02項目二 06植物基因的表達與調(diào)控

任務(wù)六

植物基因的表達與調(diào)控PART0606任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控孟德爾摩爾根約翰生遺傳因子基因理論基因一、基因的概念及其發(fā)展04030201功能單位：控制有機體的性狀。突變單位：一個基因能突變?yōu)榱硪粋€基因。交換單位：基因間能進重組，而且是交換的最小單位。染色體特性：自我復(fù)制能力和相對穩(wěn)定性，在分裂時有規(guī)律地進行分配。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控（二）分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控性狀重組時，可交換的最小單位。一個作用的單位。包括的一段DNA與一個多肽鏈的合成相對應(yīng)。性狀突變時，產(chǎn)生突變的最小單位。突變子重組子順反子任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因基因調(diào)控基因重疊基因隔裂基因跳躍基因指可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列。指其表達產(chǎn)物參與調(diào)控其它基因表達的基因。指在同一段DNA順序上，由于閱讀框架不同或終止早晚不同，同時編碼兩個以上基因的現(xiàn)象。指一個基因內(nèi)部被一個或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控內(nèi)含子：在DNA序列中，不出現(xiàn)在成熟mRNA中的片段；外顯子：在DNA序列中，出現(xiàn)在成熟mRNA中的片段。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因基因調(diào)控基因重疊基因隔裂基因跳躍基因指可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列。指其表達產(chǎn)物參與調(diào)控其它基因表達的基因。指在同一段DNA順序上，由于閱讀框架不同或終止早晚不同，同時編碼兩個以上基因的現(xiàn)象。指一個基因內(nèi)部被一個或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。能夠轉(zhuǎn)移位置的DNA片斷。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控二、基因的微細結(jié)構(gòu)設(shè)有兩個獨立起源的隱性突變，具有類似的表現(xiàn)型。判斷是屬于同一個基因突變，還是屬于兩個基因的突變？即判斷是否屬于等位基因？①建立雙突變雜合二倍體；②測定突變間有無互補作用。（一）互補作用：任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控1．無互補作用：突變來自同一個基因只能產(chǎn)生突變的mRNA

形成突變酶和個體，顯示突變的表現(xiàn)型。則個體表現(xiàn)為突變型。2．有互補作用：突變來自不同的基因，則每個突的相對位點上都有一個正常野生型基因

最終可產(chǎn)生正常mRNA，其個體表現(xiàn)型為野生型。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控3．互補測驗（順反測驗）：根據(jù)功能確定等位基因的測驗。

順反測驗：根據(jù)順式表現(xiàn)型和反式表現(xiàn)型來確定兩個突變體是否屬于同一個基因（順反子）。①反式排列為野生型：突變分屬于兩個基因位點；②反式排列為突變型：突變屬于同一基因位點。本澤爾：提出順反子，表示功能的最小單位和順反的位置效應(yīng)。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控（二）順式與反式調(diào)控Pa1RP:啟動子；R：調(diào)控蛋白；a1：轉(zhuǎn)錄RNA的基因mRNA當(dāng)某種基因的表達受1種調(diào)控蛋白控制，只有在調(diào)控蛋白與該基因的啟動子位點結(jié)合時，這個基因才能表達。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控Pa2RmRNA因為這個突變只影響于其臨近的編碼序列，即基因本身不能表達，并不影響其他等位基因。這種突變稱為順式調(diào)控。Pa1RmRNA××如果這個基因的啟動子位點發(fā)生突變，調(diào)控蛋白不能識別這個位點，也就不能轉(zhuǎn)錄形成RNA，基因就不能表達。Pa1RmRNA任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控Pa1RmRNAmRNA×如果調(diào)控蛋白發(fā)生突變，形成的蛋白質(zhì)不能與這個基因的啟動子結(jié)合，這就會影響與這個調(diào)控蛋白結(jié)合的所有等位基因位點，導(dǎo)致這些基因不能表達。這種突變稱為反式調(diào)控。Pa1R×mRNA×Pa2R×任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控三、基因的作用與性狀的表達突變Hbs

Hbc

HbA

谷氨酸纈氨酸賴氨酸1.結(jié)構(gòu)蛋白任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控2.酶蛋白任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控G.W.Beadle比德爾和塔特姆根據(jù)紅色面包霉的研究所提出的“一個基因一個酶”的假說，亦即一個基因通過控制一個酶的合成來控制某個生化過程，從而影響到某些遺傳性狀的表達?；虍a(chǎn)生多肽，有表型不轉(zhuǎn)錄mRNA，但對其它基因起調(diào)控作用產(chǎn)生tRNA,rRNA，無表型任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控

