研究真核生物启动子结构与功能的方法
真核RNA聚合酶及其启动子
表位标签法
• 表位标签法（epitope tagging）：利用遗 传学方法将一小段氨基酸残基（表位标签） 融合到目的蛋白上，由此可使目的蛋白通 过抗体识别表位标签而进行免疫沉淀并纯 化蛋白
• 沉淀与纯化的蛋白质（或蛋白复合体）可 通过SDS-PAGE进行分离分析
10-10
酵母RNA pol II的亚基
WT转录起始位点
箭头长度表示缺失片段长度
SV40早期启动子缺失突变效应
10-17
近端启动子元件
• GC框（GC box）：具有GGGCGG序列的近端启动子元件，存在于许 多哺乳动物结构基因的启动子中，通常位于TATA box上游，无方向依 赖性，但有位置依赖性。转录因子Sp1结合GC box后可增强转录效率。
• CCAAT框（CCAAT box）具有CCAAT序列的近端启动子元件，存在 于 许 多 RNA pol II 识 别 的 真 核 生 物 启 动 子 中 。 转 录 因 子 CTF 结 合 CCAAT框后可增强转录效率。
10-18
I类启动子
不同物种的I类启动子只有2个保守元件： • 核心元件：在转录起始位点附近（-45~+20），为转录所必须；上游启
10-20
10.3 增强子和沉默子
• 增强子（enhancer）：与一个或多个激活因子结合而促进一个或多个 基因转录的DNA元件。增强子一般位于其调控基因的上游，但也可以 在下游
SV40病毒早期基因调控区结构
• 沉默子（silencer）：可以在远距离降低基因转录水平的DNA元件 • 增强子和沉默子经常是组织特异性的，都可以在数千碱基之外对基因
• 酵母RNA pol II的Rpb1、Rpb2和Rpb3为核心亚基 • Rpb1亚基存在2种形式（IIAO、IIAA），分别执行转录起始与起始
分子生物学——精选推荐
分子标志物：指可以反映机体生理、病理状态的核酸、蛋白质（多肽）、代谢产物等生物分子。
DNA结构：DNA的二级结构是双螺旋结构：DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘。
螺旋直径为2nm，形成大沟(major groove) 及小沟(minor groove)相间。
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T;G=C）。
相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。
DNA的三级结构是超螺旋结构：DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋(positive super coil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相同负超螺旋(negative super coil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。
原核生物DNA的是环状超螺旋结构核小体(nucleosome)是染色质的基本组成单位，由DNA和蛋白质构成。
组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4 RNA结构：一级结构：核苷酸连接方式同DNA。
RNA的一级结构即指核苷酸的连接方式、数量和排列方式。
主要结构特征：①含有稀有碱基（修饰碱基）；②不遵守Char gaff原则；③多数为单链分子，形成链内双链二级结构（发夹结构）；④碱基配对：A-U，G-C。
t RNA二级结构：DHU环反密码环额外环 TΨC环氨基酸臂t RNA的三级结构是倒L型t RNA的功能：活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。
m RNA的结构与功能:1）基本特点：含量低（约占总RNA的1%～5%）；种类多（上万种）；分子大小差异大（几百～约2万个核苷酸）；半衰期短。
2）结构特点：编码区——决定蛋白质的一级结构，包括起始密码子、终止密码子、外显子。
非编码区——与蛋白质生物合成的调控有关，包括5′非编码区（帽结构、核蛋白体识别结合位点等）、3′非编码区（多聚腺苷酸尾）、间隔序列（内含子）。
启动子结构和功能研究进展
启动子结构和功能研究进展王婧;李冰;刘翠翠;朱阵;张继瑜【摘要】Gene expression and its regulation are dependent, on to a great extent, on transciption. An elementary transciption reaction is initiated by the recognition of regulatory regions and especially promoters. Promoters is the cis-regulatory element of gene expression and its regulation, exsit in eukaryotes and prokaryotes. This paper expounded on the general characteristics and the function of promoter segment and cis-element functions.%转录起始是一种最重要的表达调节方式，通过多种蛋白质与启动子的配位结合起始转录，参与基因的表达调控过程。
