物体这个复杂的整体中，其自身会受到生物体的调控而发生相应的变化，加之数量庞大、分子量大、体外稳定性较差、难以结晶等特点，使得其结构研究很困难重重，目前仅有少量研究报道其结构。
北京市通州区2022至2023年高三期末摸底考试生物专题训练
选择题以下对人体胃壁细胞和生活在胃肠道里的幽门螺杆菌共同特征的叙述，不正确的是（）A.合成蛋白质的场所都是核糖体B.都具有生物膜，但复杂程度不同C.细胞呼吸的过程和场所都相同D.都需要从生存环境中摄取有机物【答案】C【解析】据题意可知，胃壁细胞属于真核细胞，幽门螺杆菌属于原核生物。
真、原核细胞的本质区别是有无以核膜为界限的细胞核。
A、胃壁细胞和幽门螺杆菌都有核糖体，都能在此细胞器中合成蛋白质，A正确；B、生物膜系统包括细胞膜、细胞器膜和核膜，原核细胞没有具膜细胞器，也没有核膜，但有细胞膜，故虽然真核细胞和原核细胞都有生物膜，但真核细胞的生物膜更复杂，B正确；C、真核细胞呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸，场所在细胞质基质和线粒体，而原核细胞没有线粒体，只能在细胞质基质中进行呼吸作用，C错误；D、胃壁细胞和幽门螺杆菌都是异养型，都需要从外界获得营养物质，D正确。
故选C。
选择题以下为光合作用和细胞呼吸共有的代谢过程是（）A.将ADP转化为ATPB.将葡萄糖分解为丙酮酸C.将光能转变为化学能D.将CO2转化为葡萄糖【答案】A【解析】光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段可以将光能转变为ATP中活跃的化学能，暗反应阶段可以将ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能。
细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸，有氧呼吸是对有机物的彻底氧化分解，无氧呼吸是对有机物的不彻底氧化分解。
A、光合作用的光反应阶段和呼吸作用均能产生ATP，A正确；B、光合作用的暗反应阶段将CO2转化为糖类，积累糖类等有机物，而呼吸作用第一阶段将葡萄糖氧化分解为丙酮酸，B错误；C、光合作用将光能转变为ATP中活跃的化学能，再转变为有机物中稳定的化学能，而呼吸作用将有机物中稳定的化学能转变为热能和ATP中活跃的化学能，C错误；D、光合作用的暗反应阶段将CO2转化为葡萄糖，有氧呼吸将葡萄糖氧化分解为CO2和水，D错误。
故选A。
选择题ATP合成酶就像一个“微型水电站”一样，利用膜两侧的H＋浓度差合成ATP。
rscu值范围
rscu值范围RSCU值范围是指在DNA序列中四种碱基（A、T、C、G）的相对出现频率。
这个值可以反映出基因序列的特点和功能，对于基因组学研究非常重要。
本文将从人类基因组的角度出发，介绍RSCU值范围的意义和应用。
一、RSCU值范围的定义及计算方法RSCU值（Relative Synonymous Codon Usage）是指在DNA序列中某个密码子相对于其对应的氨基酸出现的频率。
它可以通过以下公式计算得出：RSCU值 = 实际出现的该密码子的频率 / 期望出现的该密码子的频率二、RSCU值范围与基因组特征的关系1. 基因表达水平：RSCU值范围可以反映基因的表达水平。
一般来说，RSCU值高的密码子在基因表达中出现的频率也高，说明该密码子对应的氨基酸在蛋白质合成中更为常见。
相反，RSCU值低的密码子相对较少出现，说明其对应的氨基酸在蛋白质合成中相对较少。
2. 基因功能：不同功能的基因在RSCU值范围上也有所区别。
例如，RSCU值高的密码子在高表达基因中更常见，而RSCU值低的密码子在低表达基因中更常见。
此外，一些特定功能的基因（如抗生素抗性基因）在RSCU值范围上也有其特殊模式。
三、RSCU值范围的应用1. 基因组特征研究：通过分析不同基因组中的RSCU值范围，可以了解到不同物种的基因组特征和进化历程。
例如，研究发现，不同物种的RSCU值范围存在一定的差异，这些差异可能与物种的进化关系和生存环境有关。
