基因表达的调控-(2).ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,1961,年法国的,Jacob,和,Monod,对于基因表达提出操纵子模型,原核基因表达调控,转录水平的调控,诱导物和阻遏物称为调节操纵子的开关,弱化子控制转录的终止仅发生在,原核生物,的,合成代谢,操纵子中,核糖体所处的位置决定不同结构的形成,控制转录的终止必需转录和翻译偶联,真核基因表达调节的特点*,多层次,无操纵子和衰减子,个体发育复杂,受环境影响较小,真核基因表达的调控,短期调节（,short-term regulation,）对环境条件的改变或者细胞及组织的生理条件的改变作出反应,长期调节（,long-term regulation,）是受到内在程序化的控制，与外界环境的变化关系不大,基因的活性,是指具有表达的,基本,条件,基因的表达,是指具备表达的,充分,条件,相关概念,一、染色体丢失,有的生物在个体发育早期，体细胞中要丢失部分染色体，而生殖细胞保持全部的基因组,丢失的染色体上的遗传信息可能对体细胞没有意义，而对生殖细胞的发育也许是不可缺少的,染色体水平的调控,小麦瘿蚊,（,Mayetiole destructor,，,2n,40,）,的染色体丢失,极质,二、染色体的扩增,染色体组的扩增,多线染色体（,polytenne chromosomes,）,DNA,可以特异扩增上千倍,基因的扩增（,amplification,）,两栖类和昆虫卵母细胞,rRNA,基因的扩增,非洲爪蟾的染色体上有约,450,拷贝，在卵母细胞中它们的拷贝数要扩大到,1000,倍,锥虫抗原的变异,锥虫可变表面糖蛋白（,v,ariable,s,urface,g,lycoprotein,VSG,）,某些生物通过染色体,DNA,重排控制基因的表达，例如昏睡病的病原体,锥虫,锥虫改变,VSG,的能力对其在从采采蝇到哺乳动物的感染循环周期中的生存起主要作用,三、染色体的重排,锥虫细胞个体有五百万到一千万之多的,VSG,宿主的免疫系统接触这种,VSG,，在对感染的锥虫及其后代表达的,VSG,抗原能达到有效的免疫反应之前，锥虫改弦更张，产生新的,VSG,其速率之快足以挫败宿主对感染的有效免疫应答的相应步骤的实现,染色质水平调控,异染色质化,水蜡虫（,Pseudococcus nipae,2n=10,）,雌性哺乳动物,X,染色体失活,莱昂化,*,剂量补偿,（,dosage compensation,）*,莱昂假说（,Lyon hypothesis,）,巴氏小体（,barr body,）,在哺乳动物中，雌性个体细胞中的两个,X,染色体中有一个,X,染色体在受精后的第,16,天（,受精卵增殖到,5000-6000,，植入子宫壁时）失活,两条,X,染色体中哪一条失活是随机的,X,染色体失活后，细胞继续分裂形成的克隆中，此条染色体都是失活的,生殖细胞形成时失活的,X,染色体可得到恢复,莱昂假说论点,三色猫（玳瑁猫）,莱昂假说证据,讨论,既然女性只有一条,X,染色体是有活性的，那么特拉氏综合症（,XO,）和超雌（,XXX,）的女性也只有一条,X,染色体有活性，那么为什么会出现异常呢？,1974,年,Lyon,又提出了,新莱昂假说,，认为,X,染色体的失活是部分片段的失活,现在已经查明在失活的,X,染色体上决定一种,Xg,血型的基因就仍然保持着活性,剂量补偿效应,在,哺乳动物,中，细胞质某些调节物质也能使两条,X,染色体中的一条异染色质化,完全失活,这使得雌、雄哺乳动物之间虽,X,染色体的数量不同，但,X,染色体上基因产物的剂量是平衡的,DNA,水平的调控,鸡卵黄原蛋白基因,5,，,端调节区有,4,个,CpG,位点,一、,DNA,的甲基化与去甲基化,二、亲本印记（,imprinting,）*,印记：来源于父母本的一对等位基因表达不同,IGF-,(,胰岛素样生长因子,),目前在人类和鼠身上已辩明了,80,种印记基因,转录水平的调控,反式作用因子通过以下途径发挥调控作用,蛋白质直接和,DNA,结合*,蛋白质和配基的结合,蛋白质之间的相互作用,蛋白质的修饰,螺旋转角螺旋（,Helix-turn-helix,，,HTH,）如,LacO,的,R,蛋白,2.,锌指结构 （,zinc finger,）,型：,2Cys/2His,TF IIIA,，,SP1,型：,2Cys/2Cys,gal4,3.,亮氨酸拉链（,Leucine zipper,）,同二聚体、异二聚体,4.,螺旋,-,环,-,螺旋（,HLH,）,5.,同源异形结构域（,Homeodomains