而启动子作为基因表达调控的重要顺式作用原件，在原核和真核生物中均存在。
对核心启动子结构特征中多种保守顺式调控原件及基本转录因子的结构和功能进行了阐述。
【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】6页(P40-45)【关键词】启动子;结构;顺式作用元件;功能;转录因子【作者】王婧;李冰;刘翠翠;朱阵;张继瑜【作者单位】中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050【正文语种】中文生物体所具有的遗传性状，称之为表型，表型是基因型与外界环境因素相互作用的结果。
真核生物启动子
真核生物启动子由于真核生物中有三种不同的RNA聚合酶，因此也有三种不同的启动子，其中以启动子Ⅱ最为复杂，它和原核的启动子有很多不同：（1）有多种元件：TATA框，GC框，CATT框，OCT等；（2）结构不恒定。
有的有多种框盒如组蛋白H2B；有的只有TATA框和GC框，如SV40早期转录蛋白，（3）它们的位置、序列、距离和方向都不完全相同，（4）有的有远距离的调控元件存在，如增强子；（5）这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点的作用；（6）不直接和RNA pol 结合。
转录时先和其它转录激活因子相结合，再和聚合酶结合。
(一)Ⅱ类基因的启动子和调控区Ⅱ类基因的启动子由核心元件和上游元件组成。
核心元件包括TATA框和转录起始位点附近的启始子（initiator，Inr）。
在起始点一般没有同源序列，但mRNA的第一个碱基倾向A，另一侧翼由Py组成（在原核启动子的CAT起始序列也有这种情况），称为起始子（initiator），一般由PY2CAPY5构成，位于-3～+5，可能提供RNA pol Ⅱ识别。
无论TATA是否存在，Inr对于启动子的强度和起始位点的选择都是十分重要的。
现已分离纯化了与Inr特异结合的蛋白质因子。
1．核心元件TATA框合又称Hogness框，Goldberg-Hogness框，俚语称为金砖（Goldbrick），其一致序列是：T85A97T93A85A63A83A50，常在起始位点的上游-25左右，相当于原核的-10序列。
但-10是不可缺少的，而真核启动中也有的缺乏TATA框。
其作用是：(1) 选择正确的转录起始位点，保证精确起始，故也称为选择子（selector），当有的基因缺少TATA框时，可能由Inr来替代它的这一作用，如鼠的脱氨核苷转移酶（Tdt）基因就没有TATA框，但有17bp的Inr；(2) 影响转录的速率。
TATA框的8bp的保守序列一般都是由A.T对组成，少数情况在其中的两个位点上由G.C对取代了A.T，可见它是较容易打开。
真核生物启动子的研究及应用
ｇ ｎｅ，Ｆｒｔ Ｈｏｐｔｌｏ ｉｎ Ｕｎｖ ｒｉ ．Ｃｈ ｎ ｃ ｕ １ ０ ２ ；３ ｅ ａｔ ｎ ｆ Ｐ ａｍａ ｙ ｈｎ ｓ Ｉ ｅｏ ｄ Ｙ Ｃｅ ｔｒ ｉ ｓ ｉ ｆＪｌ ｉｅｓｔ ｓ ａ ｉ ｙ ａ ｇ ｈ ｎ ３ ０ １ ．Ｄ ｐ ｒｍｅ ｔ ｏ ｈ ｒ ｃ ．Ｃ ｉｅ ｅ Ｐ Ｊ Ｓ ｃ ｎ Ａ
通 讯 生 技 术 Ｌ １Ｔ Ｒ Ｉ ＯＴ ＮＯ ＯＧＹ Ｖ ｌ － － ｒ ０ ０ Ｅ Ｔ Ｓ Ｎ ＢＩ ＥＣ ＴＥ Ｉ Ｈ Ｌ ｏ １ Ｎ ・ Ｍａ． ２ １ ．１ －． 一 Ｕ ２ ｏ 一 ２ 一 ・ ， ，２ Ｈ
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［ ｂｔａｔ Ｉ ｏｅ ｅｄ ｏ ｂ ｉ ｉ －ｅｅ ｅｐＡ ｓ ｃ］ ｔ ｆ ｎ ｎ ｅｓｔ ｕｌ ａｈｇ ｌ ｌ ｘ ｒｓｉ ｆｈｔ ｏｏｏ ｓｐｏｅ ｘｒｓｉ ｅｔ ｉ ｔｅ ｄ— ｒ ｔ ｄ ｈ ｖ ｏ ｅ ｉ ｏ ｏ ｈ
据 及 探 索新 的治 疗途 径 。
［ 键词］ 启动子； 关 真核 生物 ； 能 研 究 功
［ 图分 类 号 ］ Ｑ ８ 中 ７
试比较原核和真核细胞的mRNA的异同
第一章绪论分子生物学:从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学，主要指遗传信息的传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表达（转录和翻译）与调控。
分子生物学研究内容● DNA重组技术（基因工程）1、可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽;2、可用于定向改造某些生物的基因组结构;3、可被用来进行基础研究● 基因的表达调控1信号转导研究;2转录因子;3研究RAN剪接● 生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学）● 基因组、功能基因组与生物信息学研究第二章染色体和DNADNA复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一条子链的合成是不连续的，故称半不连续复制在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的方向从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链为滞后链。
