第七章基因结构与表达分析的基本策略ppthylogen
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基因的表达和结构PPT课件
G
.
26
A A T C T A T AG U UA G AU
G
.
27
A A T C T A T AG U UA G AU A
RNA聚合酶
G
碱基互补配对：T-A ；A-U
C-G. ；G-C
22
RNA A A T C T A T A G 聚合 U U
酶
G
组成RNA的核糖核苷酸一个个连接起来
.
23
A A T C T A T AG U UA
G
.பைடு நூலகம்
24
A A T C T A T AG U UA G
G
.
25
A A T C T A T AG U UA G A
遗传效应 能控制生物某一蛋白质的合成
基本功能（遗传效应）:
1、储存、传递、表达遗传信息
2、发生变异，为生物的进化提供原材料
.
16
思考：染色体、DNA、基因、多脱氧核苷酸 单链、脱氧核苷酸的关系
染色体是DNA的主要载体，同时也是基因的主要 载体，基因在染色体上直线排列，每条染色体上 有一个或两个DNA分子； 每个DNA分子含有很多基因，
A+T =a（a为特定值） C+G
（人=1.5 猪=1.43 小麦=1.21；家鸡=1.34；此 比值具有物种特异性）
.
6
4、一种碱基在两条链中所占的比例等于这种碱基在 每条单链中所占的比例之和的一半
.
7
DNA的一条链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其 互补单链和整个DNA分子中分别是
A 0.4和0.6 B 2.5和1.0 C 0.4和0.4 D 0.6和1.0 DNA的一条链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其 互补单链和整个DNA分子中分别是
基因表达及功能分析的基本策略ppt课件
Western blot基本程序
1. 蛋白质样品的制备 2. SDS-PAGE分离 3. 蛋白质转膜 4. 特异抗体（即第一抗体）与膜上的蛋白质（抗原）印
迹杂交 5. 再经偶联了可检测标记信号的第二抗体（即抗抗体，
商品试剂盒中多采用偶联辣根过氧化物酶的Ig） 6. 最后经与酶的底物反应而显影、成像，经扫描后获取
第二节
生物信息学在预测基因 功能中的应用
Bioinformatics Application in Predicting Gene Function
一、利用生物信息学方法进行基因功能 注释
(一）通过序列比对预测基因功能
序列比对是生物信息学最基本的分析技术之一，最常 用的方法是将目的DNA或蛋白质序列与已知的DNA和蛋白 质序列数据库进行比对，搜索到与目的序列高度同源的功 能已知的基因或蛋白质，用这些基因和蛋白质预测目的基 因和蛋白质的功能。局部比对搜索工具BLAST是进行序列 比对的基本工具，它允许用户选择一条查询序列与一个数 据库进行比对，找到数据库中与输入的查询序列相匹配的 项。BLAST是一个序列数据库搜索程序家族，其中包括许 多有特定用途的程序。
高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术 是在大量核酸、多肽信息累计（即资料库）基础上，采 用微板作为分子载体，制作集成“芯片”，以自动化操 作系统进行分子杂交的试验过程。
因为快捷、灵敏、信息量大，适合大规模操作，故 称“高通量”。
高通量检测技术适合“组学”（omics）研究，更 适合生命活动过程相关的基因表达谱分析。
原理: 根据蛋白质分子的两个属性——等电点和分子 质量——将蛋白质混合物进行分离。电泳结果经染色后， 即可对不同样品中蛋白质的表达谱进行比较；还可从凝胶 中将特定的蛋白质点切下，经胰蛋白酶消化后得到短肽片 段，利用质谱（mass spectrum）技术进行定性分析，对差 异表达的蛋白质进行鉴定。
基因功能分析的基本策略课件(共 71张PPT)
RNAi 是真核生物中广泛存在的现象
植物：干扰因素自叶脉向外扩散，绿色荧光蛋白 线虫：左侧为 转基因线虫；右侧线虫则经 (GFP) GFP dsRNA 基因 Hela 细胞：经GFP ORC6 siRNA 作用后，细胞出现多核现象。 果蝇：右侧果蝇为野生型，左侧为 shRNA 造成的色素缺乏的 被抑制，显露出红色。 处理。部分细胞 RNAi 相关蛋白表达较低，仍有绿色荧光。 绿色为 tubulin， 缺陷型。 红色为 DNA。ORC6 细胞分裂调控蛋白。
