遗传学(第3版)第14章 基因表达调控
基因的表达与调控(1)
三、基因表达的规律 ——时间性和空间性
1、时间特异性（temporal specificity）
7.2.2 lac Operon的模型及其影响因子
调节基因
操纵位点
ß-半乳糖苷酶 半乳糖苷透性酶 乙酰基转移酶
Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和 半乳糖
Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-半乳糖 苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质 膜进入细胞内。
A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A 上的乙酰基转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳 糖。
按功能需要，某一特定基因的表达严格按 特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间 特异性。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶 段特异性(stage specificity)。
2、空间特异性(spatial specificity)
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的 空间特异性。
2. 真核生物的调节蛋白
反式作用因子
能直接或间接与顺式作用元件相互作用，进而调控基因转录的
一类调节蛋白，统称为反式（作用）因子。(trans-acting factor) 按其功能不同，常有以下三类：
基本转录因子 转录调节因子 共调节因子
（1） 基本转录因子（TF）
是指能够在启动子部位与核心序列TATA盒和RNA PolⅡ 结合，形成转录前起始复合物（PIC）的一类调节蛋白，以起 动转录。
❖ 可诱导负控制系统 ❖ 可诱导正控制系统 ❖ 可阻遏负控制系统 ❖ 可阻遏正控制系统
(NEW)刘祖洞《遗传学》(第3版)配套题库【考研真题精选+章节题库】
目 录第一部分 考研真题精选一、选择题二、填空题三、判断题四、名词解释五、问答题第二部分 章节题库第一章 绪论第二章 孟德尔定律第三章 遗传的染色体学说第四章 孟德尔遗传的拓展第五章 遗传的分子基础第六章 性别决定与伴性遗传第七章 连锁交换与连锁分析第八章 细菌和噬菌体的重组和连锁第九章 数量性状遗传第十、十一章 遗传物质的改变第十二章 重组与修复第十三章 细胞质和遗传第十四章 基因组第十五章 基因表达与基因表达调控第十六章 遗传与个体发育第十七章 遗传和进化第一部分 考研真题精选一、选择题1以下哪种性染色体-常染色体套数，会出现雄性果蝇（ ）。
[中山大学2019研]A．XX：AAB．XXY：AAC．XXXA：AAAD．X：AA【答案】D【解析】果蝇的性别由X染色体数目与常染色体组数之比决定，与Y无关。
X：A的比值≥1时发育为雌性，≤0.5发育为雄性。
ABC三项错误，X：A的比值等于1，出现雌性果蝇。
D项，X：A的比值小于1，出现雄性果蝇。
2基因型为aaBbCcDd个体自交后代中，出现aaBbccDd的概率是（ ）。
[湖南农业大学2018研]A．1/4B．1/8C．1/16D．1/32【答案】CaaBbCcDd个体自交，将各基因分开考虑，后代aa的概率为1，【解析】Bb的概率为1/2，cc的概率为1/4，Dd的概率为1/2，因此出现aaBbccDd 的概率为1×1/2×1/4×1/2＝1/16。
3对于拟南芥短径突变，己分离到纯合的品系并获得短径与长径的个体数目分别为62与38，则该突变的外显率为（ ）。
[中山大学2019研]A．0.62B．0.38C．0.613D．0.387【答案】A外显率＝62/（62＋38）＝0.62。
【解析】4细胞减数分裂终变期能产生四体环的是（ ）。
[沈阳农业大学2011研]A．易位纯合体B．易位杂合体C．四分体D．四合体【答案】B易位杂合体是两条非同源染色体间互换片段，另外两条不发生【解析】互换，从而形成十字形结构的四体环。
医学遗传学(第3版)
非编码RNA通过调控基因表达参与多 种生物过程，其异常表达与多种疾病 的发生发展有关，如microRNA与癌 症的关系。
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表观遗传学在疾病诊断和治疗中的应用前景
表观遗传学在疾病诊断中的应用
通过分析特定表观遗传标记，可以实现疾病的早期诊断和预后评估，如利用DNA甲基
化谱对癌症进行分型和预测。