DNA的复制过程（大肠杆菌为例）双链的解开;DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。
ori(或o）、富含A、T的区段RNA引物的合成:DnaB蛋白活化引物合成酶，引发RNA引物的合成。
引物长度约为几个至10个核苷酸，DNA链的延伸切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段复制时，解链酶等先将DNA的一段双链解开，形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称为复制叉在DNA复制过程中，前导链能连续合成，而滞后链只能是断续的合成5 3 的多个短片段，这些不连续的小片段称为冈崎片段。
复制的几种主要方式P421、双链环状、θ型复制、双向等速2、滚环型：单向复制的特殊方式如：ΦΧ174的双链环状DNA复制型（RF)（1）模板链和新合成的链分开;（2）不需RNA引物，在正链3‘－OH上延伸（3）只有一个复制叉;3、D环复制单向复制的特殊方式如：动物线粒体DNA真核生物中DNA的复制特点1、真核生物每条染色体上有多个复制起点，多复制子（约150bp左右）；2、复制叉移动的速度较慢（约50bp／秒），仅为原核生物的1／10。
真核生物启动子预测相关数据库资源概述
真核生物启动子预测相关数据库资源概述刘玉瑛1,张江丽2(1.首都师范大学生命科学学院,北京100037;2.廊坊师范学院生命科学学院,河北廊坊065000)摘要启动子是基因表达调控的重要元件,深入研究启动子的结构和功能,是理解基因转录调控机制和表达模式的关键。
随着生物技术和计算机技术的高速发展,应用生物信息学技术对启动子进行预测和分析的方法得到了很大发展。
对目前常用的真核生物启动子预测相关数据库和软件资源作了简单介绍。
关键词真核生物;启动子;数据库;预测中图分类号Q24文献标识码A文章编号0517-6611(2007)24-07418-02The Databases o f Eukaryo tic Promoters and Related So ftw are ResourcesLIU Yu2ying et al(Co lleg e of Life Science,Capital N ormal U niv ersity,B eijin g100037)Abstract Eu kary o tic pro mo ters are i mp ortan t elemen ts in reg ulatio n o f the e xpres si on.T o stud y the structu re and functio n o f a p ro m oter deeply,i t is the key to kno w ho w the gene reg ulates its transcri pti on an d starts its exp ression.With the fast d evelo pmen t o f bio log ical and co m puter techno lo gy,sig nifican t ac hiev ements h av e been made in co mp utatio nal predictio n o n Eu kary o tic pro mo ters.In thi s paper mai nly in tro duces the pro g ress made in the datab ases o f predictin g E ukaryo tic p ro mo ters as w ell as the related so ftw are reso urces w as in tro duced.Key w ords Wikipedia;Pro m oter;D atab ase;Predicti on作为基因表达所必需的重要序列信号和基因转录水平上一种重要的调控元件,真核生物的启动子一直是现代分子生物学的研究热点。
基因启动子的结构与功能研究
基因启动子的结构与功能研究基因是生命的基础，是细胞产生所有蛋白质和RNA的基本单位。
而基因的表达则是由其启动子决定的。
基因启动子是指基因的起始部分，其中含有一系列与转录因子相互作用的序列和调控区域，其结构和功能对基因的表达特异性和数量控制起着重要的作用。
本文将从基因启动子的结构、功能及研究现状三个方面，探讨其在生命科学领域中的重要作用及研究进展。
一、基因启动子的结构基因启动子一般位于基因转录起始点周围，具有高度保守性的核酸序列。
在真核生物中，基因启动子主要包括一些作用于RNA聚合酶II的调控元件，如核小体结构域、起始剪切位置和启动核酸序列等，以及与转录因子促进或抑制基因表达的调控元件。
这些调控元件之间存在着复杂的相互作用，它们组合成一个细致而又复杂的基因启动子结构。
基因启动子的核小体结构域是影响基因表达最基本的元素之一。
核小体结构域包含有序排列的His和Lys残基，是一种高度替代和高度保守的基因启动子结构。
核小体结构域能影响DNA的可及性和RNA聚合酶的运动，从而控制基因的起始转录位置和转录水平。
另一个影响基因启动子的结构元素是启动核酸序列。
启动核酸序列是RNA合成的重要起始点，包括两个相邻的结构：TATA盒和尾部序列，其中TATA盒是最重要的序列之一，它通过结合TBP（TATA盒结合蛋白）来识别DNA序列，并启动RNA聚合酶的转录活动。
