引起基因沉默的原因
基因沉默的研究及应用实例简介
用 RNaseIII 消化长片断 siRNA表 双链RNA制 siRNA表 达载体 备siRNA 达框架
体外转录
• 以DNA Oligo为模板，通过体外转录合成siRNAs， 成本相对化学合成法而言比较低，而且能够比化 学合成法更快的得到siRNAs。不足之处是实验的 规模受到限制。 • 值得一提的是体外转录得到的siRNAs毒性小，稳 定性好，效率高，只需要化学合成的siRNA量的 1/10就可以达到化学合成siRNA所能达到的效果， 从而使转染效率更高。 • 最适用于：筛选siRNAs，特别是需要制备多种 siRNAs，化学合成的价格成为障碍时。 • 不适用于：实验需要大量的，一个特定的siRNA。 长期研究
负对照
（1）一个完整的siRNA实验应该有负对照。 （2）作为负对照的siRNA应该和选中的siRNA序列有 相同的组成，但是和mRNA没有明显的同源性。 （ 3 ）通常的做法是将选中的 siRNA 序列打乱，同样 要检查结果以保证它和其他基因没有同源性。
制备siRNAs的方法
化学 合成 体外 转录
策略
• 利用RNAi降解CYP17mRNA,使CYP17基因所编码蛋白 的合成明显降低,降低CYP17基因蛋白对其下游基 因的调控,在很大程度上阻断了肿瘤细胞的应答, 建立一种基因修饰前列腺癌治疗策略,提高前列腺 癌的治疗效果。
新鲜前列 腺癌标本
组织中总 RNA的提取
反转录
siRNA的 制备
siRNA
目录
1 2
基因沉默的概述 RNA干扰
3
4
基因沉默的应用实例
RNAi的生物学意义
1.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。
基因沉默的原理及其应用
基因沉默的原理及其应用1. 基因沉默概述基因沉默是指通过特定的机制，使得基因表达降低或完全抑制的现象。
它是维持细胞内基因表达稳定性的重要机制之一。
基因沉默的方式主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、RNA干扰等。
基因沉默在生物学研究、基因治疗以及农业生产等方面具有广泛的应用前景。
2. 基因沉默的原理2.1 DNA甲基化DNA甲基化是一种通过在DNA分子上添加甲基基团来改变基因表达的方式。
在DNA甲基化过程中，甲基转移酶将甲基基团转移到DNA分子上，从而使得DNA的结构发生改变，导致基因的表达发生变化。
DNA甲基化通常会导致基因的沉默，而去甲基化则可以解除基因的沉默。
2.2 组蛋白修饰组蛋白修饰是一种通过改变染色质的结构和构象来调控基因表达的方式。
组蛋白是染色质的主要组成部分之一，它可以通过添加或去除特定的化学修饰基团来改变染色质的结构。
这些修饰可以影响DNA与组蛋白之间的相互作用，从而影响基因的转录和表达水平。
2.3 RNA干扰RNA干扰是一种通过引入外源性的RNA分子来抑制特定基因表达的方式。
在RNA干扰过程中，外源性的RNA分子与目标基因的mRNA序列互补配对，形成RNA复合体，并通过RNA酶的作用将目标基因的mRNA降解或抑制其翻译过程。
这种方式可以有效地沉默目标基因，从而改变基因表达的水平。
3. 基因沉默的应用3.1 基因功能研究基因沉默技术为研究基因的功能提供了重要的工具。
通过使用RNA干扰技术，可以特异性地沉默目标基因，然后观察沉默后的细胞或生物体的表型变化，从而揭示该基因在生物体中的功能和作用机制。
3.2 基因治疗基因沉默技术在基因治疗方面具有潜在的应用价值。
通过选择性地沉默致病基因，可以抑制其表达，从而达到治疗疾病的目的。
例如，通过沉默癌细胞的关键基因，可以达到抑制肿瘤生长的效果。
3.3 农业生产基因沉默技术在农业生产中也有广泛的应用前景。
通过沉默特定基因，可以改变农作物的性状，使其具有更好的抗病性、耐逆性以及产量的提高。
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。
