植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)

1、植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)第一章第一章 植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)控植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)控 1. 1. 基因的結(jié)構(gòu)基因的結(jié)構(gòu) 1.1 51.1 5上游區(qū)上游區(qū) 1.2 51.2 5非翻譯區(qū)非翻譯區(qū) 1.3 1.3 編碼區(qū)編碼區(qū) 1.4 31.4 3非翻譯區(qū)非翻譯區(qū) 2. 2. 基因的表達(dá)調(diào)控基因的表達(dá)調(diào)控 2.1 2.1 器官與組織專一性表達(dá)的基因器官與組織專一性表達(dá)的基因 2.2 2.2 受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因 2.3 2.3 基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機理基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機理1. 1. 基因的結(jié)構(gòu)基因的結(jié)構(gòu) 1.1 1.1 55上游區(qū)上游區(qū) 1.2 1.2 55非翻譯區(qū)非翻

2、譯區(qū) 1.3 1.3 編碼區(qū)編碼區(qū) 1.4 31.4 3非翻譯區(qū)非翻譯區(qū)克隆植物中核基因的方法克隆植物中核基因的方法 在研究一個基因的結(jié)構(gòu)之前，先要克隆到這在研究一個基因的結(jié)構(gòu)之前，先要克隆到這個基因。目前常用來克隆植物中編碼蛋白質(zhì)個基因。目前常用來克隆植物中編碼蛋白質(zhì)的核基因的方法大致有以下幾種：的核基因的方法大致有以下幾種： 根據(jù)蛋白質(zhì)中所測出的部分氨基酸順序，根據(jù)蛋白質(zhì)中所測出的部分氨基酸順序，合成一段與之相對應(yīng)的由三聯(lián)密碼組成的寡合成一段與之相對應(yīng)的由三聯(lián)密碼組成的寡核苷酸，以此寡核苷酸為探針，從該植物的核苷酸，以此寡核苷酸為探針，從該植物的基因組文庫與基因組文庫與cDNAcDNA文庫

3、中分別釣出編碼此蛋文庫中分別釣出編碼此蛋白質(zhì)的基因與白質(zhì)的基因與cDNAcDNA克隆?？寺　?根據(jù)蛋白質(zhì)中所測出的氨基酸順序，合根據(jù)蛋白質(zhì)中所測出的氨基酸順序，合成一對或數(shù)對用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)成一對或數(shù)對用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)(PCR)的引物，以植物總的引物，以植物總DNADNA為模板，擴增或分為模板，擴增或分段擴增出所要克隆的基因或基因片段、再段擴增出所要克隆的基因或基因片段、再以此以此DNADNA片段為探針，從基因組文庫與片段為探針，從基因組文庫與cDNAcDNA文庫中分別釣出編碼此蛋白的基因與文庫中分別釣出編碼此蛋白的基因與cDNAcDNA克隆?？寺??？寺≈参镏泻嘶虻姆椒寺≈参?/p>

4、中核基因的方法克隆植物中核基因的方法克隆植物中核基因的方法 如果基因的產(chǎn)物不明確或蛋白質(zhì)不易提純而無法測序，如果基因的產(chǎn)物不明確或蛋白質(zhì)不易提純而無法測序，但是知道該基因突變后所出現(xiàn)的表型改變，則可用轉(zhuǎn)座子但是知道該基因突變后所出現(xiàn)的表型改變，則可用轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法來分離基因，該法是利用轉(zhuǎn)座子在染色體上能夠移標(biāo)簽法來分離基因，該法是利用轉(zhuǎn)座子在染色體上能夠移動的特性，分離出由于轉(zhuǎn)座因子插入而造成該基因表型改動的特性，分離出由于轉(zhuǎn)座因子插入而造成該基因表型改變的突變株，構(gòu)建突變株的基因組文庫，以轉(zhuǎn)座子作探針，變的突變株，構(gòu)建突變株的基因組文庫，以轉(zhuǎn)座子作探針，從文庫中釣出能與轉(zhuǎn)座子探針雜交的陽性克隆

5、。然后以該從文庫中釣出能與轉(zhuǎn)座子探針雜交的陽性克隆。然后以該克隆中轉(zhuǎn)座子的旁鄰順序為探針，從野生型植物的基因組克隆中轉(zhuǎn)座子的旁鄰順序為探針，從野生型植物的基因組文庫中釣出雜交陽性的克隆，這就有可能得到所要克隆的文庫中釣出雜交陽性的克隆，這就有可能得到所要克隆的基因。也有用農(nóng)桿菌中的基因。也有用農(nóng)桿菌中的T TDNADNA作插入突變來克隆基因的，作插入突變來克隆基因的，原理相同。原理相同?？寺≈参镏泻嘶虻姆椒寺≈参镏泻嘶虻姆椒?現(xiàn)在已有許多植物如水稻、番茄與擬南現(xiàn)在已有許多植物如水稻、番茄與擬南芥等的限制片段長度多態(tài)性圖譜芥等的限制片段長度多態(tài)性圖譜RFLPRFLP）被建立，因此可利用這種