除了核小体和启动核酸序列，许多其他的结构元素也对基因启动子的转录有重要影响。
例如，调控区域可以吸引转录激活因子、抑制转录激活因子或者影响染色质的结构变化。
因此，基因启动子的结构是一个由各种复杂元素组合而成的网络结构，它直接决定了基因的表达。
二、基因启动子的功能基因启动子的主要功能是启动RNA合成的过程，从而参与蛋白质的合成、调节和代谢，因为所有基因表达的初步步骤都是由基因启动子控制的。
因此，基因启动子的研究是生物学和医学等领域的重要研究内容。
基因启动子的功能不仅存在于单一基因的启动子上，还存在于多个基因启动子之间的细微差别或调控元件的复杂组合，这些方面可能涉及到基因的起始和终止转录、基因剪接和RNA聚合酶的活性状态等。
RNA启动子的研究与应用
RNA启动子的研究与应用RNA启动子是指位于RNA转录起始点区域的DNA序列，它能够直接或间接地调控RNA的转录和翻译。
在生物学研究中，RNA启动子的研究和应用是一个有意义的领域。
本文将介绍RNA启动子的一些基础知识、研究方法及其在生物学、医学等方面的应用。
一、RNA启动子的基础知识1. RNA启动子的作用RNA启动子在转录和翻译的过程中发挥着关键作用，它能够调控RNA的转录和转录速度，进而影响蛋白质的表达量。
在真核细胞中，大多数RNA启动子并不直接与RNA聚合酶相互作用，而是通过调节转录因子等蛋白质与RNA聚合酶的结合关系，进而调控RNA的转录和翻译。
2. RNA启动子的分类RNA启动子可根据其功能和结构特点进行分类。
根据结构特点可分为TATA-box和CCAAT-box启动子等，根据功能可分为转录增强子和转录抑制子等。
3. RNA启动子的识别在真核细胞中，RNA启动子的识别是由转录因子等蛋白质调控的。
转录因子可以通过与RNA启动子的结合来调控RNA的转录和转录速度，其中最为关键的是TATA-binding protein (TBP)和TATA-binding protein associated factors (TAFs)等。
二、RNA启动子的研究方法1. DNA测序技术DNA测序技术是RNA启动子研究的一种重要方法。
通过对RNA启动子区域DNA序列的测定和分析，可以识别RNA启动子的序列特征，进而揭示RNA启动子与蛋白质表达和功能等方面的关联。
2. 转录因子结合位点分析技术转录因子结合位点分析技术可以用来确定RNA启动子与特定转录因子的结合位点，有助于了解RNA启动子的调控机制及其与蛋白质表达等方面的关系。
目前常用的方法包括ChIP-Seq、DNase-Seq等。
3. 基因编辑技术基因编辑技术可以用来研究RNA启动子的功能和调控机制，其基本原理是通过改变RNA启动子的序列、结构等特征，从而对其功能进行评估和调控。
真核生物三类启动子
真核生物启动子有三类，分别由RN A 聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ进行转录。
类别Ⅰ（class Ⅰ）启动子：只控制rR NA 前体基因的转录，转录产物经切割和加工后生成各种成熟rRN A 。
类别Ⅰ启动子由两部分保守序列组成：核心启动子（c ore promo t er ）：位于转录起点附近，从-45至+20；上游控制元件（u pstr e am contr ol eleme n t ，UCE ）：位于-180至-107；RNA 聚合酶Ⅰ对其转录需要2种因子参与：UBF1：一条M 为97000的多肽链，结合在上述两部分的富含G C 区；1个TBP ，即TA TA 结合蛋白（TA TA-bindi n g prote i n ，TBP ）；SL1：一个四聚体蛋白，含有 3个不同的转录辅助因子T AF Ⅰ；在SL1因子介导下R NA 聚合酶Ⅰ结合在转录起点上并开始转录。
类别Ⅱ（class Ⅱ）启动子：类别Ⅱ启动子涉及众多编码蛋白质的基因表达的控制。
该类启动子包含4类控制元件：基本启动子（b asal promo t er ）：序列为中心在-25至-30左右的7 bp 保守区，T A TAA AA/T ，称为TAT A 框或Go l dber g -Hogne s s 框。
与RNA 聚合酶的定位有关，DNA 双链在此解开并决定转录的起点位置。
失去TAT A 框，转录将在许多位点上开始。
起始子（initi a tor ）：转录起点位置处的一保守序列，共有序列为：Py PyA NT(A)P y P yPy 为嘧啶碱（C 或T ），N 为任意碱基，A 为转录的起点。
DNA 在此解开并起始转录。
上游元件（upstr e am facto r ）：普遍存在的上游元件有C A A T 框、G C 框和八聚体（octam e r ）框等。
真核基因的基本结构
真核基因的基本结构
真核基因的基本结构通常由以下几个部分组成：
1. 启动子：启动子是基因的一个序列，可以与RNA聚合酶结合，启动转录过程。
启动子通常位于基因的5'端。
2. 编码区：编码区是基因的编码序列，包括外显子和内含子。
外显子是编码蛋白质的序列，内含子则是位于编码区内的非编码序列。
3. 终止子：终止子是基因的一个序列，可以与转录因子结合，终止转录过程。
终止子通常位于基因的3'端。
4. 调控序列：调控序列是基因内的一些序列，可以与转录因子结合，调控基因的转录活性。
常见的调控序列包括增强子和反应元件等。
真核基因的编码区通常由多个外显子和内含子组成，外显子和内含子交替排列。