检测的提示重组体存在的基因。GFP、 LacZ、AP、 LUC。
融合基因 (fusion gene): 将特定的目的基因与报告
基因拼接成融合基因，并与顺式作用元件拼接成完 整的转录单位。
动物转基因常用的载体
腺病毒载体 逆转录病毒载体 非病毒类载体：如质粒等。
2. 中游—基因转移、胚胎移植与建系
基本原理
转基因动物
基本过程
上游—基因改造和载体构建
中游—基因转移、胚胎移植与建系 下游—基因整合、表达的检测与细胞筛选
1. 上游—基因改造和载体构建
外源基因: 完整的转录单位, 由顺式作用元件、结构
基因和转录终止信号组成。
报告基因 (reporter gene) : 在表达载体中引入易于
第十二章
基因功能分析的基本策略
转基因模型是研究基因功能的主要手段
转基因生物： 外源基因导入生物体表达。 基因打靶： 外源基因替换内源基因。 基因敲除。 基因敲入。 基因沉默： 导入特定基因，抑制内源性基因表达。
第一节 转基因技术
转基因技术(transgenic technology)：将外源 基因导入细胞，随机整合到受体基因组内， 并随细胞分裂而遗传给后代。 细胞模型。 转基因动物。 转基因植物。
基因工程7克隆基因的表达概述PPT模版(41页)
强启动子是能维持高频率转录的启动子， 通常控制那些细胞需要其大量转译产物的基因 转录；而弱启动子具有相对较低的转录效率， 指导那些仅需要其少量转译产物的基因转录。
利用基因工程技术，可将由弱启动子所控 制的基因放在强启动子的下游，从而获得高效 表达。
两个保守区之间的DNA对启动子的功能也 有影响，各启动子都需要一些最适的间隙，通 常认为间隙为17 bp的启动子功能较强。
2. 真核细胞启动子中可以找到三个保守区：
(1) 位于12至32 bp之间的TATA框，序列为 TATAATATA，其功能可能为DNA双链开始解 开并决定转录的起点位置。
(2) 位于70至80 bp区域的CAAT框，序列为 GGTCAATCT，其主要作用可能与RNA聚合酶 的结合有关。
(3) 位于更上游约70至100 bp处的GC框，序列 为GGGCGG，也称为增强子（enhancer），其 作用为促进基因的转录，对基因的表达可产生 显著的增强作用。增强子有时位于基因3’端下 游区或在内含子中。
由RNA聚合酶催化的转录过程可分为起始、 延长和终止三个步骤。
7.3.1.1 启动子 标志基因转录起始的位点称启动子。在大
肠杆菌中，启动子被RNA聚合酶的因子所识 别。启动子是一段DNA序列，常位于基因或 操纵子编码顺序的上游，RNA聚合酶结合在上 面。
1. 原核细胞的启动子 原核细胞的启动子在转录起始点的上游有
(2’ω)组成，分子量约46万。完整的RNA聚 合酶，即2’ ω ，称为全酶(holoenzyme)； 没 有 亚 基 的 RNA 聚 合 酶 称 为 核 心 酶
(coreenzyme)。亚基(因子)容易同核心酶解离，
其功能是使核心酶能稳定地结合到DNA的启动
子上，故又称为起始因子。
利用基因工程技术，可将由弱启动子所控 制的基因放在强启动子的下游，从而获得高效 表达。
两个保守区之间的DNA对启动子的功能也 有影响，各启动子都需要一些最适的间隙，通 常认为间隙为17 bp的启动子功能较强。
2. 真核细胞启动子中可以找到三个保守区：
(1) 位于12至32 bp之间的TATA框，序列为 TATAATATA，其功能可能为DNA双链开始解 开并决定转录的起点位置。
(2) 位于70至80 bp区域的CAAT框，序列为 GGTCAATCT，其主要作用可能与RNA聚合酶 的结合有关。
(3) 位于更上游约70至100 bp处的GC框，序列 为GGGCGG，也称为增强子（enhancer），其 作用为促进基因的转录，对基因的表达可产生 显著的增强作用。增强子有时位于基因3’端下 游区或在内含子中。
由RNA聚合酶催化的转录过程可分为起始、 延长和终止三个步骤。
7.3.1.1 启动子 标志基因转录起始的位点称启动子。在大
肠杆菌中，启动子被RNA聚合酶的因子所识 别。启动子是一段DNA序列，常位于基因或 操纵子编码顺序的上游，RNA聚合酶结合在上 面。
1. 原核细胞的启动子 原核细胞的启动子在转录起始点的上游有
(2’ω)组成，分子量约46万。完整的RNA聚 合酶，即2’ ω ，称为全酶(holoenzyme)； 没 有 亚 基 的 RNA 聚 合 酶 称 为 核 心 酶
