二倍体生物体内的基因一般是成对的。
当a基因存在时会抑制AB基因的表达,那么如果只有一个a基因,相应地就会有另一个基因是A基因,这样B基因的表达就不会被抑制了,所以只有当有两个a基因时,即个体的基因型为aa时才会抑制B的表达。
RNAi (RNA interference) 即RNA干涉,是近年来发现的在生物体内普遍存在的一种古老的生物学现象,是由双链RNA(dsRNA)介导的、由特定酶参与的特异性基因沉默现象,它在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因的表达。
如果将其作为一门生物技术,则定义为:① RNAi 是指通过反义RNA与正链RNA 形成双链RNA 特异性地抑制靶基因的现象,它通过人为地引入与内源靶基因具有相同序列的双链RNA(有义RNA 和反义RNA) ,从而诱导内源靶基因的mRNA 降解,达到阻止基因表达的目的。② RNAi是指体外人工合成的或体内的双链RNA(dsRNA)在细胞内特异性的将与之同源的 mRNA降解成21nt~23nt 的小片段,使相应的基因沉默。③ RNAi是将与靶基因的mRNA 同源互补的双链RNA(dsRNA ) 导入细胞,能特异性地降解该mRNA ,从而产生相应的功能表型缺失, 属于转录后水平的基因沉默(post - transcriptional gene silence , PTGS)。
编辑本段RNAi的特点
转录后水平的基因沉默 较高特异性:能够非常特异的降解与之序列相应的单个内源基因的mRNA 高效性:相对少量的dsRNA就可以使相应的基因表达受抑制 可遗传性及远距离效应:RNAi基因表达的效应可以突破细胞的界限,可传递给子一代
RNAi 技术能使特异的基因封闭,阻止病原体的繁殖与传播;利用其特异性,抑制显性等位基因或突变基因的表达,甚至单核苷酸多态性,治疗肿瘤和遗传性疾病。RNAi 只抑制致病基因,而不影响正常等位基因的功能,具有较高的选择性和特异性,能减少非特异作用引起的副作用。目前的研究主要针对病毒性疾病和肿瘤性疾病。
RNAi 的应用领域及前景:RNAi 是一种高效的特异性强的基因阻断技术,近年来发展迅速,很快就成为功能基因组研究的有力工具。通过实验手段将dsRNA 分子导入细胞内, 特异性地降解细胞内与其序列同源的mRNA ,封闭内源性基因表达,从反向遗传的角度研究人类或其他生物基因组中未知基因的功能。
基因的选择性表达的内部机制是什么呢?2006年诺贝尔奖获得者美国两名科学家安德鲁�6�1法尔和克雷格�6�1梅洛作出了科学的解释。他们经过多年的潜心研究,发现基因的选择性表达是体内存在RNA干扰机制。RNA干扰现象普遍存在于动植物体和人体中,这对于基因的选择性表达的管理,参与对病毒感染的防护,控制活跃基因,激活抑制基因都具有重要意义。 此前,RNA分子只是被当作从DNA(脱氧核糖核酸)到蛋白质的“中间人”、将遗传信息从“蓝图”传到“工人”手中的“信使”。但法尔和梅洛的研究让人们认识到,RNA作用不可小视,它可以使特定基因开启、关闭、更活跃或更不活跃,从而影响生物的体型和发育等。 RNA干扰 定义一,与靶基因同源的双链RNA诱导的特异转录后基因沉默现象。其作用机制是双链RNA被特异的核酸酶降解,产生干扰小RNA(siRNA),这些siRNA与同源的靶RNA互补结合,特异性酶降解靶RNA,从而抑制、下调基因表达。已经发展成为基因治疗、基因结构功能研究的快速而有效的方法。
定义二,将双链RNA导入细胞内会引起与其同源基因的沉默,这种现象称为RNA干扰(RNAinterference,RNAi)。
什么是基因选择性表达?
在个体发育的的不同时期,生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的,合成的蛋白质也不一样,从而形成的不同的组织和器官。
在生物个体发育过程中,基因如何选择性表达?