2. 基因工程优化：在基因工程中，通过调整RSCU值范围，可以优化目标蛋白质的表达效率和稳定性。
研究人员可以通过合成基因的方法，将目标基因的密码子序列进行重编码，使其与宿主细胞的RSCU值范围更加匹配，从而提高目标蛋白质的表达水平。
3. 人类疾病研究：RSCU值范围的异常与一些人类疾病的发生和发展相关。
例如，某些遗传性疾病与特定基因的RSCU值范围异常有关。
通过深入研究这些异常，可以为相关疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。
《DNA复制、转录与翻译练习》参考答案
《DNA复制、转录与翻译练习》参考答案一、名词解释（略）二、问答题1、答：DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制(semiconservati ve replication)。
并非所有的DNA复制都以半保留的方式进行，但双链DNA通常都以半保留方式复制。
2、答：在E.coli中，共发现了3种D NA聚合酶，即DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
DNA聚合酶Ⅰ是个多功能酶，具有5’--→3’聚合功能；3’--→5’外切功能以及3’--→5’外切功能。
DNA聚合酶Ⅱ与DNA聚合酶Ⅰ功能相似，但没有5’--→3’外切功能。
DNA聚合酶Ⅲ与DNA聚合酶Ⅱ功能相同，但其聚合活性比DNA聚合酶Ⅰ高1000倍，是E.coliDNA复制中的最主要酶。
DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ是在1999年才被发现的,它涉及DNA的错误倾向修复(errorpr one repair)。
当DNA受到较严重损伤时, 即可诱导产生这两个酶,使修复缺乏准确性(accurac y),因而出现高突变率。
其生物学意义在于高突变率虽会杀死许多细胞,但至少可以克服复制障碍, 使少数突变的细胞得以存活。
3、答：DNA的双螺旋结构中的两条链是反向平行的，当复制开始解链时，亲代DNA分子中一条母链的方向为5′～3′，另一条母链的方向为3′～5′。
DNA聚合酶只能催化5′～3′合成方向。
在以3′～5′方向的母链为模板时，复制合成出一条5′～3′方向的前导链，前导链的前进方向与复制叉的行进方向一致，前导链的合成是连续进行的。
而另一条母链仍以3′～5′方向作为模板，复制合成一条5′～3′方向的随从链，因此随从链会成方向是与复制叉的行进方向相反的。
基因转录水平下降的原因
基因转录水平下降的原因基因转录水平下降，这事儿就像一辆汽车突然减速，原本高速运转的引擎开始变得迟缓。
那到底是啥让这基因转录像个泄了气的皮球，没了往日的活力呢？咱先说说环境因素吧。
基因就像一个娇弱的小娃娃，周围的环境要是变得恶劣，它就容易出状况。
就好比一棵小树苗，要是天天处在狂风暴雨或者干旱的环境里，肯定长不好。
基因也是一样，要是细胞周围的化学环境变了，比如说酸碱度不合适了，就像小树苗周围的土壤突然变得过酸或者过碱，那基因转录的那些个酶啊，就像小树苗的养料输送管道被堵住了，没办法正常工作了。
再比如说，要是细胞里的温度突然升高或者降低，这基因转录就像一个原本在恒温环境下演奏的乐队，突然被扔到了冰火两重天的地方，乐器都不好使了，那音乐（转录）自然就没法好好进行了，水平可不就下降了嘛。
还有啊，DNA甲基化这事儿也挺关键的。
DNA就像一本写满密码的书，甲基化呢，就像是在这本书的某些页码上贴了小纸条，把内容给遮住了一部分。
本来基因转录就像按照书上的内容一字一句地念出来，结果这小纸条一贴，有些字看不到了，转录的时候就容易出错或者干脆就进行不下去了。
这就好比你照着菜谱做菜，结果菜谱上有些关键步骤被墨水盖住了，你是不是就懵了，做出来的菜可能就不是那个味儿了，基因转录水平也就跟着下降了。
蛋白质调控也是个不能忽视的因素。
有些蛋白质就像基因转录的小管家，管着转录的速度和效率。
