分子遗传学复习题

1、比较正向遗传学和反向遗传学，你怎么认为？正向遗传学大规模随机诱变，产生发育异常的突变个体，然后再寻找突变的基因正向遗传学(forwardgenetics)经典的遗传学方法，开始研究突变表型以确定突变基因。最早的一个工具是分子遗传学家提出遗传的筛选。该技术的目的是为了确定突变，产生一定的表型。经常用诱变剂来促进这个过程。分离后，突变基因分子可以确定。正向遗传学筛查是分子遗传学家最初可使用的一种方法。该技术意在检定产生特定表型的变异。为了提高变异的速度，常使用诱变剂来实现。而一旦分离出变异体，就可以鉴定出对应的突变基因。传统的遗传学手段大致可以分为“正向遗传学”（forwardgenetics）和“反向遗传学”（reversegenetics）两类。正向遗传学是指，通过生物个体或细胞的基因组的自发突变或人工诱变，寻找相关的表型或性状改变，然后从这些特定性状变化的个体或细胞中找到对应的突变基因，并揭示其功能。例如遗传病基因的克隆。反向遗传学的原理正好相反，人们首先是改变某个特定的基因或蛋白质，然后再去寻找有关的表型变化。例如基因剔除技术或转基因研究。简单地说，正向遗传学是从表型变化研究基因变化，反向遗传学则是从基因变化研究表型变化。(本站摘自生物谷,08-7-10)反向遗传学反向遗传学(ReversedGenetics)经典遗传学的认知路线为由表及里，即通过杂交等手段观察表型性状的变化而推知遗传基因的存在与变化。随着分子遗传学及相关实验技术的发展，已经能够在分子水平上进行操作，有目的地对DNA进行重组或者定点突变(invitrosite-directedmutagenesis)等。因此，现代遗传学中就出现了另一条由里及表的认知路线，即通过DNA重组等技术有目的地、精确定位地改造基因的精细结构以确定这些变化对表型性状的直接影响。由于这一认知路线与经典遗传学刚好相反，故将这个新的领域作为遗传学的一个分支学科，称为反向遗传学。例如，将报告基因(reportergene)，即编码易于检测的蛋白质或酶的某些基因，分别与某些待测的DNA片段重组，转染合适的细胞，通过测定报告基因的产物即可推断该片段在基因表达调控中的作用。反向遗传学是相对于经典遗传学而言的。经典遗传学是从生物的性状、表型到遗传物质来研究生命的发生与发展规律。反向遗传学则是在获得生物体基因组全部序列的基础上,通过对靶基因进行必要的加工和修饰,如定点突变、基因插入\缺失、基因置换等,再按组成顺序构建含生物体必需元件的修饰基因组,让其装配出具有生命活性的个体,研究生物体基因组的结构与功能,以及这些修饰可能对生物体的表型、性状有何种影响等方面的内容。与之相关的研究技术称为反向遗传学技术。2、设计一个遗传筛选试验？3、调控元件1、增强子（Enhancer）位于结构基因附近，能够增强该基因转录活性的一段DNA顺序称为增强子（enhancer）（图）。增强子的特点（CharacteristicsofEnhancer）增强子的作用特点包括：①在转录起始点5'或3'侧均能起作用；②相对于启动子的任一指向均能起作用；③发挥作用与受控基因的远近距离相对无关；④对异源性启动子也能发挥作用；⑤通常具有一些短的重复顺序。增强子的种类(TypesofEnhancer)2、终止子（Terminator）位于基因编码区下游，能够终止RNA转录合成的特殊DNA序列称为终止子（terminator）。原核生物的终止子均具有回文结构，可分为依赖ρ因子和不依赖ρ因子的终止子两种类型。真核生物的终止子则与polyA尾的添加相偶联。3、沉默子（Silencer）位于结构基因附近，能抑制该基因转录表达的DNA序列称为沉默子（silencer）。沉默子是一种负性调控元件。其作用特征与增强子类似，在组织细胞特异性或发育阶段特异性的基因转录调控中起重要作用（图）。4、绝缘子（Insulator）在基因组内建立独立的转录活性结构域的边界DNA序列称为绝缘子/隔离子（insulator）。绝缘子能够阻止邻近的增强子或沉默子对其界定的基因的启动子发挥调控作用。