基因沉默的原理及应用
基因沉默的原理及应用一、基因沉默的原理基因沉默是指通过RNA干扰（RNA interference，简称RNAi）技术，特异性地抑制特定基因的表达。
基因沉默在生物学研究中具有重要的应用价值，其原理主要包括以下几个方面：1. siRNA的合成与靶向短干扰RNA（short interfering RNA，简称siRNA）是基因沉默的关键分子。
在细胞内，siRNA会与RNA诱导靶向耗竭（RNA-induced silencing complex，简称RISC）结合，形成RNA-蛋白复合体，然后通过匹配特定序列，将复合体定位到目标mRNA上，最终导致mRNA降解、剪接或抑制翻译。
2. miRNA的生成和功能微小RNA（microRNA，简称miRNA）是一类长度约为21-23个核苷酸的非编码RNA分子。
miRNA产生于细胞内，通过与RNA诱导靶向耗竭结合，实现对mRNA的调控。
miRNA主要通过与mRNA的3’非翻译区域互补配对，诱导mRNA的降解或抑制翻译，从而实现目标基因的沉默。
3. RISC的功能和调控RISC是RNA干扰过程中的一个重要复合体，其主要成员包括siRNA或miRNA，以及相关的蛋白质。
RISC在基因沉默中起到关键的作用，通过与靶向RNA结合，实现对mRNA的调控。
RISC中的蛋白质能够辅助siRNA或miRNA与靶向RNA的杂交，并促进靶向RNA的降解或抑制翻译。
二、基因沉默的应用基因沉默技术已经在许多领域展现出广阔的应用前景，一些典型的应用包括：1. 研究基因功能基因沉默可以通过抑制特定基因的表达，来研究该基因在生物体中的功能。
通过沉默特定基因后，研究人员可以观察到沉默基因对生物体的影响，从而揭示出特定基因在生物体发育、代谢、免疫等方面的作用，为相关研究提供有力的证据。
2. 治疗基因相关疾病基因沉默技术在治疗基因相关疾病方面具有巨大的潜力。
通过针对病因基因进行沉默，可以有效地抑制病因表达，从而达到治疗目的。
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。
基因沉默名词解释
基因沉默名词解释基因沉默，指的是抑制或抑制正常的基因功能。
基因沉默可以在多种水平上发生，从分子层次到细胞层次，从细胞层次到组织层次，再到整个机体组织水平。
基因沉默可分为三类，即转录抑制、调节抑制和调节转录抑制（TGS）。
转录抑制是指基因转录过程中的抑制，它是由转移因子介导的，通常是由抑制基因的非编码RNA、DNA复合物或其他蛋白质抑制有效的HTR导致的。
当转录因子在基因上聚集时，它们可以抑制此基因上的有效拷贝数量及其表达，从而降低或抑制基因的功能。
调节抑制是指在基因转录后的调控过程中，由抑制蛋白质通过影响mRNA或蛋白质的稳定性来抑制基因表达。
调节抑制可以在不同水平上发挥作用，例如在细胞中可以抑制mRNA和蛋白质的形成，在组织水平上可以抑制蛋白质的稳定性和细胞分化，从而抑制基因表达。
这种抑制机制可以使基因表达更加精细，可以更好地调节基因功能，从而调节机体的新陈代谢。
调节转录抑制也叫TGS，它是一种可以在基因组织水平上实现基因沉默的技术，它可以实现非编码RNA涉及的基因表达调控。
在基因水平上，TGS可以改变mRNA和蛋白质的形成方式和稳定性，从而抑制基因表达，在组织水平上，TGS可以影响细胞分化，从而抑制机体的器官及组织的新陈代谢。
此外，TGS还可以通过调控细胞的基因表达，影响细胞的生长、分化和功能，从而抑制疾病发病。
基因沉默在生物的发育过程中具有重要作用，它可以控制基因的表达，从而调节细胞的发育和机体的新陈代谢。
目前，基因沉默技术被用于各种疾病治疗，如癌症、心脏疾病和神经系统损伤等，这些技术可以改变基因表达水平，从而抑制疾病发病。
未来，基因沉默技术可能在生物医学领域展开广泛的应用，例如可以用于器官的再生、药物的研发等。