19世纪末至20世纪初，医学遗传学处于萌芽阶段，主要关 注一些明显的遗传性状和单基因遗传病。
中期医学遗传学
20世纪中期，随着DNA双螺旋结构的发现和遗传学理论 的不断完善，医学遗传学开始关注多基因遗传病和染色体 异常等领域。
现代医学遗传学
20世纪末至今，随着人类基因组计划的完成和高通量测序 技术的发展，医学遗传学进入了基因组医学时代，实现了 从单一遗传病研究向复杂疾病研究的转变。
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线粒体DNA的突变与疾病关系
线粒体DNA突变的类型
线粒体DNA突变包括点突变、缺失、插入和重复等类型，其中点突变是最常见的突变类型。
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线粒体DNA突变与疾病的关系
线粒体DNA突变可导致多种疾病，如线粒体肌病、线粒体脑肌病、Leber遗传性视神经病变等。这些疾病通常具有母 系遗传的特点，且病情严重程度与突变类型及比例有关。
治疗手段
对症治疗、康复训练、心理支持等。 对于部分染色体异常遗传病，如唐氏 综合征和威廉姆斯综合征等，目前尚 无根治方法，但通过对症治疗、康复 训练和心理支持等手段，可以改善患 者的生活质量。同时，对于高危人群 进行遗传咨询和产前诊断是预防染色 体异常遗传病的有效措施。
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线粒体遗传与疾病
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基因表达与调控
假设某一基因的表达受一种调控蛋白质(regulator protein)控制，只有在调控蛋白质与该基因的启动子位点结合时，这个基因才能表达。如果这个基因的启动子位点发生突变，调控蛋白不能识别这个位点，也就不能转录形成RNA，基因就不能表达(图8－3)。 如基因的启动子发生突变，使得调控蛋白不能识别启动子结构，该基因就不能表达；只影响基因本身的表达， 而不影响其它等位基因的调控突变。 调控蛋白发生突变，不能与某基因的启动子结合， 还会影响到与该调控蛋白结合有关的所有等位基因位点 表达。
3. 激活子： 激活子(transcription activator):是一种与强化子结合的蛋白质，属于一种转录因子。 正激活子包括： 真激活子：与转录复合体接触激活转录； 抗阻遏物激活子：改变染色质结构（染色质重建） 与转录因子结合来提高转录效率。 负激活子：抑制转录的因子。
一些基因在所有细胞中都呈现活跃状态，为组成型表达，称为看家基因(house keeping gene)。 另一些基因则在不同细胞或组织中呈现高度表达，受到一定的调控，称为特异表达基因。
启动子和转录因子： 启动子(promoter)： 转录因子和RNA聚合酶的结合位点，位于基因上游某一固定位置，紧接转录起始点，是基因一个组成部分。 转录因子(transcription factor，TF) ：激活真核生物基因转录的一系列蛋白质。
一、原核生物的基因调控：
、转录水平的调控: 负调控：细胞中阻遏物阻止基因转录过程的调控机制。 阻遏物与DNA分子结合阻碍RNA聚合酶转录使基因处于 关闭状态； 正调控：细胞中激活子激活基因转录过程的调控机制。 诱导物通常与蛋白质 结合 形成一种激活子 复合物 与基因启动子 DNA 序列结合 激活基 因起始转录 使基因处 于表达的状态。
遗传学15第十四章基因表达的调控
赖
S
DNA
GTA CAT
mRNA密码子
GUA
氨基酸
缬
基因的微细结构
互补作用与互补测验(顺反测验)
假定有两个独立起源的隐性突变如a1与a2，它们具有类似的表型，如何判断它们是属于同一个基因的突变，还是分别属于两个基因的突变？即如何测知它们是等位基因？
需要建立一个双突变杂合二倍体，测定这两个突变间有无互补作用
PART 01
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基因的微细结构与性质
位置效应 遗传的最小结构单位 遗传的最小功能单位
(一)、位置效应
位置效应及意义： 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对果蝇的研究
根据基因的原初功能可以将基因分为：
(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、操纵基因。启动基因是转录时RNA多聚酶与DNA结合的部位。操纵基因是阻遏蛋白、激活蛋白与DNA结合的部位
基因是遗传学中最基本的概念,然而基因的概念不是一成不变的,请概括地叙述对基因认识的演变过程,以及目前对基因本质的看法.
1866年,孟德尔在他的豌豆杂交试验中首次提出了遗传性状是由遗传因子控制.