绝缘子的抑制作用具有“极性”的特点，即只抑制处于绝缘子所在边界另一侧的增强子或沉默子，而对处于同一染色质结构域内的增强子或沉默子没有作用（图）。绝缘子由多种组分所构成，它们自主协同阻断增强子或沉默子的作用。原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。操纵子通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。启动序操纵子操纵子列是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。多种原核基因启动序列特定区域内，通常在转录起始点上游-10及-35区域存在一些相似序列，称为共有序列。大肠杆菌及一些细菌启动序列的共有序列在-10区域是TATAAT，又称Pribnow盒（PribnowBox），在-35区域为TTGACA。这些共有序列中的任一碱基突变或变异都会影响RNA聚合酶与启动序列的结合及转录起始。因此，与共有序列的一致度决定启动序列的转录活性大小。操纵序列是原核阻遏蛋白的结合位点。当操纵序列结合阻遏蛋白时会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻遏转录，介导负性调节。原核操纵子调节序列中还有一种特异DNA序列可结合激活蛋白，使转录激活，介导正性调节。5乳糖操纵子乳糖操纵子包括调节基因、启动基因、操纵基因和结构基因。乳糖操纵子大肠杆菌的lac操纵子受到两方面的调控：一是对RNA聚合酶结合到启动子上去的调控（正调控）；二是对操纵基因的调控（负调控）。在含葡萄糖的培养基中大肠杆菌不能利用乳糖，只有改用乳糖时才能利用乳糖。调控机理是：当在培养基中只有乳糖时由于乳糖的代谢产物异乳糖是lac操纵子的诱导物，它可以结合在阻遏蛋白的变构位点上，使构象发生改变，破坏了阻遏蛋白与操纵基因的亲和力，不能与操纵基因结合，于是RNA聚合酶结合于启动子，并顺利地通过操纵基因，进行结构基因的转录，产生大量分解乳糖的酶，这就是当大肠杆菌的培养基中只有乳糖时利用乳糖的原因。在含乳糖的培养基中加入葡萄糖时，不能利用乳糖的原因，即在lac操纵子的调控中，有降解物基因活化蛋白（CAP），当它特异地结合在启动子上时，能促进RNA聚合酶与启动子结合，促进转录（由于CAP的结合能促进转录，称为阳性调控方式）。但游离的CAP不能与启动子结合，必须在细胞内有足够的cAMP时，CAP首先与cAMP形成复合物，此复合物才能与启动子相结合。葡萄糖的降解产物能降低细胞内cAMP的含量，当向乳糖培养基中加入葡萄糖时，造成cAMP浓度降低，CAP便不能结合在启动子上。此时即使有乳糖存在，RNA聚合酶不能与启动子结合，虽已解除了对操纵基因的阻遏，也不能进行转录，所以仍不能利用乳糖。常染色质与异染色质的区别与联系（1）两者结构上连续,化学性质上没有差异,只是核酸螺旋化程度(密度)不同.（2）异染色质在间期的复制晚于常染色质.（3）异染色质间期仍然高度螺旋化状态,紧密卷缩(异固缩),而常染色质区处于松散状态,染色质密度较低.（4）异染色质在遗传功能上是惰性的,一般不编码蛋白质,主要起维持染色体结构完整性的作用常染色质间期活跃表达,带有重要的遗传信息.常染色体：赖氨酸9ofHistoneH3isunmethylated.赖氨酸4ofHistoneH3ismethylated异染色体（相反）DNA微阵列（DNAMicroarray）也叫寡核苷酸阵列（Oligonucleitidearray），是生物芯片中的一种。该技术的原理是在固体表面上集成已知序列的基因探针，被测生物细胞或组织中大量标记的核酸序列与上述探针阵列进行杂交，通过检测相应位置杂交探针，实现基因信息的快速检测。DNA微阵列技术的主要流程：①芯片的制备：DNA芯片的制备方法有光引导原位合成法、化学喷射法、接触式点涂法、原位DNA控制合成、非接触微机械印刷法TOPSPOT和软光刻复制等。