(coreenzyme)。亚基(因子)容易同核心酶解离，
其功能是使核心酶能稳定地结合到DNA的启动
子上，故又称为起始因子。
基因结构与表达分析的基本策略课件
分子生物学的三大核心技术
DNA序列分析—DNA测序，1977 聚合酶链式反应—DNA扩增，1985 DNA重组技术—基因克隆，1973
基因结构与表达分析的基本策略课件
1
主要内容
一、DNA序列分析
二、核酸分子杂交 三、聚合酶链式反应 四、基因芯片和微阵列
五、 Western免疫印迹
基因结构与表达分析的基本策略课件
这一技术类似于用吸墨纸吸收纸张上的 墨迹，因此称之为“blotting”, 译为印迹 技术。
基因结构与表达分析的基本策略课件
32
探针技术
用放射性核素、生物素或荧光染料标 记其末端或全链的已知序列的多聚核苷酸 链被称为“探针”。
探针可以与固定在NC膜上的核苷酸结 合，判断是否有同源的核酸分子存在。
基因结构与表达分析的基本策略课件
The Nobel Prize in Chemistry 1993
基因结构与表达分析的基本策略课件
51
The replication of DNA
基因结构与表达分析的基本策略课件
52
原理：PCR是模拟天然DNA复制过 程，利用DNA 聚合酶催化一对引物 间特异DNA片段合成的体外扩增技 术。 其主要热循环过程为：变性、 退火、延伸三个步骤。
（一）PCR技术原理 （二）耐热DNA聚合酶 （三）PCR引物及设计原则 （四）PCR条件的优化 （五）PCR改进技术
（六）其它PCR技术 基因结构与表达分析的基本策略课件
50
（一）PCR技术原理
聚合酶链式反应(PCR) :
Mullis K. 1985年
发明的一种模拟天然
DNA复制过程的核酸
体外扩增技术。
基因结构与表达分析的基本策略课件
DNA序列分析—DNA测序，1977 聚合酶链式反应—DNA扩增，1985 DNA重组技术—基因克隆，1973
基因结构与表达分析的基本策略课件
1
主要内容
一、DNA序列分析
二、核酸分子杂交 三、聚合酶链式反应 四、基因芯片和微阵列
五、 Western免疫印迹
基因结构与表达分析的基本策略课件
这一技术类似于用吸墨纸吸收纸张上的 墨迹，因此称之为“blotting”, 译为印迹 技术。
基因结构与表达分析的基本策略课件
32
探针技术
用放射性核素、生物素或荧光染料标 记其末端或全链的已知序列的多聚核苷酸 链被称为“探针”。
探针可以与固定在NC膜上的核苷酸结 合，判断是否有同源的核酸分子存在。
基因结构与表达分析的基本策略课件
The Nobel Prize in Chemistry 1993
基因结构与表达分析的基本策略课件
51
The replication of DNA
基因结构与表达分析的基本策略课件
52
原理：PCR是模拟天然DNA复制过 程，利用DNA 聚合酶催化一对引物 间特异DNA片段合成的体外扩增技 术。 其主要热循环过程为：变性、 退火、延伸三个步骤。
（一）PCR技术原理 （二）耐热DNA聚合酶 （三）PCR引物及设计原则 （四）PCR条件的优化 （五）PCR改进技术
（六）其它PCR技术 基因结构与表达分析的基本策略课件
50
（一）PCR技术原理
聚合酶链式反应(PCR) :
Mullis K. 1985年
发明的一种模拟天然
DNA复制过程的核酸
体外扩增技术。
基因结构与表达分析的基本策略课件
基因的表达课件ppt
转录水平调控
基因表达首先经历转录水平的调控，即DNA转录成RNA的过程，这种调控可以控制RNA 的种类和数量。
翻译水平调控
转录完成后，RNA需要进行翻译，即RNA转变为蛋白质的过程，这种调控可以控制蛋白 质的种类和数量。
表观遗传调控
除了转录和翻译水平的调控外，基因表达还受到表观遗传调控的影响，这种调控可以通过 修饰DNA或RNA来影响基因的表达。
基因的分类
根据功能和结构，基因可分为编码基因和非编码基因。
基因表达的必要性
生物生长和发育
基因表达是生物生长和发育的基础，通过基因的表达，生物体会产生相应的蛋白 质，进而实现生物的生长发育。
环境应答
基因表达也是生物对环境应答的基础，生物体会根据环境的变化，通过基因的表 达来调整自身的状态。
基因表达的调控
某些基因的突变可以导致基因表达异常，进而引发疾病 ，如遗传性疾病、癌症等。
基因甲基化
DNA甲基化是调节基因表达的重要方式之一，当甲基化 异常时，基因表达也会受到影响，进而可能导致疾病发 生。
