分子遗传学2014

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？

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

核小体在DNA中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装配成核小体，则DNA上的每个位点将一直位于核小体上的特定位置，我们称这种装配类型为核小体定位。

核小体的定位对基因的表达调控有重要的影响。它的定位变化总是伴随着基因从抑制到转录状态的转变。核小体的定位或定位的去稳定或解除可能是影响基因转录调控的重要因素。大量的试验结果表明，核小体的形成和在染色质的精确定位是真核基因表达所必需的。

有人提出核小体的形成及其在染色质上的精确定位有以下两方面的作用：（1）提供一个支架结构，使转录因子之间的信息传递更有效；（2）染色质结构的不均一性，即某些区域不形成核小体，保证了转录因子易于接近染色质模板。

2.常见的反式作用因子有哪些？其结构特点是什么？

这些调节着基因转录活性的反式作用因子，通称为转录因子，已鉴别的转录因子可分为普遍性和组织特异性两类。转录因子有数千种之多，从其结构特点来看，主要有两大功能区，①DNA结合域，②活性域。对于DNA结合域，根据其氨基酸结构域的特点，又可分为：螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix,HTH），锌指（zinc finger），螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix,HLH），亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP），同源异型域（homeodomain,HD)，激素受体类（类固醇等）或核受体类，β桶（β-barrels）结构等。

锌指蛋白（zinc finger protein）是由含有锌指结构域的两类蛋白质组成，即传统的锌指蛋白和类固醇受体结合蛋白质。锌指结构域是由蛋白质上保守的半胱氨酸及/或组氨酸与锌原子结合形成一个手指状的结构。典型的锌指蛋白往往有多个锌指结构域，其保守序列为Cys-X2-Cys-X3-phe-X5-leu-X2-His-X2-His,锌原子与其中两个半胱氨酸和2个组氨酸结合形成四面体结构，长23个氨基酸，两个锌指之间由7 8个氨基酸相连。从每个锌指的三级结构来看，其N端形成β折叠，C端形成α螺旋。反向平行的β折叠区含有2个半胱氨酸，与其后α螺旋中的2个组氨酸一起与锌原子结合，而由锌原子稳定了整个锌指结构。

同源异型域蛋白属于HTH蛋白，可形成三个螺旋区，其中螺旋2、螺旋3形成典型的HTH域，螺旋3识别螺旋与DNA大沟结合，其N末端臂参与DNA小沟的结合，同源异型域蛋白形成二聚体后才与DNA结合

β-桶(β-barrels)结构，每个亚基上的α-螺旋则与DNA大沟相结合，两个相邻的大沟被识别螺旋结合后可导致DNA分子发生45°的弯曲。

HLH长40～50个氨基酸，由两个长15～16个氨基酸的亲水，亲脂的α螺旋及长度不同的环（连接区）将其分开。两蛋白的两个α-螺旋疏水面相互作用可形成同二聚体或异二聚体，多数HLH附近有一强碱性的氨基酸区，但也有不含该区的HLH，含有碱性区的HLH 称为bHLH或HLP，是DNA的识别和结合所必需的，但与DNA结合能力的差异则是由bHLH 基序及二聚体的状况所控制的。

亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP）的双亲α螺旋其疏水面亮氨酸突出，并与另一个平行的亮氨酸拉链蛋白的亮氨酸突出交错排列，盘绕成卷，两个右手螺旋互相缠绕，每圈3.5个氨基酸，每7个残基构成一个完整的重复单位，因此亮氨酸在拉链区每隔6个氨基酸残基重复出现一次，两个蛋白形成同源二聚体或异源二聚体。在每个拉链蛋白质中与亮氨酸重复

序列邻近的区域是高度碱性的，可作为一个DNA的结合位点。整个二聚体呈Y型结构，拉链构成茎，两个碱性区分叉形成臂，横跨在DNA分子上并与相邻的DNA两个大沟结合，这称为bZIP。

3.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？

原核生物和真核生物基因表达调控的不同

1.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。

2.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。

3.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。

4.转座子的遗传学效应与应用

转座子：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。

（1）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（target-site-duplication）。

（2）诱发基因突变

当转座子插入到某个基因座位中往往导致该基因失活，在某些情况，插入位点的基因保持正常转录，只是转录子中的插入序列通过转录后的剪接过程而被除掉，因此插入位点的基因仍表现出显性性状，这种现象叫做渗漏突变(leaky mutation)。也就是仍有—些残余水平基因表达的突变。该基因称为渗漏基因（leaky gene），又称亚效等位基因（hypomorph），即一种突变种基因与其野生型有相似的效应，但效应较弱。

（3）调节基因表达

反转录病毒带有增强子（enhancer）序列，很多转座子也带有增强子，它们像RNA病毒一样，能使其插入位点附近的基因活性增强。转座子除了含有增强子外，有的转座子还含有启动子，也能促进基因的转录活性。

（4）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。由于转座作用，使某些原来在染色体相距甚远的基因组合在一起，构建成一个操纵子或表达单元，也有可能产生一些具有新的生物学功能的基因和编码新的蛋白质分子。

（5）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，目前常用的办法是构建基因组文库或cDNA文库，然后从中筛选目的基因。该技术的原理是由于转座子序列可以在基因组中转座，如该序列转座正好插入某一基因的外显子区域时，导致这一基因失活，结果表型改变而成为突变体，如该突变是由于转座子的DNA克隆，其中必定会含有与该突变体有关的基因。也就是说，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。用该突变型提取DNA构建基因组DNA文库，用标记的转座子序列作为探针，筛选出的克