同时，基因沉默技术在生物安全性、社会安全性和科学道德上也可能引起讨论，因此，在基因沉默技术的应用时，还需要综合考虑法律、人文、社会等因素。
基因沉默是一种重要的基因调控技术，它可以影响基因表达、影响细胞发育和机体新陈代谢，还可以用于疾病治疗，因此，基因沉默技术将在未来发挥更多重要的作用。
真菌基因(簇)的沉默及其激活机理
方式就是通过酶促反应直接移除5mC上的甲基基团，
而这需要有强烈的催化活性才能使牢同的C-C键断裂。 MBD2是第1个被报道能实现该过程的酶
NER方式
针对由紫外线和致癌物质诱导产生的DNA螺旋扭
曲损伤，NER核酸酶XPF和XPG酶切损伤附近的DNA 片段，接着在DNA聚合酶的作用下C取代5mC，导致
DNA甲基基团的丢失，从而实现DNA去甲基化。
被动甲基化
DNA被动去甲基化的潜在机制
其他去甲基化方式
转录后基因沉默与转录基因沉默不同，它具有逆
转性，即受抑基因通过减数分裂可以恢复表达活性， 表现为减数分裂的不可遗传性，可以通过基因克隆、
诱变处理、菌株或种间自然接合、原生质体融合等方
法可以激活沉默基因。
直接作用
CPG岛
DNA 甲基化 染色质结构 改变 间接作用
重复序列诱导的点突变 (repeat-induced point mutation, RIP)，RIP是真菌特有的一个有效检查重 复序列并使之发生突变的过程，与动植物中的重复 序列诱导的基因沉默(repeat-induced gene silencing, RIGS) 相类似，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。这种基因沉默可能是重复序 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。
5mC先经过TET羟化酶氧化转化为5 hmC，然后
继续在TET作用下氧化成5-氟胞嘧啶 (5fC)，进一步又 氧化成5-胞嘧啶羧基 (5caC)，生成的5caC可被TDG识
引起基因沉默的原因
引起基因沉默的原因研究表明,引起基因沉默的原因很多,转基因的拷贝数和构型、在植物上的整合位点、转基因的转录水平等都与沉默有关,外界环境如过高的温度、过强的光照也会增加基因沉默发生的几率和产生时间,此外,外源基因的表达还受植物发育因子(如亲本年龄)的影响。
因此,植物转基因沉默的作用机制可能不是单一的,而是各种机制共同作用的结果,是植物本身的防御系统和外界环境因素协同作用的产物。
转基因沉默可以发生在染色体DNA水平、转录水平和转录后水平三种不同的层次上。
1.染色体DNA水平的转基因沉默发生在染色体DNA水平的转基因沉默叫做位置效应(positioneffect)。
当导入的外源基因随机地插入到宿主基因组时,如果被导入到转录活跃区,就有可能进行高水平的转录,如果外源基因插入转录不活跃区,则只能进行低水平的转录或不能转录。
按照染色质高级结构组织的环状结构模型,核基质结合区(matrixattachmentregions,MARs)作为边界元件与核基质结合,使两个MAR之间的基因片段被界定成一个独立的染色质环(1oop),并作为隔离子(insulator)阻挡邻近染色质区的顺式调控元件对环内基因的影响,使位于染色体环内的基因可作为一独立的表达调控单位而存在。
MAR可能使转基因在受体基因组整合后形成独立的环状结构,从而提高转基因的表达水平并减少转基因在不同株系表达差异2.转录水平的基因沉默发生在转录水平上的转基因沉默叫做转录失活。
反向重复的基因或转基因可以进行异位配对,配对的DNA作为信号,使DNA异染色质化或从头甲基化,这样转录过程就会受到抑制。
此外,DNA-RNA协同(association)也是造成转录水平基因沉默的原因之一。
（1）转移基因及其启动子甲基化甲基化是活细胞中最常见的一种DNA其价修饰形式,它通常发生在DNA的GC和CN G序列的C碱基上,C甲基化的频率在哺乳动物及高等植物中部比较高。
甲基化修饰在基因表达、植物细胞分化以及系统发育中起着重要的调节作用。