目前已能将40万种不同的DNA分子放在1cm2的芯片上。②样品的制备：包括样品DNA或RNA的分离提纯和用PCR技术对靶基因片段扩增以及对靶基因标记。③杂交反应：选择合适的反应条件使生物分子间的反应处于最适反应条件。芯片杂交属固-液相杂交，影响杂交的有诸多因素，其中包括：靶标浓度、探针浓度、杂交双方的序列组成、盐浓度、温度及洗涤条件。④芯片信号的检测与分析：样品中靶基因与固定在芯片上的探针发生特异性杂交而结合在芯片上的不同点，荧光素分子受特定波长的激发光照射出特定波长的荧光。通过特定的扫描仪获取杂交后的信号。DNA微阵列技术最突出的特点就是可一次性检测多种样品，获得多种基因的差别表达图谱，已成功地运用cDNA微阵列同时检测l万多个基因的表达。因此，DNA微阵列是对不同材料中的多个基因表达模式进行平行对比分析的一种高产出的、新的基因分析方法。与传统研究基因差异表达的方法相比，它具有微型化、快速、准确、灵敏度高，以及在同一芯片上同时大信息量平行检测的优势。DNA微阵列技术在基因表达图谱的绘制、寻找目的基因和功能基因等研究方面已取得了显著的成绩。但其不足之处在于所点样的序列并不都是试验需要检测的，且试验所需要的分析仪器比较复杂。另外，DNA微阵列技术在分析低丰度转录体方面比较有限，要确保某种低丰度转录体包含于DNA微阵列上，需挑选非常大量的克隆进行扩增点样.5.3真核生物RNA的合成与加工mRNA的加工修饰包括：5’端形成帽子结构、3’端加polyA、剪接除去内含子和甲基化。①5’-端加帽成熟的真核生物mRNA的5’-端有m7GPPPN结构，称为甲基鸟苷帽子。它是在RNA三磷酸酶，mRNA鸟苷酰转移酶，mRNA（鸟嘌呤-7）甲基转移酶和mRNA（核苷-2’）甲基转移酶催化形成的。不同的甲基化可形成3种帽子类型：0、1和2。鸟苷以5’-5’三磷酸键与RNA的5’-端相连。当G第7位C被甲基化形成m7GPPPN时，此结构称为“帽子0”。存在于单细胞生物。如果RNA的第1位核苷酸的2’-O位也甲基化，形成m7GPPPNm，称为“帽子1”，普遍存在；如果RNA的第1、2位核苷酸的2’-O位均甲基化（2位必需是A），成为m7G-PPPNmNm，称为“帽子2”，此结构发生很少。真核生物帽子结构的复杂程度与生物进化程度关系密切。5’帽子的功能mRNA5’-端帽子结构是翻译起始所必要的，为核糖体识别mRNA提供了信号，并协助核糖体与mRNA结合使翻译从AUG开始。帽子结构可增加mRNA的稳定性，保护mRNA免遭5’→3’核酸外切酶的攻击。②在3’-端加尾巴大多数真核mRNA在3’-端都有约150~200nt的Poly（A）尾巴。Poly（A）尾是转录后在核内加上的。根据Poly（A）尾巴的特点可从众多的RNA中分离mRNA。真核基因的3’端有AATAA、YGTGTGYY（Y为嘧啶）序列，作为mRNA3’-端加polyA尾的信号。hnRNA链被RNaseⅢ在加尾巴信号下游11~30nt处切断磷酸二酯键，polyA聚合酶催化在3’-OH上逐一引入100~250个A。Poly（A）尾巴的功能防止核酸外切酶对mRNA信息序列的降解，起缓冲作用。可能与mRNA从细胞核转送到细胞质有关。但是相当数量的没有polyA尾巴的mRNA如组蛋白mRNA，也能通过核膜进入细胞质。Poly（A）尾巴可能对真核mRNA的翻译效率具有某种作用，使mRNA较容易被核糖体辨认。3’-脱氧腺苷（冬虫夏草素）是多聚腺苷酸化的特异抑制剂，但它不抑制hnRNA的转录，它的存在可阻止细胞中出现新的mRNA，表明多聚腺苷酸化对mRNA的成熟是必要的。③mRNA甲基化真核mRNA往往有甲基化位点，主要是在N6-甲基腺嘌呤（m6A）。这种甲基化修饰对翻译没有必要，可能在mRNA前体加工中起识别作用。④mRNA前体（hnRNA）的拼接真核生物的结构基因中具有可表达活性的外显子，也含有无表达活性的内含子（断裂基因）。内含子的数量与所在基因的大小有关。许多基因中的内含子参与基因表达调控。外显子一般大小为