普通遗传学第十四章 基因表达的调控
第一节 原核生物的基因调控
一、转录水平的调控
→原核生物基因表达的调控主要发生在 转录水平。
→当需要某一特定基因产物时，合成这 种mRNA。当不需要这种产物时， mRNA转录受到抑制。
1、乳糖操纵元模型
大肠杆菌的乳糖降解代谢途径： Monod等发现，当大肠杆菌生长在含有乳 糖的培养基上时，乳糖代谢酶浓度急剧增 加；当培养基中没有乳糖时，乳糖代谢酶 基因不表达，乳糖代谢酶合成停止。 为此，Jacob和Monod（1961）提出了乳糖 操纵元模型，用来阐述乳糖代谢中基因表 达的调控机制
转录效率更高
→在有葡萄糖存在时，不能形成cAmp， 也就没有操纵元的正调控因子cAmp-CAP 复合物，因此基因不表达。
乳糖操纵元的正调控
2、色氨酸操纵元
大肠杆菌色氨酸操纵元是合成代谢途径中 基因调控的典型例子。
◆trp操纵元由5个结构基因trpE、trpD、trpC、
trpB和trpA组成一个多顺反子的基因簇。 5′端是启动子、操纵子、前导顺序（trpL）和 衰减子（attenuator）。
❖ 负调控：存在细胞中的阻遏物阻止转录过程的 调控。
❖ 正调控：调节蛋白和DNA以及RNA聚合酶相 互作用来帮助起始。诱导物通常与另一蛋白质结 合形成一种激活子复合物，与基因启动子DNA序 列结合，激活基因起始转录。
原核生物中基因表达以负调控为主, 真核生物中 则主要是正调控机制。
图 14-1 正调控和负调控
2、反义RNA调控
反义RNA可与目的基因的5’UTR（ untranslated region ）互补配对，配对的区域 通常也包括启动子的SD序列，使mRNA不能与 核糖体有效结合，从而阻止蛋白质的合成。
反义RNA基因已被导入真核细胞，控制真核生 物基因表达。例如，将乙烯形成酶基因的反义 RNA导入蕃茄，大大延长了蕃茄常温贮藏期。
基因表达调控
转录
翻译
DNA
mRNA
蛋白质
（二）顺式作用元件是调节转录的DNA片段
1.启动子（Promoter）
位于转录起始单位点上游并为RNA聚合酶识别、结合和启动赚率 的DNA序列。
1.1原核启动子（promoter） ①启动子是基因5′端上游的一段启动基因转录的核苷酸序列，
是RNA pol 和其他转录因子结合的部位。 ②原核基因的启动子定位在转录起始位点（initiation site，
3
蛋白质
非编码序列
核蛋白体结合位点
编码序列
起始密码子
终止密码子
6 小 结（中心法
则）
复制
转录
RNA 复 制
? DNA
逆转录
DNA
?
翻 RNA 译
构 象
改变
Prion
第二章 基因表达调控
Regulation of Gene Expression
罗忠礼 Chongqing Medical University
or cell specificity or tissue specificity
在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组 织空间顺序出现，又称细胞特异性或组织特异性。
（二）、基因表达的方式
1. 组成性表达 管家基因 housekeeping gene 有些基因在生命全过程都是必需的，如果缺少、
Octamer
ATTTGCAT
kB
GGGACTTTCC
ATF
GTGACGT
TBP SP-1 CTF/NF1 Oct-1 Oct-2
30,000 105,000 60,000 76,000 53,000
～10bp ～20bp ～22bp ～10bp ～20bp
遗传学第十四章基因表达的调控
（四）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。
野生型乳糖操纵子（I+O+Z+Y+A+）的负调控 作用
◆ 细胞中没有乳糖时，阻遏物连到操纵基因上， 阻断转录，没有酶产生。
◆ 细胞中有乳糖时，乳糖与阻遏物连接，诱导转 录，产生相应的酶。
（三）建立乳糖操纵子模型的相关实验分析
1、相关突变体 （1）结构基因本身改变的突变体 Z+ : 能合成β-半乳糖苷酶 Z- : 不能合成β-半乳糖苷酶 （2）组成型突变体
小鼠前速激肽mRNA（preprotachykinin mRNA， PPTmRNA）的不同剪接
2、反式剪接
3、RNA编辑
（三）翻译水平的调控 卵母细胞中隐蔽mRNA的调控。P366
（四）翻译后调节 蛋白质剪接
（五）基因表达中的RNA调节 RNAi , miRNA
谢谢大家！