在转录过程中，内含子会被剪切掉，只保留外显子部分的序列，然后经过拼接形成成熟的mRNA。
这个过程被称为RNA剪接。
真核基因的结构是复杂的，其表达受到多个层次的调控。
通过对真核基因结构的分析，可以深入了解基因的表达调控机制，为研究基因功能和疾病发生提供重要信息。
真核生物启动子研究概述
真核生物启动子研究概述李圣彦;郎志宏;黄大昉【期刊名称】《生物技术进展》【年(卷),期】2014(000)003【摘要】启动子是调控基因表达的重要基因元件，它的调控作用是多层次多因素共同作用的结果。
通过启动子的调控能够控制基因表达的水平、部位及方式。
深入研究启动子对于了解生物的生长发育、防御系统、疾病等都有非常重要的意义。
本文综述了启动子克隆、生物信息学分析和预测的方法，比较了两种启动子分析方法，介绍了启动子甲基化、多态性和合成启动子的研究进展，以期能够为启动子的研究提供参考。
%Promoter is an important element in regulation of gene expression. The regulation role of promoter is the result of a multi-level interaction of multiple factors. The level, location and manner of gene expression are regulated by the promoter, so deeply study of promoter isof great importance for understanding biological growth, defense system and disease. This paper reviews the methods of promoter cloning, bioinformatics analysis and forecasting of promoter, compares two methods of promoter analysis, introduces the progress of promoter methylation and polymorphism, so as to provide a reference for further study of promoters.【总页数】7页(P158-164)【作者】李圣彦;郎志宏;黄大昉【作者单位】中国农业科学院生物技术研究所，农业部农业基因组学重点实验室北京，北京100081;中国农业科学院生物技术研究所，农业部农业基因组学重点实验室北京，北京100081;中国农业科学院生物技术研究所，农业部农业基因组学重点实验室北京，北京100081【正文语种】中文【相关文献】1.真核生物启动子TATA-box·GC-box和CAAT-box的分析 [J], 张小辉;祁艳霞2.几个真核生物启动子计算机预测数据库资源概述 [J], 刘玉瑛;张江丽3.真核生物启动子的预测技术 [J], 孙吉贵;韩霄松;卢欣华;行荣;仲洋4.真核生物启动子的研究及应用 [J], 黄玉;杨波;迟小华;刘丽宏;李薇;卢学春5.真核生物启动子的鉴定方法 [J], 石慧;李建远因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
植物基因启动子的克隆及其功能研究进展
植物遗传资源学报2008,9(3):3852391Journal of Plant Genetic Res ources植物基因启动子的克隆及其功能研究进展聂丽娜1,2,夏兰琴1,徐兆师1,高东尧1,李 琳1,2,于 卓2,陈 明1,李连城1,马有志1(1中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程/农业部作物遗传育种重点开放实验室,北京 100081;2内蒙古农业大学农学院,呼和浩特 010019) 摘要:启动子在植物基因表达调控过程中起着重要作用。
对于植物基因启动子的克隆及其功能研究有助于了解信号传递途径和基因表达调控模式,为植物转基因工程研究提供理论依据。
本文综述了植物基因启动子的基本结构、类型、克隆方法及功能研究进展,着重介绍了广泛应用于转基因工程的诱导型启动子及启动子功能分析,展望了今后植物启动子的研究方向。
关键词:植物基因启动子;诱导型启动子;克隆;功能分析Progress on Clon i n g and Functi onal Study of Pl ant Gene Pro motersN I E L i 2na 1,2,X IA Lan 2qin 1,XU Zhao 2shi 1,G AO Dong 2yao 1,L IL in1,2,Y U Zhuo 2,CHE N M ing 1,L IL ian 2cheng 1,MA You 2zhi1(1N ational Key Facility for C rop Gene Resources and Genetic I m prove m ent/Key L aboratory of C rop Genetics and B reeding,M inistry of A griculture /Institute of C rop Sciences,Chinese A cade m y of A gricultural Sciences,B eijing 