基因印记
基因印记是指来自父母双方的基因在表达上存在差异， 这种差异可能导致一些疾病的发生。
通过基因表达研究疾病分子机制
基因编辑技术
改进和优化CRISPR-Cas9等基因编辑技术，使其更加精准、高效、 安全。
未来可能的研究热点和挑战
跨学科融合
整合生物学、化学、物理学和计算机科学等多学科的前沿技术与方法，为基因表达研究提供新的视角和工具。
数据科学在基因表达研究中的应用
充分利用大数据和人工智能技术，挖掘基因表达数据的隐藏信息和规律。
以基因表达为靶点的药物开发
靶点
通过研究基因表达在疾病中的作用，科学家们可以找到新的药物靶点，这些 靶点可以是调控基因表达的分子或者是与基因表达相关的通路。
基因表达首先经历转录水平的调控，即DNA转录成RNA的过程，这种调控可以控制RNA 的种类和数量。
翻译水平调控
转录完成后，RNA需要进行翻译，即RNA转变为蛋白质的过程，这种调控可以控制蛋白 质的种类和数量。
表观遗传调控
除了转录和翻译水平的调控外，基因表达还受到表观遗传调控的影响，这种调控可以通过 修饰DNA或RNA来影响基因的表达。
基因的分类
根据功能和结构，基因可分为编码基因和非编码基因。
基因表达的必要性
生物生长和发育
基因表达是生物生长和发育的基础，通过基因的表达，生物体会产生相应的蛋白 质，进而实现生物的生长发育。
环境应答
基因表达也是生物对环境应答的基础，生物体会根据环境的变化，通过基因的表 达来调整自身的状态。
基因表达的调控
某些基因的突变可以导致基因表达异常，进而引发疾病 ，如遗传性疾病、癌症等。
基因甲基化
DNA甲基化是调节基因表达的重要方式之一，当甲基化 异常时，基因表达也会受到影响，进而可能导致疾病发 生。
基因印记
基因印记是指来自父母双方的基因在表达上存在差异， 这种差异可能导致一些疾病的发生。
通过基因表达研究疾病分子机制
基因编辑技术
改进和优化CRISPR-Cas9等基因编辑技术，使其更加精准、高效、 安全。
未来可能的研究热点和挑战
跨学科融合
整合生物学、化学、物理学和计算机科学等多学科的前沿技术与方法，为基因表达研究提供新的视角和工具。
数据科学在基因表达研究中的应用
充分利用大数据和人工智能技术，挖掘基因表达数据的隐藏信息和规律。
以基因表达为靶点的药物开发
靶点
通过研究基因表达在疾病中的作用，科学家们可以找到新的药物靶点，这些 靶点可以是调控基因表达的分子或者是与基因表达相关的通路。
基因表达PPT教学课件
温 故 知 新
１、基因表达包括哪些过程 :?转录和翻译
２、细胞分化过程是不同基因进行表达的果,
那么,分化后不同细胞的遗传物质相同吗 ?
３、原核生物和真核生物基因表达的调控相同吗?
４、比较原核细胞和真核细胞基因结构的异同：
第三节 基因表达的调控
生物体内每个细胞都含有该物种的一整套 基因，但是，这些基因并不是同时都在表达。 比如单细胞的细菌，就能够根据环境的变化， 开启或关闭某些基因，以便迅速合成它所需要 的蛋白质，停止合成它不需要的蛋白质。多细 胞生物体内基因的表达更为复杂。生物体内的 基因之所以能够有序地表达，是因为细胞内存 在着对基因表达的调控机制，这种调控机制是 生物体所不可缺少的。
3、积极作用：世界多极化是建立在各种力 量相互依存又相互制约的基础上，因此
（1）、有利于避免新的世界大战的爆发； （2）、有利于削弱和抑制霸权主义和强权
政治； （3）、有利于推动建立公正合理的国际政
治经济新秩序； （4）、有利于世界的和平、稳定、发展。
3、正确认识世界各种力量：
（1）美国极力维护其惟一超级大国地位；
围绕美伊战争，世界上发生了几个分裂：联合国分裂为主战 和反战两方，北约内部出现和平解决与军事打击之争的“裂 痕”，欧盟也分化为以法、德为代表的反战派和以英、西为 代表的主战派。“这无疑表明，世界多极化趋势在发展，各 种力量的重新组合并没有结束。
这场单极与多极的较量，“核心问题是：二十一世纪的国际事 务，到底是一个国家说了算，还是有事大家商量着办”。表面 上看美国单极霸权横冲直撞，可以在这场不对称战争中达到推 翻萨达姆政权的军事目的。但从深层次上看，美国失去了人心， 失道寡助，美国的战略目的——建立以美国主导的单极世界秩 序，则很难实现。(有什么好处？）
１、基因表达包括哪些过程 :?转录和翻译
２、细胞分化过程是不同基因进行表达的果,
那么,分化后不同细胞的遗传物质相同吗 ?
３、原核生物和真核生物基因表达的调控相同吗?