為什么基因只有在它應(yīng)該發(fā)揮作用的細胞內(nèi)和應(yīng)該發(fā)揮作用的時間才能呈現(xiàn)活化狀態(tài)?任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控基因調(diào)控主要在三個水平上進行：①DNA水平上調(diào)控。②轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控。③翻譯水平上調(diào)控。結(jié)論：必然有一個基因作用的調(diào)控系統(tǒng)在發(fā)揮作用。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控多順反子原核生物真核生物單順反子一、原核生物的基因調(diào)控（一）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控根據(jù)基因表達產(chǎn)物的用途，可以分為降解代謝途徑與合成代謝途徑。正調(diào)控負調(diào)控任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控乳糖（二）乳糖操縱元任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控操縱元（子）：由操縱基因以及緊接著的若干結(jié)構(gòu)基因所組成的功能單位，其中的結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄為操縱基因所控制。乙酰轉(zhuǎn)移酶基因副產(chǎn)物的去毒滲透酶基因增加糖的滲透葡萄糖+半乳糖β-半乳糖苷酶基因任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控缺少乳糖時阻遏蛋白結(jié)合在操縱子位點，阻止RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因。乳糖存在時阻遏蛋白與乳糖結(jié)合，間接誘導(dǎo)激活基因。1.乳糖操縱元的負調(diào)控任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控2.乳糖操縱元的正調(diào)控乳糖存在，葡萄糖不存在時CAP蛋白被激活，結(jié)合在操縱子位點，提高轉(zhuǎn)錄效率。乳糖和葡萄糖都存在時CAP蛋白未激活，阻遏蛋白與乳糖結(jié)合，間接誘導(dǎo)激活基因。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控（三）色氨酸操縱元弱化子任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控轉(zhuǎn)錄的前導(dǎo)序列mRNA有一段28bp的弱化子區(qū)域，在轉(zhuǎn)錄后可迅速形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控前導(dǎo)序列的區(qū)域2既可以和區(qū)域1配對，也可以和區(qū)域3配對，而區(qū)域3既可以和區(qū)域2配對，也可以與區(qū)域4配對。因此前導(dǎo)序列可以形成兩種堿基配對，3、4配對形成終止結(jié)構(gòu)，而2、3配對形成抗終止結(jié)構(gòu)。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控當(dāng)沒有色氨酸時，核糖體會在色氨酸密碼子上暫停，此密碼子是1區(qū)的一部分，所以1區(qū)被核糖體隔離，不能與2區(qū)產(chǎn)生配對，這樣2區(qū)就與3區(qū)產(chǎn)生配對，4區(qū)就只能保持單鏈形式。沒有發(fā)夾結(jié)構(gòu)，RNA聚合酶穿過弱化子區(qū)域，繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。當(dāng)存在色氨酸時，核糖體停留在UGA終止密碼子，UGA密碼子位于1區(qū)和2區(qū)之間，并占據(jù)部分區(qū)段2的序列，所以阻止了區(qū)段2和區(qū)段3配對，這樣區(qū)段3與區(qū)段4配對形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)終止子，RNA聚合酶在弱化子處終止，不能向前移動。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控（四）阿拉伯糖操縱元任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控a.當(dāng)AraC與阿拉伯糖形成復(fù)合物，僅與誘導(dǎo)位點I結(jié)合時，操縱元處于誘導(dǎo)表達狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄形成3個結(jié)構(gòu)基因的mRNA。CAP激活蛋白必須同時存在。

b.沒有CAP激活蛋白時，AraC蛋白就與操縱元O2結(jié)合，這樣AraC同時與I和O2結(jié)合，使DNA構(gòu)型發(fā)生變化，形成一個緊密的環(huán)結(jié)構(gòu)，阻止RNA聚合酶與啟動子序列結(jié)合，從而抑制基因轉(zhuǎn)錄。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控（五）翻譯水平的調(diào)控大腸桿菌有7個操縱元與核糖體蛋白質(zhì)合成有關(guān)。從這些操縱元轉(zhuǎn)錄而來的每一種mRNA，能夠被同一種操縱元內(nèi)編碼的核糖體蛋白質(zhì)識別與結(jié)合。如果其中有一種核糖體蛋白質(zhì)在細胞中過量積累，它們將與其自身的mRNA結(jié)合，阻止進一步翻譯。這種結(jié)合位點通過包括mRNA5’端非翻譯區(qū)，也包括啟動子區(qū)域的Shine-Dalgarno序列。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控二、真核生物的基因調(diào)控真核生物基因表達的調(diào)控可以發(fā)生在DNA水平，轉(zhuǎn)錄水平，轉(zhuǎn)錄后的修飾，翻譯水平和翻譯后的修飾等多種不同層次。但多數(shù)基因的表達調(diào)控仍發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控DNA的改變基因劑量與擴增有些基因的需要量比較大，通過基因劑量的增加和基因擴增可以達到。降低轉(zhuǎn)錄效率DNA重排DNA序列發(fā)生重排DNA甲基化任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控選擇性mRNA切割強化子酵母菌乳糖代謝的正調(diào)控啟動子與轉(zhuǎn)錄因子激活子選擇性啟動子任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控04030201蛋白質(zhì)內(nèi)含子：加工切除內(nèi)含子序列，將兩端的蛋白質(zhì)外顯子連接為成熟蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾：將一些小化學(xué)基團加到氨基酸側(cè)鏈、或蛋白質(zhì)的氨基端或羧基端。蛋白酶切割：切除氨基端或羧基端的序列，以便形成有功能的空間構(gòu)型。蛋白質(zhì)折疊：在一定條件下，才能折疊成一定的空間構(gòu)型，并具生物功能。翻譯水平的調(diào)控任務(wù)六植物基因的表達與調(diào)控原核生物真核生物操縱元調(diào)控多樣化調(diào)控，更為復(fù)雜基因組小，大腸桿菌:總長4.6×106bp，編碼4288個基因，每個基因約1100bp基因組大，人類基因組全長3×109bp，編碼10萬個基因，其余為