100081;2College of A grono m y,InnerM ongolia A gricultural U niversity,Huhhot 010019) Abstract:Pr omoters p lay an i m portant r ole in the p r ocess of p lant gene exp ressi on and regulati on .The studyon the p r o moter cl oning and its functi onal investigati on contributes t o understand the signal transducti on pathways and gene exp ressi on regulati on model,and offers theoretical basis f or transgenic engineering .This paper revie ws the basic structure,types,cl oning methods and the functi on of p lant gene p r omoters,es pecially inducible p r omoters and their functi on analysis app lied widely t o transgenic engineering .I n the end,this paper deals with the future re 2search and devel opment p r os pects of p lant p r omoters .Key words:Plant gene p r o moter;I nducible p r omoter;Cl oning;Functi on analysis收稿日期:2008204220 修回日期:2008206216基金项目:国家高技术研究发展计划(“863”计划)项目(2006AA10Z115,2007AA10Z130);国家自然科学基金项目(30700504)作者简介:聂丽娜,硕士,研究方向为分子生物学通讯作者:徐兆师,助理研究员,博士,研究方向为分子生物学。
基因启动子及其在真核生物基因表达调控中的作用
基因启动子及其在真核生物基因表达调控中的作用基因是所有生命活动的基础，控制着生物体的发育、生长和适应环境。
除了遗传物质DNA外，还存在一些重要的调控元件，其中最重要的就是基因启动子。
基因启动子是指位于基因核心区域的DNA序列，可以被转录因子和其他调控因子所识别和结合，从而启动某一特定基因的转录。
基因启动子的活性决定着基因的表达量以及表达的时空模式。
在真核生物中，基因启动子通常包含一个核心启动子（core promoter）和一个活化子结合区（enhancer）。
核心启动子一般位于基因起始位点（transcription start site，TSS）附近，提供了基础的转录起始功能。
活化子结合区则位于核心启动子上游或下游数千个碱基对外的位置，可以被转录因子或其他调控因子所识别和结合，增强或抑制基因转录活性。
基因启动子的组成和作用基因启动子通常由多个DNA结构元件组成。
除了核心启动子和活化子结合区外，还有其他重要的结构元件如TATA motif、Inr motif、NC motif等。
这些结构元件的序列、位置和相互作用都对基因启动子的转录活性和表达模式产生影响。
核心启动子：核心启动子是基因启动子的最基本结构，通常位于基因的TSS附近，其中最常见的结构是TATA motif和Inr motif。
TATA motif一般位于TSS大约30个碱基对上游的位置，可以被转录因子TFIID所识别和结合。
Inr motif则位于TSS的下游数个碱基对位置，是另一类常见的启动子序列。
活化子结合区：活化子结合区是基因启动子的主要调控区域，由多个强转录因子结合位点组成。
这些转录因子可以直接结合到活化子结合区，或者通过介导因子（mediator）等辅助蛋白结合。
通过转录因子和介导因子的共同作用，可以调控基因的转录活性、表达时机、时间和空间分布等多个方面。
其他结构元件：除了核心启动子和活化子结合区外，还存在一些次要的结构元件，如钙离子响应元件（CRE）、脱氧核糖核酸响应元件（DRE）、热激响应元件（HSE）等。
《2024年基于序列能量和结构信息的原核生物与真核生物启动子预测》范文
《基于序列能量和结构信息的原核生物与真核生物启动子预测》篇一一、引言基因调控在原核生物和真核生物中发挥着核心作用，其中启动子作为基因表达的首要调控元件，其识别与预测对于理解基因表达机制、疾病诊断和治疗等具有重要意义。
随着生物信息学和计算生物学的发展，基于序列能量和结构信息的启动子预测方法逐渐成为研究热点。
本文旨在探讨基于序列能量和结构信息的原核生物与真核生物启动子预测的方法及其应用。
二、启动子概述启动子是位于基因5'端的一类特殊DNA序列，能够识别、结合RNA聚合酶，从而启动基因的转录过程。
原核生物与真核生物的启动子在结构与功能上存在差异。
原核生物启动子通常较短，结构简单；而真核生物启动子结构复杂，包含多种调控元件。
启动子的准确预测对于理解基因表达模式、疾病发生机制及新药研发具有重要作用。
三、序列能量在启动子预测中的应用序列能量是指DNA序列中各碱基的能量分布情况，反映了序列的稳定性和信息含量。