４、比较原核细胞和真核细胞基因结构的异同：
第三节 基因表达的调控
生物体内每个细胞都含有该物种的一整套 基因，但是，这些基因并不是同时都在表达。 比如单细胞的细菌，就能够根据环境的变化， 开启或关闭某些基因，以便迅速合成它所需要 的蛋白质，停止合成它不需要的蛋白质。多细 胞生物体内基因的表达更为复杂。生物体内的 基因之所以能够有序地表达，是因为细胞内存 在着对基因表达的调控机制，这种调控机制是 生物体所不可缺少的。
3、积极作用：世界多极化是建立在各种力 量相互依存又相互制约的基础上，因此
（1）、有利于避免新的世界大战的爆发； （2）、有利于削弱和抑制霸权主义和强权
政治； （3）、有利于推动建立公正合理的国际政
治经济新秩序； （4）、有利于世界的和平、稳定、发展。
3、正确认识世界各种力量：
（1）美国极力维护其惟一超级大国地位；
围绕美伊战争，世界上发生了几个分裂：联合国分裂为主战 和反战两方，北约内部出现和平解决与军事打击之争的“裂 痕”，欧盟也分化为以法、德为代表的反战派和以英、西为 代表的主战派。“这无疑表明，世界多极化趋势在发展，各 种力量的重新组合并没有结束。
这场单极与多极的较量，“核心问题是：二十一世纪的国际事 务，到底是一个国家说了算，还是有事大家商量着办”。表面 上看美国单极霸权横冲直撞，可以在这场不对称战争中达到推 翻萨达姆政权的军事目的。但从深层次上看，美国失去了人心， 失道寡助，美国的战略目的——建立以美国主导的单极世界秩 序，则很难实现。(有什么好处？）
基因表达教学课件ppt
翻译是将基因中的遗传信息转变成蛋白质的过程，是基因表达的重要环节之 一。
翻译的场所
翻译主要在细胞质的核糖体上进行，核糖体是由RNA和蛋白质组成的复合体 。
翻译的起始
起始密码子
翻译的起始信号是mRNA上的起始密码子，它与核糖体上的起始因子结合，起始 翻译过程。
起始因子的作用
起始因子与起始密码子结合后，可以促进核糖体与mRNA的结合，并启动翻译过 程。
02
基因表达研究在农业领域也得到了广泛应用，通过对植物和动物基因表达的研 究，可以更好地了解生长发育和适应环境的机制，提高生产效率。
03
基因表达研究在环境科学领域也扮演着重要的角色，通过对不同生物在相同环 境下的基因表达比较，可以更好地了解生物对环境的适应性，为环境保护提供 科学依据。
基因表达研究的发展趋势
02
基因表达的转录
转录的概述
01
02
03
定义
转录是指将DNA序列转 化为RNA序列的过程。
转录的酶
转录需要RNA聚合酶的 参与。
转录的场所
转录主要发生在细胞核内 。
转录的启动
启动子
转录的启动子是RNA聚合酶识别和结合DNA序列的位点。
转录起始复合物
启动子与RNA聚合酶结合形成转录起始复合物。
转录起始复合物的形成过程
基因表达谱
通过基因表达谱可以了解疾病状态下哪些基因在发生变化，从而 为疾病的诊断提供依据。
生物标志物
一些基因表达产物可以作为疾病的生物标志物，例如：前列腺癌 中的PSA基因。
疾病分型
基因表达数据可以用于疾病的分型，例如：肺癌可以分为鳞状细 胞癌、腺癌和小细胞肺癌。
基因表达异常与疾病的治疗
靶向治疗
翻译的场所
翻译主要在细胞质的核糖体上进行，核糖体是由RNA和蛋白质组成的复合体 。
翻译的起始
起始密码子
翻译的起始信号是mRNA上的起始密码子，它与核糖体上的起始因子结合，起始 翻译过程。
起始因子的作用
起始因子与起始密码子结合后，可以促进核糖体与mRNA的结合，并启动翻译过 程。
02
基因表达研究在农业领域也得到了广泛应用，通过对植物和动物基因表达的研 究，可以更好地了解生长发育和适应环境的机制，提高生产效率。
03
基因表达研究在环境科学领域也扮演着重要的角色，通过对不同生物在相同环 境下的基因表达比较，可以更好地了解生物对环境的适应性，为环境保护提供 科学依据。
基因表达研究的发展趋势
02
基因表达的转录
转录的概述
01
02
03
定义
转录是指将DNA序列转 化为RNA序列的过程。
转录的酶
转录需要RNA聚合酶的 参与。
转录的场所
转录主要发生在细胞核内 。
转录的启动
启动子
转录的启动子是RNA聚合酶识别和结合DNA序列的位点。
转录起始复合物
启动子与RNA聚合酶结合形成转录起始复合物。
转录起始复合物的形成过程
基因表达谱
通过基因表达谱可以了解疾病状态下哪些基因在发生变化，从而 为疾病的诊断提供依据。
生物标志物
一些基因表达产物可以作为疾病的生物标志物，例如：前列腺癌 中的PSA基因。
疾病分型
基因表达数据可以用于疾病的分型，例如：肺癌可以分为鳞状细 胞癌、腺癌和小细胞肺癌。
基因表达异常与疾病的治疗
靶向治疗
第章基因表达和调控ppt课件
只在肠 中表达
广泛表达
弱化子attenuator