要是这些管家蛋白质出了问题，比如说数量不够了或者自身的结构被破坏了，那就像一家公司的管理人员突然消失或者失职了，整个公司的运作就会乱套。
基因转录就像这家公司的一个重要项目，没了有效的管理，能不出岔子吗？转录水平自然而然就下降了。
另外，细胞信号传导也和基因转录水平息息相关。
细胞之间就像一个个小村落，它们之间要互相传递消息。
基因转录就像按照这些消息来准备一场盛大的活动。
要是细胞信号传导这个消息传递的环节出了问题，就像两个村落之间的通信线路断了，基因转录就像没接到通知一样，不知道该怎么做，要么做得很慢，要么就干脆不做了，转录水平也就下降了。
基因转录调控的概率模型
基因转录调控的概率模型基因转录是指DNA序列被转录成RNA分子的过程。
这个过程被分为三个步骤：启动、延伸和终止。
这个过程受到许多调控机制的影响，这些调控机制可以促进或抑制基因的转录。
这使得基因表达能够对环境和细胞状态进行快速响应。
研究表明，转录调控在许多生物过程中起着至关重要的作用，如发育、代谢、细胞增殖和分化等。
转录调控的概率模型旨在解释基因表达的变异和稳定性，以及转录因子与DNA的结合效率与定向性。
其中最常见的模型是数学模型和物理学模型。
一、数学模型数学模型是通过数学模型建立反应均衡方程来预测基因表达水平。
该模型将基因转录产物的浓度与转录因子、RNA聚合酶和其他相互作用的分子的速率方程式联系起来来预测反应。
该模型可以通过参数化来比较不同生物之间的基因表达和调控机制，例如人类和小鼠的转录调控因素。
数学模型中有一个重要的概念是基因表达的噪声。
噪声是指基因表达在单个细胞或种群中的变异性。
噪声可以产生从基因变异到细胞命运决定的连续变化。
研究表明，噪声的大小与转录调控机制有关，因此，数学模型可以预测不同因素对噪声的影响。
二、物理学模型物理学模型是通过建立转录因子与DNA的结合或释放动力学方程来描述转录调控机制的。
该模型确定了由转录因子决定的基因的表达水平，以及转录因子与DNA之间的优势关系。
该模型还可以帮助解释一些与转录因子和DNA的物理互动有关的现象，如DNA卷曲和转录因子启动基序特异性等。
这种类型的模型还可以预测特定细胞类型和分化状态下基因表达的稳定性和变异水平。
这是因为转录因子和DNA互动的物理特性取决于限制性组合和化学修饰的组合，这些结构特性会随着细胞周期、细胞命运和生命过程的不同而发生变化。
三、概率模型概率模型是将概率论的方法应用于转录调控的建模。
这些模型可以预测基因表达的动态变化和基因表达的噪声，从而为基因表达和转录调控机制的定量研究提供有用的工具。
例如贝叶斯网络和随机群体模型。
贝叶斯网络是一种图像化表示方法，可以描绘转录调控网络中基因和转录因子之间的关系。
利用大数据技术快速探讨多个物种的转录谱
利用大数据技术快速探讨多个物种的转录谱在生物学研究中，对于一种物种来说，探讨其转录谱是非常基础和重要的任务。
转录谱是指在不同的组织、不同的情况下，某一种物种的所有基因在转录（即生成mRNA）中的表达情况。
通过探讨转录谱，可以帮助我们了解某一种物种的生命过程、适应机制和疾病发生的原因等等。
然而，针对单一物种的转录组研究通常需要大量的时间、人力和物力，而且处理的数据量也非常大，难以统一和比较。
特别是对于多个物种的比较和研究，更是一项非常复杂且艰巨的任务。
因此，利用大数据技术快速探讨多个物种的转录谱，成为了目前研究生物学领域中非常重要而且具有前景的任务。
在利用大数据技术进行多个物种转录谱探讨时，首先需要进行的工作是确定所使用的数据来源。
通常，这些数据可以来自于类似 NCBI 提供的数据库，其中包含着各种物种的转录组数据。
这些数据涵盖了该物种的各个组织、不同状态和处理情况下的信息，非常丰富，但数据量也非常巨大。
针对这些数据，我们可以采用类似于机器学习中的聚类分析、主成分分析等技术进行处理和分析，进而找出其中的规律和特征。
例如，在某一个组织内部，同一种物种不同基因在不同情况下表达的差异可以用聚类分析进行分类和概括。
在不同组织之间的差异，可以用主成分分析的方法进行归纳和比较。