沉默基因的三种方法
沉默基因的三种方法一、DNA甲基化DNA甲基化是沉默基因的一种重要机制。
这种机制是通过在DNA分子上附加甲基基团来实现的，从而导致DNA序列上的变化。
这种变化会影响基因的表达和功能。
当DNA被甲基化时，它将不再被转录成RNA，从而不会被翻译成蛋白质。
这意味着，甲基化可以通过阻止基因表达来沉默基因。
此外，DNA甲基化还可以通过影响DNA的三维结构来影响基因的表达。
因此，DNA甲基化是沉默基因的一个重要机制。
二、组蛋白修饰组蛋白修饰是另一种沉默基因的机制。
组蛋白是一种蛋白质，它可以包裹在DNA上，从而形成染色体。
组蛋白修饰是通过改变组蛋白的结构和功能来影响基因表达的。
这种修饰可以通过添加或去除化学基团来实现。
例如，添加乙酰基可以促进某些基因的表达，而去除乙酰基则可以使这些基因沉默。
此外，组蛋白修饰还可以通过影响DNA的可访问性来影响基因的表达。
因此，组蛋白修饰是沉默基因的另一个重要机制。
三、microRNA调控microRNA是一种短链RNA，它可以与靶基因的mRNA结合，从而抑制该基因的翻译和表达。
在这个过程中，microRNA会将靶基因的mRNA 降解或阻止其翻译成蛋白质。
因此，microRNA调控是沉默基因的第三种机制。
这种机制在许多生物过程中都扮演着重要角色，包括细胞增殖、分化和凋亡等。
沉默基因是一种重要的生物学现象，它对人体健康有着重要影响。
本文介绍了沉默基因的三种机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和microRNA调控。
这些机制可以通过不同的方式来影响基因表达和功能，从而对人体健康产生影响。
对于科学家和医生来说，了解这些机制的作用和影响是非常重要的，可以帮助他们开发新的治疗方法和预防策略。
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。
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。
感谢您的观看
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
基因沉默原理
基因沉默原理基因沉默是指在细胞内通过特定的机制抑制基因的表达，从而影响蛋白质的合成和功能。
基因沉默是一种重要的遗传调控方式，对生物体的发育、生长、代谢和适应环境等方面起着重要作用。
基因沉默的机制主要包括转录后基因沉默（TGS）和转录前基因沉默（TGS）。
转录后基因沉默是指在基因转录后，利用RNA介导的DNA甲基化或染色质重构等方式抑制基因的表达。
而转录前基因沉默则是指通过RNA干扰（RNAi）等机制，在基因转录前抑制基因的表达。
基因沉默的实现主要依赖于RNA介导的机制。
在RNA介导的DNA甲基化中，RNA会与DNA结合形成双链RNA-DNA杂交，从而招募DNA甲基转移酶和其他辅助蛋白，最终导致DNA甲基化，使得基因表达受到抑制。
而在RNAi中，双链RNA会被酶切成短的siRNA或miRNA，这些小RNA分子会与靶基因的mRNA结合，从而导致mRNA的降解或翻译抑制，最终实现基因的沉默。
基因沉默在生物体内起着重要的调控作用。
首先，基因沉默可以帮助细胞对外界环境进行快速响应。
当生物体受到外界环境的刺激时，通过基因沉默可以迅速调整基因表达，从而适应新的环境。
其次，基因沉默还参与了生物体的发育和分化过程。
在胚胎发育中，基因沉默可以调控特定基因的表达，从而确保胚胎的正常发育。
另外，基因沉默还参与了生物体的免疫应答和抗病过程。
通过基因沉默，生物体可以抑制病原体的基因表达，从而增强自身的抵抗能力。
基因沉默的研究不仅对于理解生物体的遗传调控机制具有重要意义，同时也为疾病的治疗和基因工程技术的发展提供了重要的理论基础。
在疾病治疗方面，通过调控基因的沉默可以靶向性地抑制病原体的基因表达，从而实现疾病的治疗。