◇阻遏物单体。 ◇阻遏物二聚体，连到两个21bp的操纵基因DNA片
段。
阻遏物单体
阻遏物二聚体，连到两个21bp的操纵基因DNA片段
4、操纵基因（O）的确定 操纵基因序列的突变将导致阻遏物不能识别
和结合到该部位上。从而造成乳糖利用物质继续 合成。
如何识别突变体Oc和I- 。部分二倍体实验。
5、启动子 RNA聚合酶识别和结合部位： -10区： 序列特征 5’-TATGTT-3’ -35区： 序列特征 5’-TTTACA -3’
遗传学刘祖洞第三版
遗传学刘祖洞第三版简介《遗传学刘祖洞第三版》是遗传学教材的经典之作，由刘祖洞编撰。
该书分为14章，涵盖了遗传学的基本理论和方法，包括遗传变异、遗传规律、突变和重组、基因结构、基因功能、遗传流和基因漂变等内容。
本文将对该教材的主要内容进行概述。
目录1.遗传学的历史与基本概念2.遗传物质的化学基础3.遗传变异4.遗传规律与家族研究5.结构与功能的遗传6.生物的遗传——非疾病性遗传和染色体异常7.狭义遗传学与类固醇激素8.分子细胞遗传学9.人类遗传10.遗传病的诊断与预防11.人类群体遗传学12.进化基因学与分子进化13.功遗传学14.环境与基因遗传遗传学的历史与基本概念这一章主要介绍了遗传学的历史发展和基本概念。
从孟德尔的豌豆实验开始，作者概述了遗传学的起源和发展，并介绍了遗传学中的基本概念，如基因、等位基因、基因型和表现型等。
这一章为后续章节的学习打下了基础。
遗传物质的化学基础这一章主要介绍了DNA和RNA作为遗传物质的化学结构和特性。
作者对DNA和RNA的组成、结构和功能进行了详细的阐述，包括DNA的双螺旋结构、核苷酸的组成和碱基配对等。
此外，还介绍了DNA复制、转录和翻译等基本过程。
遗传变异该章节详细阐述了遗传变异的分类和机制。
作者介绍了基因突变和基因重组两种遗传变异的形成方式，并分析了它们在遗传进程中的作用。
此外，还介绍了突变的类型和效应，以及基因重组的过程和影响因素。
遗传规律与家族研究这一章介绍了遗传规律和家族研究的基本原理和方法。
作者详细阐述了孟德尔遗传规律和硬连锁规律，并介绍了家族研究的设计和分析方法。
此外，还论述了基因频率和基因型频率的计算方法。
结构与功能的遗传该章节讨论了基因的结构和功能。
作者介绍了基因的组织结构，包括启动子、内含子和外显子等组成部分，并介绍了基因的调控机制。
此外，还介绍了基因表达调控和信使RNA的功能。
生物的遗传——非疾病性遗传和染色体异常这一章主要讨论了非疾病性遗传和染色体异常的遗传机制和影响。
第14章 原核生物基因表达调控
第14章原核生物基因的表达调控重点：操纵子的结构特点和功能；乳糖操纵子的正负调控；色氨酸操纵子的衰减作用。
难点：色氨酸操纵子的衰减作用。
第一节基因调控的基本定律一、基因调控水平二、基因和调控元件三、DNA结合蛋白一、基因调控水平基因表达的调控可以发生在DNA到蛋白质的任意节点上，如基因结构、转录、mRNA 加工、RNA的稳定性、翻译和翻译后修饰。
二、基因和调控元件基因：是指能转录成RNA的DNA序列。
结构基因：编码代谢、生物合成和细胞结构的蛋白质。
调节基因：产物是RNA或蛋白质，控制结构基因的表达。
其产物通常是DNA结合蛋白。
调控元件：不能转录但是能够调控基因表达的DNA序列。
三、DNA结合蛋白调控蛋白通常含有与DNA结合的结构域，一般由60-90个氨基酸组成。
在一个结构域中，只有少数氨基酸与DNA接触。
这些氨基酸（包括天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、赖氨酸和精氨酸）常与碱基形成氢键，或者与磷酸核糖骨架结合。
根据DNA结合结构域内的模体，可以将DNA结合分成几种类型（图16.2）。
第二节大肠杆菌的乳糖操纵子一、操纵子结构二、正负调控三、乳糖操纵子四、lac突变五、正控制一、操纵子结构原核和真核生物基因调控的主要差异在于功能相关的基因的组成。
细菌的功能相关的基因常常排列在一起，并且由同一启动子控制。
一群一起转录的细菌的结构基因（包括其启动子和控制转录的额外序列）称为操纵子。
二、正负调控转录水平上的调控主要有两种类型：负调控：gene ON 阻遏蛋白 OFF正调控：gene OFF 激活蛋白 ON诱导：活性阻遏蛋白 失活诱导因子＋非活性激活蛋白 活性阻遏：失活阻遏蛋白 活性共阻遏蛋白＋活性激活蛋白 失活三、乳糖操纵子乳糖操纵子是诱导型操纵子，当诱导物不存在时，阻遏蛋白结合到操纵序列上并阻止转录；当诱导物存在时，阻遏蛋白与诱导物结合后失去活性，转录才得以进行。