基因的选择性表达是指在细胞分化中,基因在特定的时间和空间条件下有选择表达的现象,其结果是形成了形态结构和生理功能不同的细胞。由于细胞分化发生于生物体的整个生命进程中,所以基因的选择性表达在生命过程各阶段都在体现。不仅如此,基因的选择性表达在单细胞原核、真核生物生长发育中,甚至病毒的生命活动中都明显表现,这充分体现了基因的选择性表达的普遍性。同时,在某些外界因素和生物内部因素影响下,基因的选择性表达还会出现特殊性。下面以具体事例分析说明。
11基因的选择性表达的普遍性
在多细胞生物的个体发育中,受精卵有丝分裂增加细胞数目,产生的细胞大多数不再分裂,细胞中特定的基因通过转录翻译合成蛋白质,表现出特定的形态、结构和生理功能,形成不同的细胞和组织。如动物和人的红细胞和心肌细胞都来自同一胚层,后来分化出的红细胞合成出血红蛋白,而心肌细胞则能够合成肌动蛋白和肌球蛋白。即使在细胞分裂过程中,基因的选择性表达同样存在。如在细胞分裂间期、分裂期,仅仅是部分基因在表达,合成了特定的蛋白质、酶用于分裂过程,绝大部分基因没有表达。
在多细胞生物的生命历程中,成熟和衰老阶段同样有基因的选择性表达。在成熟期,参与细胞分裂的基因基本不表达,用于物质转化的相关蛋白质等的基因在表达,合成相应的蛋白质、酶等。如马铃薯块茎、甜菜块根形成后,细胞中用于合成葡萄糖转化为乳酸的酶的基因进行了表达,故它们无氧呼吸时产物是乳酸,有利于减少物质能量浪费,还降低了对细胞的伤害程度。再如:人和动物的第二特征的表现,是生长发育到一定阶段基因选择性表达的结果。而在衰老过程中,用于正常代谢的酶合成受到抑制或数量减少,加速了衰老的程度,也是基因的选择性表达的结果。程序性死亡的理论假说也认为死亡的细胞是通过基因的选择性表达实现的。
作为单细胞生物,产生新个体常常通过细胞分裂的方式,细胞分裂中的仍有部分基因在表达。新细胞(或新个体)生长发育中过程中,特定的基因在不同阶段表达,细胞完成相应的生理活动适应了特定的环境。如通过实验比较双小核草履虫单独培养和与大草履虫混合培养发现其细胞内的基因表达有显著不同:混合培养时产生的蛋白质种类和数量远远超过单独培养的情况,增强了其竞争力。再如细菌在环境条件适应时,基因选择性表达保证正常的生长繁殖与生存,一旦环境恶化,细菌体内特定的基因进行表达,使其形态结构改变,出现荚膜、芽孢等特殊结构助其度过危机。而非细胞结构的病毒,寄生在宿主细胞内,基因表达也有选择性,使其衣壳有不同的形态或使其表现出不同的抗原性(或致病性)。如禽流感病毒中基因表达不同的蛋白质类物质,致病性相差较大。对人和鸟类都有致病作用的是H5N1,其他类型致病作用小得多。原因是前者基因选择性表达出了一种被称为“细胞因子”的蛋白质迅速进入被感染的肺部组织,进而免疫系统过度反应造成死亡。
12基因的选择性表达的特殊性
基因的选择性表达不仅具有普遍性,还具有特殊性。如:在外界环境因素(如物理、化学、生物方面)的影响下,生物体内原癌基因由抑制状态转变为激活状态,能够进行正常表达导致出现癌症,而正常生物体内的原癌基因就不能表达。再如微生物体内酶合成的调节,也是基因的选择性表达的结果。常见的大肠杆菌在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基进行培养,开始,大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖,只有当葡萄糖消耗完毕后,大肠杆菌细胞内控制合成分解乳糖的半乳糖苷酶的基因才开始表达。有了半乳糖苷酶,才能利用乳糖作碳源。这种调节既保证了代谢的需要,又避免了细胞内物质能量的浪费,增强了微生物对环境的适应能力。此外,基因的选择性表达的特殊性还表现在兼性营养型的食虫植物和红螺菌体内。如当土壤中缺乏氮元素,食虫植物通过捕食昆虫获取营养,此时植物体内某些基因进行表达,产生酶分解利用昆虫的营养物质,保证自身营养需要。又如红螺菌在没有光照有有机物的条件下,它又可以利用有机物进行生长,同样有特定基因在这特定条件下表达。
基因的选择性表达的特殊性不仅表现在基因是否能在特定的空间和时间表达,还体现在表达量的方面。如在高等动物体内激素分泌量的反馈调节,水平衡调节中抗利尿激素分泌量的变化,血糖平衡调节中胰岛素和胰高血糖素分泌量的高低等方面,都要通过基因的选择性表达来实现。
由此可知,基因的选择性表达是很复杂的,其影响因素既有外因,又有内因。现在人们已经可通过改变外界条件使生物体的有利的基因表达,抑制有害的基因的表达,为人类自身造福。如通过特定的 化疗方法使癌基因处于抑制状态,从而治疗癌症。那么,基因的选择性表达的内部机制是什么呢?2006年诺贝尔奖获得者美国两名科学家安德鲁•法尔和克雷格•梅洛作出了科学的解释。他们经过多年的潜心研究,发现基因的选择性表达是体内存在RNA干扰机制。RNA干扰现象普遍存在于动植物体和人体中,这对于基因的选择性表达的管理,参与对病毒感染的防护,控制活跃基因,激活抑制基因都具有重要意义。
研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科表观遗传的现象很多,已知的有DNA甲基化,基因组印记(genomic impriting)和DNA编辑(RNA editing)等
表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化,如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等;而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如DNA甲基化和染色质构象变化等;表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下,在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团正常情况下,人类基因组“垃圾”序列的CpG二核苷酸相对稀少,并且总是处于甲基化状态,与之相反,人类基因组中大小为100—1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态,并且与56%的人类基因组编码基因相关人类基因组序列草图分析结果表明,人类基因组CpG岛约为28890个,大部分染色体每1 Mb就有5—15个CpG岛,平均值为每Mb含10.5个CpG岛,CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系[9]由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系,特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题,DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容
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