在基因工程技术方面，基因沉默可以帮助科学家对特定基因进行精准编辑和调控，从而创造出更加强大和适应性更强的生物体。
总的来说，基因沉默作为一种重要的遗传调控方式，对于生物体的发育、生长、代谢和适应环境等方面起着重要作用。
6基因沉默和基因组编辑
Andrew Fire 出生：1959年 美国斯坦福大学
4
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。
基因沉默的原理
基因沉默的原理
1.基因沉默的概念
基因沉默是指在转基因生物中，某些基因的表达水平降低到
几乎检测不到的程度，而另一些基因的表达水平则明显升高。
转
基因生物的某些性状与正常生物体完全相同，而另一些性状却显
著降低。
通过转基因技术，可以获得具有高表达或低表达的转基
因生物，但转基因生物不能正常繁殖后代。
目前，人们对此已有
较深入的了解。
基因沉默现象是指生物体在正常生理情况下，某
些基因或蛋白质在 mRNA水平上不表达甚至丧失表达水平的现象。
如一个细胞内有一种名为“沉默因子”的酶，它能够使 mRNA发
生降解。
当某种病毒感染细胞时，病毒基因组被破坏，同时病毒
中“沉默因子”大量减少，使 mRNA降解受阻，最后使细胞内原
有的正常基因及蛋白质不能正常表达。
2.基因沉默对人类健康的影响
1.一些与生殖有关的疾病，如男性不育、女性不孕等与基因
沉默有关。
2.基因沉默能促进癌症患者化疗及放疗后的康复。
3.基因沉默可使已被杀死的肿瘤细胞重新生长。
—— 1 —1 —。
《RNAi与基因沉默》PPT课件
指转录物间的碱基配对以及转录物内的碱基配对造成同源转录物的降解。
7.RdRP模型：
在线虫中，小量的dsRNA 能够使大量的靶RNA沉默，这种现象至少有 三种机制：A、Dicer酶将长dsRNA分子切成短的“初级”siRNA， 因为每 一个siRNA具有结合一个同源mRNA的能力，效应的放大水平取决于dsRNA 的长度 。B、siRNA在酶作用中，可多次应用，能提供进一步放大。 C、 短RNAs可作为靶mRNA的引物启动一个RNA诱导的RNA聚合反应，产 生次级siRNAs
5.异常RNA模型(aberrant RNA model)：
转基因DNA和RNA相互作用或内源和外源基因DNA间的相互作用导 致基因转录区域的甲基化，产生异常RNA，异常RNA触发所有相关转录物 的特异性降解
6.分子间(内)碱基配对模型(inter-or intra-molecular base pairing
C、找出起始密码子下游的AA二连序列 ，将连同其后19个bp一起作为siRNA的
1.植物体内基因沉默
植物
位置效应
（拟南介）
转基因沉默
2. 线虫 dsRNA
基因沉默
3.果蝇 RNaseIII siRNA 基因沉默
4. 鼠胚胎细胞
siRNA
基因沉默
（ dsRNA能够引起正常细胞的非程序性凋亡）
4. RNA阈值模型(RNA threshold model) ：
Lindbo 等认为RNA 干涉是细胞质中mRNA 的监控系统,当某种mRNA 超量表达时,监控系统就将这种超量表达的mRNA 降解。
1. 干扰RNA（siRNA）及合成原则：
A、一般选择的区域是以靶基因转录物的AUG起始密码子下游50－100bp
trv介导的基因沉默原理
trv介导的基因沉默原理TRV（Tobacco Rattle Virus）是一种植物病毒，可用于基因沉默实验。
TRV介导的基因沉默原理主要通过RNA干扰机制来实现。
RNA干扰是一种高度保守的细胞自身防御机制，通过破坏特定目标mRNA的稳定性或阻断转录产物的翻译，使目标基因的表达受到抑制。
在TRV介导的基因沉默过程中，首先需要构建包含目标基因片段的TRV病毒载体。
TRV病毒本身是由两个单链RNA分子组成：RNA1和RNA2。
RNA1和RNA2分别编码产生两种不同的RNA干扰信号，分别为50 kDa和60 kDa的蛋白产物。
其中，50 kDa蛋白（RNA1亲和素）会结合到RNA2分子上，形成RNA1/RNA2复合物。