四、lac突变为了鉴定乳糖操纵子各个成分的功能，Jacob和Monod做了细菌的接合实验，其中供体菌的F’因子上也带有乳糖操纵子。
胚胎发育中的细胞分化
早期胚胎发育中的细胞分化
ectodermin
VegT Xwnt8 Xnr （TGF-β家族） BMP4（TGF-β家族） β-catenin（Wnt）
爪蟾原肠胚形成中的信号分子
Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4th
胚胎发育的过程，就是一个精密调控的细胞分裂、迁移、分化和凋 亡的过程，而分化是发育的核心。虽然细胞分化不是胚胎发育所特有的， 单细胞生物也会产生细胞分化，但是最重要、最吸引人的细胞分化无疑 存在于后生动物的胚胎发育过程中。
随着发育生物学和干细胞研究的深入，人们越来越认识到 各不相同的细胞分化过程，其实还是有许多的共同特征：
影响细胞分化的因素
受精卵细胞质的不均一性
胞外信号分子及其浓度
细胞自身的“记忆”与决定
受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
胞外信号分子对细胞分化的影响——胚胎诱导
诱 导：胚胎发育中，一部分细胞对其邻近的另一部分细胞产生影 响，并决定其分化方向的作用，称为胚胎诱导。
基因印记
PGCs进入生殖嵴后的细胞分裂
小 鼠 的 PGCs 在 10.5dpc 进 入 生 殖 嵴 ， 而后其细胞周期在雌雄之间出现很大差 异 。 在 卵 巢 原 基 中 ， PGCs 继 续 进 行 有 丝分裂，并且在13.5dpc进入减数分裂I （ 此 时 PGCs 实 际 上 已 经 分 化 为 初 级 卵 母细胞），经历细、偶和粗线期，进入 双线期。胚胎出生后，初级卵母细胞进 入终变期，直到性成熟后，才依次完成 减数分裂I，进入减数分裂II，并停留在 中期。这时卵子从卵巢排出，受精后减 数分裂II完成，排出极体，成为受精卵。
大学生物遗传学：第十三章基因表达调控2
2020/9/25
（三）、方式
基本表达
对刺激反应小
适应性表达（诱导或阻遏） 对刺激反应大
1．基本表达（组成性基因表达）
a.定义：不易受环境变化影响的基因表达。
即管家基因表达
•
管家基因：在机体所有细胞中持续表达的基因;
•
表达产物是整个生命过程中都持续需要的
。
•
即进行基本表达的基因。
• b. 影响因素：
•
b. 结构、作用：
•
编码序列
转录的mRNA为多顺反子
•
（结构基因）
•
启动序列
RNA-pol识别、结合部位
•
操纵序列
阻遏蛋白结合部位，控制
•
转录的开关,负调节
•
其它调节序列 激活蛋白结合部位,正
• 2020/9/25
调节
• （2）、真核生物
•
顺式作用元件
•
a.定义：是指真核生物DNA分子中参与基因
lacZ 编码半乳糖苷酶 lacY 编码半乳糖苷通透
lacA 编码已酰基转移酶
• 2．调节
•
方式
•
负性调节 正性调节
协调调节
• （1）负性调节 (阻遏蛋白控制） 图
•
乳糖 无：阻遏蛋白结合操纵序列，抑制转录。
•
有：阻遏蛋白结合乳糖，不能结合
•
操纵序列， 转录开启。（去阻遏）
• （2）正性调节 （CAP控制）
•
RNA-pol活性最终体现转录调节情况。
•
影响因素：启动子
•
调节蛋白
•
a.启动子：影响DNA与RNA-pol的亲和力，
•
进而影响转录频率。
遗传学 第三版 ___ 习题解答
遗传学第三版 ___ 习题解答本文档提供了《遗传学第三版 ___ 题解答》的大纲。
第一章。
遗传学研究的历史第二章。
遗传学的基础第三章。
细胞遗传学第四章。
分子遗传学第五章。
遗传变异的分子机制第六章。
遗传与人的健康第七章。
遗传与人类疾病第八章。
分子诊断遗传病第九章。
遗传治疗的概念和方法第十章。
遗传治疗的实验与临床应用第十一章。
移植遗传学第十二章。
生态遗传学第十三章。
行为遗传学第十四章。
发育遗传学第十五章。
微生物遗传学本文档为《遗传学第三版 ___ 题解答》提供了清晰的大纲，有助于读者对书籍内容的整体把握和研究计划的制定。
本章介绍遗传学的基本概念和研究方法。
绪论部分主要包括以下内容：遗传学的定义：介绍了遗传学作为生物学的一个重要分支学科的定义，强调了遗传学对于理解生物体的遗传本质和变异现象的重要性。
遗传学的研究对象：介绍了遗传学研究的对象范围，包括从细胞、基因到个体、种群等不同层次的遗传现象。
遗传学的基本概念：介绍了遗传学中的基本概念，如基因、等位基因、基因型、表型等。