▪ 大肠杆菌的色氨酸支配子 ▪ 在trp mRNA 5’端trp E基因的起始密码子
前有一个长162bp的DNA序列称为前导区， 其中第123~150位核苷酸假设缺失，trp基 因的表达程度可提高6倍
▪ 当mRNA开场所成后，除非培育基中完全不
含有色氨酸，否那么转录总是在这个区域 终止
原核生物：支配子 真核生物：“同表达基因群〞 (synexpression group)，时间和空间上
2. 转录后的调控
▪ (1) 转录后RNA的切割调控 ▪ (2) mRNA的修饰和加工 ▪ ① 选择性剪接或可变剪接 ▪ ② 甲基化：6-甲基腺嘌呤(6mA)，
5′Apm6ApC3′和 5′Gpm6ApC3′
一、调控元件
▪ 1. 启动子 ▪ 上游(Upstream)：基因转录起点前面即5’
端的序列
▪ 下游(Downstream)：基因转录起点后面即
3‘端的序列，把起点的位置记为+1
▪ 启动子区：RNA聚合酶同启动子结合的区
域
原核生物启动子
▪ Pribnow box (-10 sequence)：
原核基因转录起始点的上游10碱基处(-10bp) 的序列，其根本构造是TATAATG
eukaryotes
DNA sequences involved in the control of transcription: enhancer
eukaryotes
eukaryotes
Structure of the enhancer of SV40
眼特异加强子 肠特异加强子
广泛加强子
只在眼 中表达
▪ ③ RNA编辑 ▪ 翻译扩增Translational amplification：在转录
广泛表达
弱化子attenuator
▪ 大肠杆菌的色氨酸支配子 ▪ 在trp mRNA 5’端trp E基因的起始密码子
前有一个长162bp的DNA序列称为前导区， 其中第123~150位核苷酸假设缺失，trp基 因的表达程度可提高6倍
▪ 当mRNA开场所成后，除非培育基中完全不
含有色氨酸，否那么转录总是在这个区域 终止
原核生物：支配子 真核生物：“同表达基因群〞 (synexpression group)，时间和空间上
2. 转录后的调控
▪ (1) 转录后RNA的切割调控 ▪ (2) mRNA的修饰和加工 ▪ ① 选择性剪接或可变剪接 ▪ ② 甲基化：6-甲基腺嘌呤(6mA)，
5′Apm6ApC3′和 5′Gpm6ApC3′
一、调控元件
▪ 1. 启动子 ▪ 上游(Upstream)：基因转录起点前面即5’
端的序列
▪ 下游(Downstream)：基因转录起点后面即
3‘端的序列，把起点的位置记为+1
▪ 启动子区：RNA聚合酶同启动子结合的区
域
原核生物启动子
▪ Pribnow box (-10 sequence)：
原核基因转录起始点的上游10碱基处(-10bp) 的序列，其根本构造是TATAATG
eukaryotes
DNA sequences involved in the control of transcription: enhancer
eukaryotes
eukaryotes
Structure of the enhancer of SV40
眼特异加强子 肠特异加强子
广泛加强子
只在眼 中表达
▪ ③ RNA编辑 ▪ 翻译扩增Translational amplification：在转录
基因分析的基本策略课件
，直接读出DNA序列。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
反应体系 碱基修饰 碱基修饰 主链断裂 断裂点
试剂
反应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
试剂
G
硫酸二甲酯 鸟嘌呤甲基化 六氢吡啶 G
G+A 甲酸
脱嘌呤作用 六氢吡啶 G/A
C+T
肼
嘧啶开环 六氢吡啶 C/T
C
肼（加盐） 胞嘧啶开环 六氢吡啶 C
在化学修饰反应中，通过控制反应温度和反应时间，只有 一小部分碱基被修饰，随后进行断裂反应也是定量。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
5`-GATCACTACTG-3`
硫酸二甲酯
5`*-GATCACTACTG-3`
G
5`* GATCACTACTG 5`*G
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
G+A 甲酸 C+T 肼
5`*GATCACTACTG
5`*GATCACTACT 5`*GATCACTAC
5`*GATCACTA 5`*GATCA 5`*GA 5`*G