在启动子预测中，可以通过分析序列能量分布，识别出潜在的启动子区域。
利用生物信息学软件和算法，可以计算DNA序列的能量分布，进而预测启动子的位置和类型。
这种方法在原核生物和真核生物的启动子预测中均有所应用。
四、结构信息在启动子预测中的作用除了序列能量外，DNA序列的结构信息也是启动子预测的重要依据。
通过分析DNA序列的二级结构和三级结构，可以更准确地识别潜在的启动子区域。
例如，某些特定的二级结构如发夹结构、茎环结构等可能在启动子区域形成，这些结构信息对于启动子的识别和预测具有重要价值。
此外，三维空间结构信息也可以为启动子预测提供有力支持。
五、原核生物与真核生物启动子预测的比较与分析原核生物与真核生物的启动子在结构和功能上存在差异，因此在预测方法上也有所不同。
对于原核生物，由于启动子结构相对简单，主要依靠序列能量和简单的结构信息进行预测。
而对于真核生物，由于启动子结构复杂，需要结合多种调控元件和高级结构信息进行预测。
基因启动子的选择及其调节研究
基因启动子的选择及其调节研究基因是构成生命的基本单位之一，每个生物个体都由大量基因组成。
一个基因编码一个蛋白质，而这些蛋白质则控制着生物体内发生的各种生物化学反应。
然而，基因的表达并不是一成不变的，而是受到各种因素的调节。
其中，最基本的是基因启动子的选择与调节。
一、基因启动子的选择基因启动子是一个基因上的一段DNA序列，它位于基因的5'端，负责控制基因的表达。
在真核生物中，基因启动子通常包含多个元件，如增强子、启动子和转录因子结合位点等。
在合成mRNA过程中，首先要把基因转录成一份RNA。
这个过程需要RNA聚合酶能够附着在基因启动子的特定位置上，这个位置被称为转录起点。
因此，基因启动子的选择直接影响RNA聚合酶的结合，从而决定mRNA的产生。
基因启动子的选择是由启动子序列和转录启动因子共同作用的。
最为核心的启动子序列被称为TATA盒。
TATA盒，它的正激活元件被称为TATA盒结合蛋白TBP。
每个真核生物的TATA盒的序列略有不同，同时与其它元件一起协同作用。
TATA盒附近的核苷酸序列可以接受多种类型的细胞因子和激素作用，这些分子可以使这个序列上的蛋白质发生结构和表达上的变化。
二、基因启动子的调节在生物体内，基因的表达受到各种内外因素的调节，如激素、细胞因子、营养等。
基因启动子调节包括增强子和抑制子。
增强子可以增强RNA合成，抑制子则相反。
增强子是一段DNA序列，在基因启动子上游和下游几千碱基对之间。
增强子可以使细胞中的转录因子在DNA上聚集，促进RNA聚合酶的结合，并增强基因的表达。
尽管增强子与基因启动子的距离远，但在抑制子的作用下，它们亦可以通过染色质变异来影响基因表达。
抑制子通常是通过另一类转录因子来抑制启动子上的错误讯息。
对于特定的DNA序列，不同的转录因子可以发挥不同的作用。
抑制子的作用可以在启动子上，也可以在远端的位置上。
有时，一个增强子可以通过染色质变异成为一个抑制子，或一个抑制子可以反过来成为一个增强子。
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研究真核生物启动子结构与功能的方法
研究启动子结构与功能的方法主要有缺失、点突变和足迹法。
在分析得到了启动子的功能序列后，还要弄清与之结合的蛋白质及两者间的相互作用。
在研究真核生物启动子的结构与功能时，常采用下列方法。
（1）卵细胞系统（oocyte system）该方法是将DNA直接注射人爪蟾卵细胞的细胞核，分析和观察RNA的转录情况。
该方法的局限性在于试验条件受卵细胞内条件的限制。
可以用来分析：DNA片段的特性，不能用于分析蛋白质因子与DNA间的结合。
（2）转染系统（transfection system）将外源DNA导人转染的细胞并使之表达。
表达可分为瞬时表达（transient expression）和整合表达（integrant expression）。
由于转录是在细胞内完成的，可以看成是一种体内试验系统。
但外源基因又不是细胞所固有的，和细胞固有基因的表达尚有差别。
使用多种宿主细胞，可提高该系统的应用价值。
（4）转基因系统（transgenic system）转基因系统将外源基因整合人动物的生殖细胞，使外源基因在部分或全部组织中表达。
该系统和转染系统有一些相同的局限性，即外源基因常以多拷贝存在，整合的位置也和内源性基因不同。
（4）体外转录系统（in vitro system）体外转录系统是一种经典的方法。
它应用体外转录的方法，结合缺失突变和点突变，来筛选哪些序列是启动子的功能所必需的，哪些序列对启动子的功能有影响，以及
哪些辅助因子对启动子或启动子中的某一片段有何种作用。
启动子研究的第一步是确定启动子的位置及长度。
主要方法是用缺失试验来确定启动子的上游边界，即当缺失影响转录始时，说明该处就是启动子的上游边界；用缺失试验结合重组试验来确定下游边界。
确定了启动子的位置后，可采用点突变来研究每个碱基在启动子中所起的作用。
研究蛋白质辅助因子与DNA（启动子）的相互作用可采用DNase、足迹法、凝胶阻滞法和硫酸二甲酯方法等。
关于转录调控或基因启动子的研究方法很多,除了较常用的报告基因(Luciferase), CHip, EMSA, pull-down外,还有结合芯片的方法.下面重点介绍五种:
1.Protein Arrays(蛋白芯片)
What they are:固定的转录因子阵列,利用标记的基因序列或蛋白质进行探索.