此外，还可以利用相关的算法和模型进行转录谱的预测和预测结果的验证。
例如，可以使用基于机器学习的算法进行基因的分类和标记，进而预测某些基因的表达情况。
同时，可以利用相关染色体和生物发育的信息，验证这些预测的结果的可靠性和有效性。
当然，对于多个物种的比较和探讨，还需要考虑到基因的同源性以及物种之间传承和进化的关系。
为此，需要进行大量的基因组比较和分析，并利用相关的进化树和生物学知识对结果进行验证和解释。
总之，利用大数据技术快速探讨多个物种的转录谱，具有非常重要的意义和价值，可以帮助我们更好地理解生物学领域的很多问题，了解各种物种的生命特征和智慧，并为基因工程、医药研究等领域提供更优质的数据和信息。
基因转录调控中噪声效应的研究的开题报告
基因转录调控中噪声效应的研究的开题报告摘要：基因转录调控过程中存在大量的噪声效应，这些噪声效应会影响基因表达的稳定性和精确度，进而影响生物体的生长和发育。
本文将对基因转录调控中噪声效应进行系统研究，探讨噪声来源、形成机制、统计分布等方面，并分析噪声效应对基因表达的影响，以及减少噪声效应的方法。
本研究可为基因调控机制研究以及生物工程应用提供理论支持。
关键词：基因转录调控；噪声效应；基因表达；生物体生长发育；生物工程1. 研究背景和意义基因转录调控是生物细胞内重要的基因表达调控机制，它通过调控基因的转录水平，控制蛋白质的合成和生物过程的发生。
然而，在基因转录调控过程中存在大量的噪声效应，这些效应包括生物体内部和外部因素的噪声以及基因表达本身的噪声。
噪声效应会影响基因表达的稳定性和精确度，进而影响生物体的生长和发育过程。
研究基因转录调控中的噪声效应，对于深入了解基因调控机制、探索基因表达的实质、发掘生物工程应用等具有重要价值。
目前，该领域的研究尚处于初步阶段，需要进一步的深入探讨。
2. 研究目的和内容本研究旨在系统研究基因转录调控中的噪声效应，包括噪声来源、形成机制、统计分布等方面，并进一步分析噪声效应对基因表达的影响，以及减少噪声效应的方法。
具体研究内容包括：(1) 噪声效应的种类和来源(2) 基因表达的噪声效应机制(3) 噪声效应的统计特征和分布规律(4) 噪声效应对基因表达的影响(5) 减少噪声效应的方法及其应用前景3. 研究方法和步骤本研究将采用计算机模拟、实验验证、文献调研等多种研究方法进行。
具体步骤包括：(1) 收集并综合相关文献(2) 利用计算机模拟建立基因转录调控噪声效应的数学模型(3) 实验验证模型的可行性和正确性(4) 分析噪声效应对基因表达的影响(5) 探究减少噪声效应的方法并分析其应用前景4. 预期结果和意义(1) 通过对基因转录调控过程中噪声效应的深入研究，提高人们对基因调控机制的认知；(2) 发掘噪声效应对基因表达的影响，为生物研究提供理论基础；(3) 探寻减少噪声效应的方法，为生物工程的应用提供技术支持。
单细胞RNA测序鉴定通过双电位中间产物形成的早期感觉神经元的多样性
单细胞RNA测序鉴定通过双电位中间产物形成的早期感觉神经元的多样性导读躯体感觉是由多种初级感觉神经元的存在定义的，这些神经元具有独特的生物学特征以及对外部和内部刺激的反应特征。
然而，关于细胞状态的多样性是如何在转录过程中产生的，目前还没有一个相对完整的概念。
本研究使用深度单细胞RNA测序分析来解决小鼠感觉神经发生过程中的分裂和分子偏倚过程，结果确定了有丝分裂后神经元中一系列复杂的连续和特定的转录变化，这些变化描绘了导致主要感觉神经元类别产生的递阶调节状态。
同时发现早期表达的亚型与本研究之前未被发现的基因型有关。
总体而言，感觉神经元的早期多样性是通过连续的双电位中间产物产生的，其中相关基因模块的同步化和竞争性命运程序的同时抑制在细胞的稳定和最终分裂到分化之前。
实验设计结果1分化轨迹和主要分裂为了获得小鼠胚胎发育期间从祖细胞向特定感觉亚型的谱系分裂图，研究进行了躯干的体感神经-神经胶质子代的单个细胞(祖细胞和神经元)的转录组。