基本步骤： 1、先将DNA的末端之一标记放射性同位素（32P、35S）
； 2、再将DNA样品分别进行多组具碱基特异性、随机的、
不完全的化学修饰； 3、采用修饰碱基敏感的特异化学试剂在修饰碱基位置断
开DNA链； 4、通过具有可分辨链长短仅一个核苷酸之差的聚丙烯胺
凝胶电泳，将DNA断裂片段按分子大小分离开； 5、根据放射自显影胶片上显示的末端标记片段分布情况
定DNA序列的末端中止法；
➢K.Mullis采纳他的方法，完善了PCR扩增DNA的方法
；
➢M.Smith发明了碱基定点突变技术。这三位科学家全
都获得了诺贝尔奖。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
反应体系 碱基修饰 碱基修饰 主链断裂 断裂点
试剂
反应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
试剂
G
硫酸二甲酯 鸟嘌呤甲基化 六氢吡啶 G
G+A 甲酸
脱嘌呤作用 六氢吡啶 G/A
C+T
肼
嘧啶开环 六氢吡啶 C/T
C
肼（加盐） 胞嘧啶开环 六氢吡啶 C
在化学修饰反应中，通过控制反应温度和反应时间，只有 一小部分碱基被修饰，随后进行断裂反应也是定量。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
5`-GATCACTACTG-3`
硫酸二甲酯
5`*-GATCACTACTG-3`
G
5`* GATCACTACTG 5`*G
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
G+A 甲酸 C+T 肼
5`*GATCACTACTG
5`*GATCACTACT 5`*GATCACTAC
5`*GATCACTA 5`*GATCA 5`*GA 5`*G
基本步骤： 1、先将DNA的末端之一标记放射性同位素（32P、35S）
； 2、再将DNA样品分别进行多组具碱基特异性、随机的、
不完全的化学修饰； 3、采用修饰碱基敏感的特异化学试剂在修饰碱基位置断
开DNA链； 4、通过具有可分辨链长短仅一个核苷酸之差的聚丙烯胺
凝胶电泳，将DNA断裂片段按分子大小分离开； 5、根据放射自显影胶片上显示的末端标记片段分布情况
定DNA序列的末端中止法；
➢K.Mullis采纳他的方法，完善了PCR扩增DNA的方法
；
➢M.Smith发明了碱基定点突变技术。这三位科学家全
都获得了诺贝尔奖。
最新基因结构与表达分析的基本策略
ddTTP dTTP
A G CT
12
2. DNA测序主要步骤
13
G反应管 T反应管
A反应管
C反应管
14
15
GATC
16
测序步骤
● 单链DNA模板的制备 ● DNA模板与测序引物退火 ● 掺入法标记反应 ● 延伸-终止反应 ● 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ● 放射自显影 ● 阅读测序结果
17
（二）DNA测序自动化原理 采用4种不同的荧光分别标记4
3638 2604
18S
623
3kb 0.4 kb
RNA琼脂糖凝胶电泳 Northern blot hybridization
DNA合成反应中，ddNTP不存在 3′-OH末端，故不能与下一个核苷酸 的5′-磷酸基团形成3′，5′-磷酸二 酯键，导致DNA新链的延伸提前终止于 ddNTP 。
11
4
7
11
5′ T A C G C T G A A T G A 3′
ddATP ddGTP dGTP dCTP
ddCTP dATP
利用各种物理方法使电泳胶中的生物 大分子转移到NC等各种膜上，使之成为 固相化分子。
这一技术类似于用吸墨纸吸收纸张上的 墨迹，因此称之为“blotting”, 译为印迹 技术。
33
探针技术
用放射性核素、生物素或荧光染料标 记其末端或全链的已知序列的多聚核苷酸 链被称为“探针”。
探针可以与固定在NC膜上的核苷酸结 合，判断是否有同源的核酸分子存在。
（三）化学降解法
与末端终止法不同，化学 降解法是建立在对原有DNA的 化学降解过程基础上。
24
化学降解法原理
将待测DNA片段3′或5′端进行同位素 标记，标记的DNA片段分成五个反应，分别 用不同的化学试剂处理，造成碱基特异性 切割，使DNA片段分别于某一种（类）碱基 处断裂。电泳分离5组DNA混合物，放射自 显影检测末端标记的DNA链的电泳区带位置。
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of the details of the control and transfer of genetic
information.