遗传学的研究方法：介绍了遗传学的常用研究方法，包括观察法、实验法和统计法等，以及遗传学研究中常用的实验模型和技术手段。
绪论的内容为后续章节的研究提供了基本的理论框架和研究方法，帮助读者更好地理解和掌握遗传学知识。
注：本内容根据《遗传学第三版戴灼华》一书的相应章节进行扩写。
本章涵盖了基因的结构和功能方面的内容，包括DNA的组成、遗传密码子的研究、基因表达调控等相关知识。
DNA的组成：DNA是由核苷酸组成的双链螺旋结构，包含着遗传信息。
核苷酸由糖、磷酸和碱基组成，四种碱基为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。
遗传密码子的研究：遗传密码子是DNA中基因编码的信息，决定了蛋白质的合成。
研究人员通过基因突变实验等方法逐渐揭示了遗传密码子的组成和对应关系。
基因表达调控：基因表达调控是指在不同环境和发育阶段下，基因的活性和表达水平发生变化的过程。
《遗传学》朱军版习题及答案
《遗传学（第三版）》朱军主编课后习题与答案目录第一章绪论 (1)第二章遗传的细胞学基础 (2)第三章遗传物质的分子基础 (6)第四章孟德尔遗传 (9)第五章连锁遗传和性连锁 (12)第六章染色体变异 (15)第七章细菌和病毒的遗传 (21)第八章基因表达与调控 (27)第九章基因工程和基因组学 (31)第十章基因突变 (34)第十一章细胞质遗传 (35)第十二章遗传与发育 (38)第十三章数量性状的遗传 (39)第十四章群体遗传与进化 (44)第一章绪论1.解释下列名词：遗传学、遗传、变异。
答：遗传学：是研究生物遗传和变异的科学，是生物学中一门十分重要的理论科学，直接探索生命起源和进化的机理。
同时它又是一门紧密联系生产实际的基础科学，是指导植物、动物和微生物育种工作的理论基础；并与医学和人民保健等方面有着密切的关系。
遗传：是指亲代与子代相似的现象。
如种瓜得瓜、种豆得豆。
变异：是指亲代与子代之间、子代个体之间存在着不同程度差异的现象。
如高秆植物品种可能产生矮杆植株：一卵双生的兄弟也不可能完全一模一样。
2.简述遗传学研究的对象和研究的任务。
答：遗传学研究的对象主要是微生物、植物、动物和人类等，是研究它们的遗传和变异。
遗传学研究的任务是阐明生物遗传变异的现象及表现的规律；深入探索遗传和变异的原因及物质基础，揭示其内在规律；从而进一步指导动物、植物和微生物的育种实践，提高医学水平，保障人民身体健康。
3.为什么说遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大因素？答：生物的遗传是相对的、保守的，而变异是绝对的、发展的。
没有遗传，不可能保持性状和物种的相对稳定性；没有变异就不会产生新的性状，也不可能有物种的进化和新品种的选育。
遗传和变异这对矛盾不断地运动，经过自然选择，才形成形形色色的物种。
同时经过人工选择，才育成适合人类需要的不同品种。
因此，遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大因素。
4. 为什么研究生物的遗传和变异必须联系环境？答：因为任何生物都必须从环境中摄取营养，通过新陈代谢进行生长、发育和繁殖，从而表现出性状的遗传和变异。
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。
5. 培养环保意识和社会责任感：学生应该意识到遗传学与环境保护、生态平衡和社会可持续发展的密切关系，以及自己在遗传学领域的社会责任和角色。
通过达到以上教学目标，学生可以全面了解和掌握遗传学的基本理论和应用知识，具备进一步从事遗传学研究和实践工作的能力和素质。
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能够起到调控作用。
I 基因的另一突变型IS 则丧失了诱导所有结构基因表达的
能力，在部分合子ISZ+Y+/F′I+Z+Y+中IS呈显性，该菌株在诱
导物存在时既不合成β-半乳糖苷酶，也不合成半乳糖苷透 性酶（比较表14-1中的第5～6号菌株）。
② 操纵基因O的遗传分析
编码基因也在染色体上不同于色氨酸操纵子的位置。
（3）色氨酸操纵子的衰减作用