为此，研究者从小鼠品系中分离出树突状阳性(TOM+)细胞，其选择性地代表所有的神经干细胞(Wnt1CreR26tdTOM和Plp1CreERT2R26tdTOM)和神经元特异性Cre小鼠品系(Isil 1 core；对具有高覆盖率的单细胞的mRNAs进行测序(图1a和补充图1c，d)。
图1.正在发展中的体感系统的scRNA-seq和伪时分析。
a.单细胞RNA测序数据集的UMAP嵌入表示，以胚胎日为注释；b .RNA速度载体投射到UMAP包埋上，表明分化方向性。
用ElPiGraph在扩散空间上用半监督的方法推断的；c分化轨迹，显示了12个主要簇群，分别位于两个主轨迹（分支a和b）、10个分支和3个分支（1、2和3）。
基因列表在源数据文件中提供；d.e使用pagoda2提取的最重要的生物学特性表明细胞状态从循环（Sox10+和Sox2+）到有丝分裂后细胞（d）以及从非神经元细胞到神经元细胞（e）（Isl1+和Tubb3+）；f.与GO术语“细胞迁移的正调控”（GO:0030335）相关的基因集的PC 分数减去“细胞迁移负调节”的PC分数（GO:0030336），表明从迁移的神经嵴祖细胞向定居神经元群体的过渡；g.所选基因的UMAP图沿着轨迹分布，并在（c–e）所代表的细胞状态之间分布；h.神经发生过程中的转录组学动态和神经元特性表明，不同的状态解释了感觉亚类的分化，这些亚类可以根据神经营养因子受体和转录因子（Ntrk1、Ntrk2、Ntrk3、Ret、Runx1和Runx3）的特异性表达进行区分；i E12.5 DRG切片对（h）中突出显示的标记物进行免疫染色，表示轨迹终点和量化（n=3-5）。
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多路径下基因的转录平均水平与噪音强度摘要基因表达及其调控是分子生物学的核心问题,是当前生命科学研究的重要分支。
作为国际上研究的热门课题,它引起了生物、化学、物理、医学等领域专家的广泛关注。
基因转录是基因表达的第一步,也是最为关键的一步。
由于RNA观测技术的发展,比如对单个活细胞中RNA合成的实时观测,生物学家们发现基因是以随机的、不连续的、爆发的方式转录的。
基因转录的随机性直接导致了RNA与蛋白质的不均匀、不规则分布。
近年来,许多科学家对基因表达的随机性产生了浓厚的兴趣,并运用数学方法进行了深入的研究。
通过研究，当我们确定了表达式之后，就能更科学地表达基因表达的随机性本课题的重点是理解微分方程和随机分析的方法，建立随机基因表达的数学模型，得到了由模型参数确定的mRNA或蛋白质数量的均值、噪声、噪声强度、及概率分布函数的解析表达式。
关键词：基因转录，噪音，噪音强度，mRNAAbstract:gene expression and regulation is the core issue of molecular biology, is the most important branch of life science research. As a hot topic of research in the world, it has attracted extensive attention in biology, chemistry, physics, expert medical fields. Gene transcription is the first step of gene expression, but also the most critical step. Due to the development of RNA observation techniques, such as a single live real-time observation synthesis in RNA cells, biologists found that the gene is in a random, discontinuous, burst mode of transcription. Random gene transcription and protein RNA directly