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
2.中心法则提出（Crick，1958）
Crick,1916-2004
Central Dogma
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
（一）双脱氧链末端终止法※ (Sanger ,1977)
（二）化学裂解法 (Maxam ＆Gilbert ,1977 )
（三）DNA自动化序列分析
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
DNA测序技术基础：
● 高分辨率变性聚丙烯酰胺 凝胶电泳（polyacrylamide gel electrophoresis, PAGE）技术
Presentation Speech by Professor A. Engström
Dr. Francis Crick, Dr. James Watson, Your
discovery of the molecular structure of the
deoxyribonucleic acid, the substance carrying the
从DNA到蛋白质，通过转录 和翻译，用基因的遗传信息在 细胞内合成有功能意义的各种 蛋白质。
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
4.基因结构与表达分析技术：
DNA RNA
DNA序列分析※ Southern blot ※ FISH
Northern blot ※ Real -time RT –PCR ※ 基因芯片
(一）双脱氧链末端终止法
（dideoxy chain termination）
以DNA合成 反应为基础。
(Sanger)
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
ATP、dATP和ddATP的结构
ATP
dATP
ddATP
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
DNA合成反应
与DNA自动排序。
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
2. DNA自动测序结果
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
(Ⅱ)核酸分子杂交 Nucleic Acid Hybridization
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
核酸分子杂交技术的建立
测序步骤
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
G反G应反管应管
A反应管
T反应管
C反应管 第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
GATC
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
（二）化学裂解法
● 基因芯片上的阵列是由有规 则排列的cDNA或寡核苷酸等样 本所组成的 。
● 基因表达高通量分析法。
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
DNA微阵列：
● cDNA微阵列（cDNA microarray） ● 寡核苷酸微阵列（oligomicroarray）
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
1. DNA自动测序步骤：
4种带有不同荧光染料标 记的终止物ddNTPs
Sanger测序反应
反应产物毛细管电泳分离
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
激光激发不同大小DNA片段 上的荧光分子，发射出四种 不同波长的荧光
荧光信号采集、计算机分析
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
Southern Blotting
ETOH Phenol ProtK SDS
Spin
Chloro
tissue
Paper Towels
1
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
Agarose Gel Electrophoresis
cDNA微阵列:
在一微小的基片（硅片等）表面 集成了大量分子识别探针，能够平行 分析大量基因转录表达，因此又被称 为cDNA芯片。
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
基因表达谱芯片主要技术流程：
样品荧光标记 芯片制备 芯片杂交 芯片洗涤和扫描 扫描图像分析
第七章基因结构与表达分析的基本1策02
与末端终止法不同，化学 降解法是建立在对原有DNA的 化学降解过程基础上。
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
1.化学裂解法原理
将待测DNA片段3′或5′端进行 同位素标记，标记的DNA片段分成四 个反应，分别用不同的化学试剂处 理，造成碱基特异性切割，使DNA片 段分别于某一种碱基处断裂。
应用举例
Nt
28S
3638 2604
18S
623
3kb 0.4 kb
RNA琼脂糖凝胶电泳 Northern blot hybridization
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
0d 2d 4d 6d 8d 靶 mRNA
GAPDH
Northern blot 杂交分析mRNA的表达
your discovery. The formulation of double helical
structure of the deoxyribonucleic acid with the
specific pairing of the organic bases, opens the
most spectacular possibilities for the unravelling
单链DNA探针与待测RNA形成 DNA/RNA杂交双链，加入核酸酶S1 专一性地降解未形成杂交体的DNA 或RNA单链，DNA/RNA杂交双链则 受到保护而不被降解。
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
2．RNA酶保护分析法
（RNase protection assay，RPA）
反转录机制阐明（ Temin 1970 ）
补充的中心法则
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
中心法则： 代表了大多数 生物遗传信息贮存和表达 的规律，奠定了从分子水 平研究生命科学关键问题 的理论基础。
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
3.基因表达（gene expression）：
heredity, is of utmost importance for our
understanding of one of the most vital biological
processes. Practically all the scientific disciplines
in the life sciences have felt the great impact of
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
RPA基本程序：
●待测RNA的分离 ●体外转录标记RNA探针 ●待测RNA与探针RNA进行液相杂交 ● RNA酶消化 ●不同大小杂交片段凝胶电泳分离
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
3.抑制消减杂交原理
（suppression subtractive hybridization，SSH）
蛋白质
Western blot※ 蛋白质芯片
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
讲授内容：
(Ⅰ)DNA序列分析※ (Ⅱ)核酸分子杂交※
(Ⅲ) 基因芯片和微阵列
(Ⅳ)Western免疫印迹※ (Ⅴ) 聚合酶链式反应※
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
一、DNA序列分析
掺入N个核苷酸
掺入N+1个核苷酸
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
1. 双脱氧末端终止法原理
DNA合成反应中，ddNTP不存 在3′-OH末端，故不能与下一个 核苷酸的5′-P端形成3′，5′磷酸二酯键，导致DNA新链的延伸 提前终止于ddNTP 。
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
化学降解G反应模式图
Met
硫酸二甲酯
Met
Met Met
哌啶
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
（三）DNA测序自动化原理
采用4种不同的荧光分别标 记4种ddNTP终止反应产物， 替代放射性同位素标记是实现 DNA测序自动化的基础。
应用：核酸靶DNA或RNA 序列的定性与定量分析。
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
一、Southern印迹杂交 (Southern blot hybridization)
将电泳分离的待测DNA片段结 合到一定的固相支持物上，然后与 存在于液相中标记的核酸探针进行 杂交的过程。
引物 延伸的新合成链
掺入ddNTP
末端终止部位
DNA单链模板
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
2. DNA测序主要步骤
● 单链DNA模板的制备
● DNA模板与测序引物退火
● 掺入法标记反应 ● 延伸-终止反应
● 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ● 放射自显影 ● 阅读测序结果