HD,）,是一种编码,60aa,的序列，长,180bp,，存在于很多控制果蝇早期发育基因中，在高等生物中也发现了相关基序,基因工程的概念,遗传物质（基因）在体外经人工,“,剪裁,”,(cut),、,“,组合,”,(unite),和,“,拼接,”,(splicing),，重新组建,然后通过适合载体，将其转入宿主细胞内,并使所需要的基因在细胞内表达，产生出人们所需要的新产品，或创建新的生物类型,基因工程的基本步骤,目的基因的获,得,外源,DNA,与载体,连,接（进入载体分子上）,a.,剪切,-Restriction enzymes,b.,连接,-DNA ligase,重组,DNA,分子,转,移到受体细胞内,筛,选转化细胞,目的基因的,表达,克隆动物和植物,Dolly,(left),with her,surrogate mother,蛋白质工程,蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质,以满足人类对生产和生活的需求。,蛋白质的广泛功能,营养,:,酪蛋白和卵清蛋白为生长提供氨基酸,免疫：免疫系统抗体蛋白抵御感染。,调节：转录因子结合并调节其他分子（如,DNA,）。,细胞质量控制：钙粘蛋白，,HSP,多功能：胶原蛋白，血清白蛋白,其它：,生长激素、,alpha-,乳白蛋白、卵黄高磷,蛋白、脂质转移蛋白,蛋白质工程的应用示例,人类基因组计划（,Human Genome Project,，,HGP,）,HGP,的提出,HGP,的进展,HGP,的提出,1986,年,Renato Dulbecco,首先提出了,“,人类基因组计划,”,1989,年,由,美国能源部,和,美国国立卫生研究院（,NIH,）联合提出一项生命科学研究的项目,1990,年,1,月,由美协同英、德、日等国共同实施，约,15,年完成，耗资,30,亿美元，其宏伟程度堪与,Manhatto,原子弹计划和,Appolo,登月计划相提并论,HGP,的进展,1999,破译出人类第,22,号染色体的遗传密码,2000,完成了人类第,21,号染色体的测序,预计从原定的,2003.6,提前到,2001.6,完成,2000,年,6,月,26,日,美、英、日、德、法、中六国共同宣布人类基因组,工作草图,绘制成功,HGP,的进展,2000,年,3,月塞雷拉公司宣布完成了,果蝇,的基因组测序,12,月,14,日英美等国科学家宣布绘出,拟南芥,基因组的完整图谱，这是人类首次全部破译一种植物的基因序列,2001,年,1,、,2,月，,HGP,和美国塞雷拉公司将各自测定的人类基因组,工作框架图,分别 发表在,Nature,和,Science,上，表明,HGP,进入了一个崭新的阶段,HGP,的进展,HGP,的进展,2003,年,4,月,14,日,美、英、日、德、法、中六国科学家完成人类基因组,序列图,的绘制，实现了人类基因组计划的所有目标,HGP,的进展,2003,年中、德、加、法、美、日、香港、荷兰、英、新加坡,10,个国家和地区的,13,个实验室的科学家同世界卫生组织合作正式确认,冠状病毒,的一个变种,SARS,是引起肺炎的病原体,5,月,1,日,science,杂志发表了分别由美加科学家破译的,2,株,SARS,的基因组序列,HGP,的进展,HGP,的进展,2003,年,10,月,7,日,人类表观基因组计划,（,Human Epigenome Project,）正式启用,这是世界上首项针对控制人类基因,“,开,”,和,“,关,”,的主要化学变化进行的图谱绘制工作,它将帮助科学家建立人类,遗传,与,疾病,之间的关键联系,嗨！我来自父亲,嗨！我来自母亲,HGP,的进展,2003,年,11,月中国西南农业大学和科学院北京基因组研究所合作，由,向仲怀,等,400,多位科研人员率先完成,家蚕基因组框架图,的绘制工作，在,science,杂志发表,2004,年,12,月,9,日中国西南农业大学,向仲怀,等和科学院北京基因组研究所,杨焕明,等合作，在,nature,上发表了,“,家蚕的基因组研究,”,HGP,的进展,由美国、以色列、德国、意大利和西班牙的,67,名科学家组成的,国际黑猩猩基因测序与分析联盟,初步完成了黑猩猩基因组序列草图与人类基因组序列的比较工作,黑猩猩和人类基因组的,DNA,序列相似性达,99%,；即使考虑到,DNA,序列插入或删除，两者的相似性也有,96%,；人类与黑猩猩有,29%,的共同基因编码生成同样的蛋白质,HGP,的进展,HGP,的进展,2005.9.1,在,nature,、,9.2,在,science,都以这项重大科研成果作为封面文章,end,