在TRV介导的基因沉默过程中，首先将RNA1和RNA2载体转化到感受者植物中，随后在感受者植株中通过感染TRV载体表达出RNA互补链的RNA1和RNA2。
RNA1和RNA2会互相识别并形成复合体，形成dsRNA（双链RNA）。
这个dsRNA会被Dicer样酶切割成siRNA（小干扰RNA）片段。
siRNA片段会与RNA诱导沉默复合体（RISC）结合，并引导RISC定位到与siRNA完全互补的mRNA上。
RISC在mRNA上的结合会导致mRNA的降解或抑制其翻译，从而实现基因沉默的效果。
总结起来，TRV介导的基因沉默原理是通过构建TRV载体和植物细胞内RNA干扰机制相互配合，利用siRNA分子引导RISC靶向降解或抑制目标基因的表达，实现基因的沉默。
这种技术在研究植物基因功能、抗病性等方面具有广泛的应用前景。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
引起基因沉默的原因
研究表明,引起基因沉默的原因很多,转基因的拷贝数和构型、在植物上的整合位点、转基因的转录水平等都与沉默有关,外界环境如过高的温度、过强的光照也会增加基因沉默发生的几率和产生时间,此外,外源基因的表达还受植物发育因子(如亲本年龄)的影响。
因此,植物转基因沉默的作用机制可能不是单一的,而是各种机制共同作用的结果,是植物本身的防御系统和外界环境因素协同作用的产物。
转基因沉默可以发生在染色体DNA水平、转录水平和转录后水平三种不同的层次上。
1.染色体DNA水平的转基因沉默
发生在染色体DNA水平的转基因沉默叫做位置效应(positioneffect)。
当导入的外源基因随机地插入到宿主基因组时,如果被导入到转录活跃区,就有可能进行高水平的转录,如果外源基因插入转录不活跃区,则只能进行低水平的转录或不能转录。
按照染色质高级结构组织的环状结构模型,核基质结合区(matrixattachmentregions,MARs)作为边界元件与核基质结合,使两个MAR之间的基因片段被界定成一个独立的染色质环(1oop),并作为隔离子(insulator)阻挡邻近染色质区的顺式调控元件对环内基因的影响,使位于染色体环内的基因可作为一独立的表达调控单位而存在。
MAR可能使转基因在受体基因组整合
后形成独立的环状结构,从而提高转基因的表达水平并减少转基因在不同株系表达差异
2.转录水平的基因沉默
发生在转录水平上的转基因沉默叫做转录失活。
反向重复的基因或转基因可以进行异位配对,配对的DNA作为信号,使DNA异染色质化或从头甲基化,这样转录过程就会受到抑制。
此外,DNA-RNA协同(association)也是造成转录水平基因沉默的原因之一。
（1）转移基因及其启动子甲基化甲基化是活细胞中最常见的一种DNA其价修饰形式,它通常发生在DNA的GC和CN G序列的C碱基上,C甲基化的频率在哺乳动物及高等植物中部比较高。
甲基化修饰在基因表达、植物细胞分化以及系统发育中起着重要的调节作用。
然而,从所报道的转基因沉默的例子来看,几乎所有的转基因沉默现象都与转基因及其启动子的甲基化有关。
而发生在DNA的CG和CNG序列上的甲基化并不是植物中转基因转录水平沉默起始的前提,但C碱基甲基化对维持基因沉默是必需的。
（2）多拷贝重复基因多拷贝重复基因序列整合进基因组后,无论正、反都容易形成异位配对,引起基因组防御系统的识别而被甲基化或异染色质化失活。
（3）染色体包装转导基因在染色体上的遗传位点相同,但受染色体包装的影响,产生沉默。
当转导基因由染色体区域的正常位点包装到另一区域的位点时,其与转录因子的接触机会就会
发生改变,从而影响其表达水平。
因此,包装于不同染色体区域的转基因的表达活性不同的水平,导致基因的镶嵌性失活,表现为细胞有丝分裂的不稳定性。
3.转录后水平基因沉默
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,共抑制(co-suppression)现象是其研究的热点。