leads to the uneven, irregular distribution. In recent years, many scientists of random gene expression had a strong interest in, and studied by using mathematical method. Through the study, when we determine the expression, can more scientific expression of random gene expressionThe focus of this project is to understand the method of differential equation and stochastic analysis, a stochastic gene expression model, analytical expressions for the mean number of mRNA or protein, noise, noise intensity, and the probability distribution function is determined by the parameters of the model are obtained.Keywords: gene transcription, noise, noise intensity, mRNA目录摘要 (1)Abstract: (2)1.绪论 (4)1.1 生物背景 (4)1.2 基因转录过程 (5)1.3 关于基因转录噪声的研究 (7)2. 多路径下基因的转录平均水平............................................................... 错误！未定义书签。
2.1 mRNA的平均表达水平.................................................................... 错误！未定义书签。
2.2 均值的计算..................................................................................... 错误！未定义书签。
3. 基因转录噪声........................................................................................... 错误！未定义书签。
3.1基因转录噪声强度及影响因素...................................................... 错误！未定义书签。
3.2 噪声的计算..................................................................................... 错误！未定义书签。
4.总结 (8)参考文献 (8)1.绪论1.1 生物背景世界上所有的生物,从低等的细菌到人类自身,全部都是由细胞构成。
细胞是生命存在的基本结构单位及功能单位。
地球上绝大部分的有机生命体是单细胞生物,但人体却是由ICP到lOM多个细胞构成的,这些细胞根据其特征和功能可以划分为200多种不同的类型。
细胞之所以会表现为不同的种类,是由于每个细胞中都含有大量的不同种类的蛋白质。
蛋白质是细胞中含量最丰富的生物分子,同样也是功能最多样的大分子,它是遗传信息的体现者,因而也被称为功能分子,它们在所有生命过程中都起着极为重要的作用。
每种蛋白质都具有不同的功能,正是蛋白质的这种特性决定了细胞的功能及特征。
蛋白质的生成过程实际是DNA上相应基因的表达过程。
生命的遗传信息蕴藏于DNA链中,在基因表达过程中,遗传信息先被传递给RNA分子,然后再传给蛋白质,以蛋白质的形式体现出来。