What to use them for:用于发现和证实转录因子的结合位点或蛋白-蛋白相互作用.
Pros(优点):能提供一种在广泛的因子中检测与特定序列结合的因子.
Cons(缺点):可能会错失一些同源因子和一些转录后的变化.
Things to keep in mind:蛋白分析提供了一种在DNA片段中筛选潜在的结合位点的方法.
但这种方法缺乏柔韧性,因此只局限于广泛的已研究的因子. Available Kits:
panomics: TF protein array I for DNA-protein Interactions
Active Motif: TransArray
2.Microsphere Assays(液相芯片)
What they are:一些微磁珠的集合在一起,每个能与唯一的因子结合位点耦联.
What to use them for:筛选转录因子的表达.
Pros(优点):提供一种广泛相对无偏见的的一次筛选手段,理论上,一次能检测100种不同转录因子.
Cons(缺点):需要特定的硬件设施(如luminex reader),不能完全的解释哪一种蛋白与哪一种蛋白结合.
Things to keep in mind:像RNAse保护试验一样,磁珠系统能定量转录因子保护寡核苷酸不被消化的能力.
来自匹兹堡大学医学中心luminex core facility主任Anna Lokshin就表示:这种微粒方法得到意想不到的
结果,因为它不会受到假说和初步数据的影响","通常你会在自己的知识领域里寻找,但是各自的知识领域
是受到限制的.
Available Kits:
Invitrogen: biosource 3-plex transcription factor assays
Marligen Biosciences: Multiplex transcription factor profiling Kit
3.Chromatin Immunoprecipitation(染色质免疫沉淀分析)
What they are:来自天然染色质的蛋白质-DNA交联复合物的免疫沉淀,通过pcr或微阵列来分析.
What to use them for:证实细胞内蛋白质-DNA天然结合的细节.
Pros(优点):是能体内进行的唯一分析方法,能详细解释蛋白容量的变化.
Cons(缺点):需要一种目的转录因子的抗体.同时ChIP相对EMSA来说,更为复杂和困难.
Things to keep in mind:不能说明白一种特定结合是否是功能性的,因此,我们需要利用转录活性分析
方法.ChIP很有用,但是需要与其他技术合用来解决整个难题. Available Kits:
Active Motif: ChIP-IT
Upstate: EZ ChIP
4.Oligonucleotide Arrays(寡核苷酸芯片)
What they are:固定的寡核苷酸结合位点阵列,一般用于探测核提取物核研发某种蛋白抗体.
What to use them for:筛选转录因子的表达物.
Pros(优点):提供一种相对广泛,无偏见的的一次筛选手段.
Cons(缺点):定性分析,需要进行研究的转录因子对象的抗体.
Things to keep in mind:不同的实验中存在着差异.
Available Kits:
Panomics: protein/DNA Combo Array
ArrayIt Transcription Factor Microarrays
5.Elisa-based assays
What they are:基于酶联免疫反应的转录因子结合分析.
What to use them for:定量转录因子的浓度
Pros(优点):快速,定量和高通量的特点
Cons(缺点):需要目的转录因子的一种抗体才能进行试验
Things to keep in mind:可以比传统的EMSA分析容纳更多的蛋白,并且能将信号放大,具有半定量的特点
Available Kits:
Clontech: TransFactor STAT3 Colorimetric Kit
Panomics: HIF ELISA kit
Active Motif:TransAM CREB Kit。