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。
其中RNA-RNA作用又称RNA干扰,涉及RNA的降解机制。
此外,过量的RNA也可能和同源的DNA相互作用导致重甲基化,使基因失活。
（1）转录后基因沉默模型RNA阈值模型认为:细胞只能容纳和处理一个特定阈值以下的转基因转录物,一旦细胞内的转基因转录物超过这个阈值后,就引发了细胞内的一种RNA监视机制用以排除过量的RNA,内源RNA依赖下的RNA聚合酶以过多的转基因mRNA为模板,通过反转录合成拷贝RNA,这些拷贝RNA能与转基因和内源基因的mRNA杂交,而配对的双链RNA可被细胞内RNA酶识别,成为降解的靶同源转录物。
异位配对模型认为:异位配对的DNA转录出正常RNA与异常RNA,正常RNA与异常RNA相互作用,共同降低了正常RNA的加工
和翻译。
由于多拷贝的存在,引起DNA的反向连接,从正链转录的反义RNA与从负链转录的RNA形成双链RNA,干扰mRNA的正常加工和翻译。
减数分裂后,细胞内mRNA水平下降,RNA-RNA相互减弱,然后转录因mRNA水平开始上升。
一定时间后,RNA-RNA作用加强,转基因又发生转录后沉默。
异常RNA模型:由Kooter等提出,认为转基因mRNA异常结构或异常RNA可以激活PTGS。
分子间和分子内配对模型:Metzlag等认为,外源基因的导入干扰了前体mRNA加工的正常进行,引起mRNA的大量降解,造成内、外源基因的沉默。
（2）反义RNA引起的基因沉默在植物体内有同源基因的外源基因的表达或使用强启动子都会造成转录本过量,形成反义RNA;具有同源性的DNA序列在载体上如果呈反式排列也会产生反义RNA。
反义RNA会与特异的mRNA形成双链或三链结构,引起特异性的Rnase的降解,使细胞内完整的mRNA含量降低,引起内外源基因的失活。
（3）后成修饰作用(epigeneticeffect) 后成修饰作用是指转基因的序列和碱基组成不发生改变,但是其功能却在个体发育的某一阶段受到细胞内因子的修饰作用后而关闭。
后成修饰作用导致的转基因沉默与受体植物的染色体组型结构有关。
（4）环境作用环境因素对外源基因表达的影响环境在植物生长和发育中起重要作用,与动物相比,植物的基因表达与调控
对环境有高度依赖性。
其中,光、温度和水等是重要的环境因素。
在一定环境条件下,导入植物的外源基因可能由于环境因素诱导而沉默。
现在只知道环境因素对植物基因表达的影响是光控因子、热休克元件、种子特异发育因子等顺式作用元件和反式作用因子以及其他因子共同作用的结果。
需要注意的是,上述三种机制并不是独立的,而是相互关联的。
dsRNA介导的植物RNAi引发的基因沉默可发生在转录水平,也可发生在转录后水平。
对于部分转基因植物来说,基因沉默可能是因为特异基因的甲基化而引起。
如:Kumpatla等在将bar基因导入水稻的实验中,发现bar基因在转录水平上发生了沉默。
Kohli等和Fu等在用基因枪法获得转基因水稻中也发现了类似的现象,同时发现沉默原因是由于外源基因本身及其启动子Ubil 发生甲基化引起的。
此外,Fu等的研究还表明部分植物中dsRNA 介导的基因沉默亦可在转录后发生。
马中良等通过农杆菌介导转化水稻,结果亦表明dsRNA在转基因水稻中能高效诱导转录后基因沉默的发生。
转录水平的基因沉默是发生在核内的时间,而转录后的基因沉默是发生在细胞质中。
两者都与甲基化有关,转录水平上的基因沉默主要发生在启动子区域,基因的转录受抑制;而在转录后的基因沉默中,甲基化主要发生在基因的编码区,基因能够转录,产生mRNA,但mRNA在细胞质中被特异性地降解,不能正常翻译成蛋白质造成的,转录后基因沉默发生在细胞质中,转录物能在细
胞核中积累但在细胞质中mRNA迅速降解或不能正常地加工。
二者在时间上并非简单的前后关系,在空间上也不因为核膜的存在而相互隔离。