衰减调控仅出现在细菌中，它要求转录与翻译同步进行。此外，转 录与翻译的速度必须大体一致，如果转录太快，或翻译太慢都无法协调 衰减控制必需的几种因素之间的互作。 衰减作用主要涉及氨基酸如色氨酸合成有关的操纵子。Trp操纵子启 动子下游有一段140 bp的引导顺序，终止信号位于+100～+140 bp之间， 可形成发夹结构，但取决于RNA多聚酶与核糖体之间的相对位置。引导顺 序+50～+60 bp有两个Trp密码子，当细胞中Trp水平很低时，核糖体会在 这儿停留，拉开与RNA多聚酶间的距离，阻止终止信号形成发夹结构，转
录正常进行。
当细胞中有足够的Trp存在时，核糖体紧跟RNA聚合酶，在转录到达 近+140 bp位置时，终止信号形成发夹结构，RNA多聚酶脱离模板，转录 停止。 其它一些氨基酸，如组氨酸，亮氨酸和苏氨酸的生物合成也采取衰减 控制模式
（4）衰减作用的普遍性及其生物学意义
对衰减作用机制可以严格控制基因表达，依据细胞内某一氨基酸水 平的高低进行表达调控，是一种灵活的多重调控方式。 一方面，当有活性阻遏物向无活性阻遏物转变的速率极低时，衰减 系统能更加迅速地作出反应，使相应的氨基酸从较高浓度迅速下降； 另一方面，若外源氨基酸的浓度过低，细菌又没有其他相应的内源氨 基酸的合成体系，那么细菌将难以支持自身的生长。有了衰减体系的调 节，便可通过转录mRNA来增加相应的氨基酸合成酶的合成，提高该种内
源性氨基酸的浓度。 衰减机制在控制基因产物的数量和种类的配比上起着快速而灵敏的
调节作用，与阻遏物一起协同控制基因的表达，使之更为精密有效。因 而，从生物进化角度来看，在细菌中像trp操纵子这样，除阻遏作用外， 还演化出衰减子调控系统，具有重要的生物学意义。
14.3 原核生物基因表达的翻译调节
14.3.1 原核生物蛋白质合成的严紧反应
原核生物是单细胞生物，以操纵子（operon）为单位的
调控系统是其主要的调控方式。此外，也有许多翻译水平上 的调控，如严紧反应与核糖体蛋白质合成的自身调节等。
真核生物有细胞质和细胞核，其基因的转录和翻译分别 在细胞核和细胞质中进行，因而处在一个非常纷繁复杂的控 制系统中，表达通路的每一步都受到严格的调节。为适应机 体生长和发育分化，各类细胞中都具有特异基因的表达和相
决于CAP-cAMP存在与否。当CAP-cAMP存在而无葡萄糖时 ，RNA聚合酶与galP1结合，以S1为转录起始点，说明该过 程可被CAP-cAMP激活。当CAP-cAMP不存在而有葡萄糖时 ，RNA聚合酶就与galP2结合，采用S2为转录起始点，该过 程可被CAP-cAMP抑制，这就是gal操纵子基因表达的双重控 制
应的调控机制。本章在真核生物基因表达调控的讨论中我们 将侧重于RNA聚合酶Ⅱ所转录的这类基因的表达调控。
14.1 大肠杆菌乳糖操纵子的结构与调控机制
14.1.1大肠杆菌乳糖操纵子的结构
1961年 F.Jacob和 J.Monod 研究大肠杆菌乳糖代谢系统，提出操纵子 学说（operon theory）
一定关系。
采用保护降解法已证实，在lacP 区上游-72～ -52 bp的部位有一个 CAP结合位点；但是CAP需要与cAMP先形成复合物，使CAP构象发生变 化后，才能与DNA上的这一特定序列结合，促进RNA聚合酶更有效地结 合到 lac启动子上，增强结构基因的转录[图14-4（b）]。
研究表明，细 菌只有在只有乳糖 而没有葡萄糖时， 才会产生乳糖代谢 的一系列酶，而这 种有效的调控是通 过CAP-cAMP构成的 正调控系统和诱导 物-阻遏物构成的 负调控系统这两条 途径的相互配合实 现的（图14-5）。
14.2.2 阿拉伯糖操纵子的双向控制
在阿拉伯糖操纵子（arabinose operon， ara operon）中，同一个 DNA结合蛋白既可充当阻遏物，又可作为激活因子，提供了一个双向控
制极好的例子。
催化阿拉伯糖代谢的酶分别由araA、araB、araD基因编码 阿拉伯糖操纵子的结构与组成见图14-7（a），其双向控制的关键是 ： AraC 蛋白能够以两种构象存在，对应两种功能： （ 1）在有阿拉伯糖时，AraC蛋白与诱导物阿拉伯糖结合，被激活成
实验证明：结构基因lacZ、lacY 和 lacA连接在一起，分别编码β-半乳 糖苷酶（Z）、半乳糖苷透性酶（Y）和硫代半乳糖苷转乙酰基酶（A），形 成一个转录单位。转录从启动子（promoter，P）开始，并受操纵基因（ operator， O）和调节基因（regulator，I）的控制。启动子和操纵基因位 于乳糖结构基因的上游，依次互相连接。这样依次排列的P、O、Z、Y、A 序列片段便构成了一个共表达的遗传单位——乳糖操纵子（lac operon）（ 图 14-1）。调节基因是一个独立的转录单位，它有自己的启动子。其表达产