其中DNA是生物的遗传信息的载体,它的功能的实现要依赖于蛋白质。
以DNA链上的编码序列为模板合成与DNA互补的RNA的信息传递过程称为转录(transcription),而由RNA生成蛋白质的过程称为翻译(translation)。
除了某些RNA病毒的基因组外,所有的RNA都是转录的产物。
基因转录是基因表达的第一步,也是最为关键的一步。
一个基因能否正确表达的关键是在转录阶段,所以阐明转录的分子机制对了解基因表达极为重要。
基因转录在所有生命中都处在核心地位,它将储存于基因中的信息传输给用于RNA和蛋白质生产的指令。
它直接或间接地影响到所有重要的生理活动,例如细胞生长发育,细胞分裂和有机体的进化等[5]。
尽管转录在生命中扮演着核心的角色,但它是建立在一系列分子间的相互作用的基础上的:DNA分子的一些构象的变化;核内蛋白在核奖内自由的游走或无规则的相互碰撞;转录因子随机地粘附或脱离启动子的束缚区[15-18]。
因此从本质上讲,转录是一种随机的动力学行为。
所有细胞,从相对简单的细菌到复杂、高度专业化的多细胞生物体的细胞都必须能够应对不断变化的环境。
当细胞内部或外部环境发生变化时,细胞必须适应,并产生相应的机制应对这些变化,使细胞处于相对稳定状态,保持生物体生长、生存。
也就是说,细胞必须能够掌握控制其自身所必须的生物分子的合成及分解的方法,如氨基酸的合成和碳水化合物的分解等。
基因表达是一种内在的随机过程,是一个复杂的生化反应,在这个过程中DNA分子与许多反应元素(如mRNA,转录引物,转录因子,调控因子,RNA聚合酶以及多种含量较少的酶)随机碰撞并发生反应。
在单个细胞中基因转录是一种随机过程,即使是在同一均匀的细胞环境内,转录的随机性也会使得转录产物,乃至最终合成的蛋白质在数量及分布上呈现出波动性。
转录产物在不同细胞中分布的不均勻性,使得处于同类细胞群体中的细胞的功能及表现形式互不相同。
1.2 基因转录过程我们首先来了解遗传信息是如何表达的,即细胞通过基因(DNA的一串碱基)如何指导信使RNA和蛋白质的合成的,其中蛋白质在生命活动中主要起到的作用是行使细胞功能和定义细胞特性。
从一个基因片段到相应蛋白质的生成要经过一系列的基本过程:转录,RNA加工及翻译,蛋白质的合成,如图1-1所示。
因而转录过程是基因表达的第一步,它在化学和酶学上与DNA的复制非常相似。
它们都是通过酶的作用合成一条与DNA模板互补的核酸链,但转录产物与DNA模板并不是完全互补。
DNA复制与转录之间存在一些重要的差别,例如复制生成的产物是脱氧核糖核酸,在构象上呈双链结构,它在构成上与模板DNA双链完全一致,而转录得到的新链是由核糖核酸构成,而不是脱氧核糖核酸,形状上为单链结构。
其次,复制的精确性要比转录高出许多,转录过程中,每添加10,000个核苷酸会发生一次错误,而复制过程则10,000,000个核苗酸才发生一次错误[19]。
基因转录机制的特征主要体现为以下几点:1.基因转录只能从基因的特定的键位(启动子)处起始,并且是在某种催化剂(RNA 聚合酶,RNA polymerase)与启动子结合后完成。
DNA是遗传信息的载体,而遗传信息主要存储在基因的编码区。
在真核细胞中,基因稀疏地分布在DNA链上,高等生物的基因片段只占据了整条DNA链的极小一部分,其余大部分区域不含有遗传信息,例如人类的基因在DNA上所占的比例不足3%。
而在某些细菌中,基因片段几乎占据了它的整条DNA链,甚至某些相邻的基因片段可以共享部分核苷酸或者某个基因镶嵌在另一个基因内部。
基因按其功能结构可分为调控区与编码区,其中编码区是存储遗传信息的地方。
大部分基因的调控区位于编码区的上游,在基因转录过程中主要起到调节作用。
在转录初始阶段,转录因子会识别调控区的碱基键位,并链接到这些碱基键位上,形成转录装置引导、促进RNA聚合酶结合到编码区的起始键位处。
图1-1基因的转录,翻译及蛋A质的合成2.构成RNA链的碱基与模板DNA链按碱基配对原则呈互补状,但DNA链中的胸腺啼淀(thymine, T)在转录生成物RNA中被替代成了尿啼淀(uracil, U)。