（2）乳糖操纵子的正调控
在大肠杆菌中还发现有一种分子，其作用与阻遏物相反，它结合到 操纵子的适当部位后可启动转录。这种调节机制属于正调控（positive regulation）。 1965年， B.Magasonik偶然发现，大肠杆菌中含有cAMP，而且细胞 内 cAMP的浓度与培养基中的葡萄糖有关，葡萄糖浓度越高，胞内cAMP 越少；反之，葡萄糖的浓度降低，则cAMP的浓度会相应提高 [图 14-4（ a） ] 乳糖操纵子突变体的分析结果证明cAMP与分解物阻遏现象确实存在
为一种诱导性蛋白，跟CAP-cAMP复合物共同结合到araI 区域，促使
RNA聚合酶结合于启动子上，促进ara操纵子的转录，发挥正调控作用［ 图 14-7（ b）］； （ 2）在缺乏阿拉伯糖时，AraC蛋白则会同时结合到araI和araO上，
形成一个环，从而表现出阻遏物的性质，抑制转录［图14-7（c）］。
分析galP的突变发现，gal操纵子有两个相互重叠的启动 子：galP1和galP2。前者的起始依赖CAP-cAMP，转录起点为 S1，位于＋1；后者不依赖CAP-cAMP，转录起始点为S2， 位于-5，两者相距4 bp。两个启动子各有自己的Pribnow框
：分别位于-12～-6和-17～-11（图14-6）。测定不同条件下 所得到的gal mRNA 5′端序列表明，转录时启动子的选择取
14.2 原核生物的其他类型操纵子及其调控机制
14.2.1 半乳糖操纵子中的双重控制
半乳糖操纵子（galactose operon）由操纵基因galO、启动子galP 和紧密连锁的3个结构基因组成。 结构基因galk编码：半乳糖激酶（galactokinase，GalK）
galt编码：半乳糖转移酶（galactose transferase，GalT）
操纵基因组成型（OC）和调节基因组成 型突变体（I-）二者究竟有什么区别呢？ Monod等利用F′lac质粒构建了多种组 合的部分二倍体，以研究说明二者的关系 （图14-3）： （a）表型为野生型：野生型LacI蛋白是一 种反式作用因子。lacI+基因编码的野生型 阻遏蛋白能够在细胞内自由扩散，它既能 与质粒本身的操纵基因位点O+结合，也能够 跟细菌染色体上的操纵基因位点O+结合 （b）维持阻遏状态：LacIS蛋白也是一种反 式作用因子。由lacIS编码的超阻遏蛋白即 使在有诱导物存在时也依然能够结合在质 粒和细菌染色体的操纵基因位点O+上 （c）lacOC是一种顺式作用位点。OC突变只 能影响跟它位于同一条DNA分子上的结构基 因lacZ+，使其表现为恒定的表达，而质粒 中O+的存在并不影响细菌染色体中lacZ+基 因的表达
遗 传 学 (第3版)
第14章 基因表达调控
1.大肠杆菌乳糖操纵子的结构与调控机制
2.原核生物的其他类型操纵子及其调控机制 3.原核生物基因表达的翻译调节 4.真核生物基因转录水平的调节 5.真核生物基因转录后水平的调节 6.真核生物基因的翻译和翻译后水平的调节 7.非编码RNA对基因表达的调控作用
14.2.3 色氨酸操纵子基因表达的衰减作用
（1）色氨酸操纵子的结构与调控因子 色氨酸操纵子（tryptophan operon，trp operon）5个 编码酶的结构基因紧密连锁，其中trpE和trpD的基因产物形 成一个复合物，trpB和trpA的基因产物也构成一个四聚体的 复合物，为色氨酸合成酶，催化色氨酸合成的最后两步反应 （图14-8）。
物为阻遏物（repressor），阻遏物既能阻止转录，又能识别小分子的诱导 物。
14.1.2 乳糖操纵子的调控机制
（1）乳糖操纵子的负控制
乳糖操纵子中结构基因Z、Y、A 转录为mRNA受到操纵基因的控制： 阻遏物结合到操纵基因上阻断RNA聚合酶的转录活动结构基因转录 关闭，未结合则使基因转录开启。
成O C。 超阻遏突变体（superrepression mutant）：丧失了所有 合成结构基因产物的能力，如I S。
① 调节基因I 的遗传分析
Jacob和Monod在对I-和I+的部分二倍体研究中，发现对 结构基因lacZ 的调控，I+ 对I-呈显性（比较表14-1中的第1
～3号菌株）。第3号和第4号菌株的结果说明I 基因是反式
Hale Waihona Puke 在trp操纵子的第一个结构基因E与操纵基因O之间有一 段前导序列（leader sequence ，L），在色氨酸合成中起着 特殊的调控作用。此外，编码阻遏物的基因trpR远离trp操