6、圖譜，通過共分被建立，因此可利用這種圖譜，通過共分離分析找出與所要克隆基因有緊密連鎖關(guān)離分析找出與所要克隆基因有緊密連鎖關(guān)系的分子標(biāo)記，然后利用染色體步行或染系的分子標(biāo)記，然后利用染色體步行或染色體著陸色體著陸(chromosome landing)(chromosome landing)策略，找策略，找到所要克隆的基因。到所要克隆的基因?？寺≈参镏泻嘶虻姆椒寺≈参镏泻嘶虻姆椒?如果有該基因的突變株或該基因受某種因素誘導(dǎo)表達(dá)，則如果有該基因的突變株或該基因受某種因素誘導(dǎo)表達(dá)，則可利用可利用mRNAmRNA的差異顯示法或減法克隆策略找到所要克隆的基因。的差異顯示法或減法克隆策略找到所要克隆

7、的基因。除以上幾種方法外，也有人用其他生物中已被克隆的同源基因的順除以上幾種方法外，也有人用其他生物中已被克隆的同源基因的順序作探針或據(jù)此合成引物，從所研究的植物中克隆出同源的基因。序作探針或據(jù)此合成引物，從所研究的植物中克隆出同源的基因。在克隆到基因與在克隆到基因與cDNAcDNA后，即可對它們進(jìn)行測序，并將基因的全順序后，即可對它們進(jìn)行測序，并將基因的全順序與相應(yīng)的與相應(yīng)的cDNAcDNA順序作比較，就可以初步了解該基因結(jié)構(gòu)的概況，如順序作比較，就可以初步了解該基因結(jié)構(gòu)的概況，如基因轉(zhuǎn)錄起始點的位置，內(nèi)含子的數(shù)目、位置及其長度，終止密碼基因轉(zhuǎn)錄起始點的位置，內(nèi)含子的數(shù)目、位置及其長度，終止

8、密碼子與加子與加po1yApo1yA信號的位置等。通過基因的信號的位置等。通過基因的cDNAcDNA克隆在細(xì)菌細(xì)胞中的高克隆在細(xì)菌細(xì)胞中的高表達(dá)，以純化出它所編碼的蛋白質(zhì)，在測出該蛋白質(zhì)氨基端的部分表達(dá)，以純化出它所編碼的蛋白質(zhì)，在測出該蛋白質(zhì)氨基端的部分氨基酸順序后，即可確定基因的翻譯起始密碼子，并推測出基因所氨基酸順序后，即可確定基因的翻譯起始密碼子，并推測出基因所編碼蛋白質(zhì)中的氨基酸順序與蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量編碼蛋白質(zhì)中的氨基酸順序與蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量MrMr。 近年來，很多科學(xué)家對植物基因的結(jié)構(gòu)進(jìn)近年來，很多科學(xué)家對植物基因的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明它們與其他真核基因行了研究，結(jié)果表

9、明它們與其他真核基因的結(jié)構(gòu)很相似。下面將他們對植物基因中的結(jié)構(gòu)很相似。下面將他們對植物基因中4 4個區(qū)域結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果簡述如下：個區(qū)域結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果簡述如下：回1之目錄1.1 51.1 5上游區(qū)上游區(qū) 這是指基因轉(zhuǎn)錄起始點這是指基因轉(zhuǎn)錄起始點55端上游包括啟端上游包括啟動子在內(nèi)的一段很長的區(qū)域，其中包含著動子在內(nèi)的一段很長的區(qū)域，其中包含著與基因轉(zhuǎn)錄起始與表達(dá)調(diào)控有關(guān)的許多元與基因轉(zhuǎn)錄起始與表達(dá)調(diào)控有關(guān)的許多元件。這個區(qū)域在結(jié)構(gòu)上有以下幾點值得注件。這個區(qū)域在結(jié)構(gòu)上有以下幾點值得注意。意。 （1 1）轉(zhuǎn)錄起始位點）轉(zhuǎn)錄起始位點 （2 2）TATA boxTATA box、 CAAT boxCA

10、AT box （3 3）順式作用元件）順式作用元件（1 1）轉(zhuǎn)錄起始位點）轉(zhuǎn)錄起始位點 JoshiJoshi曾比較了曾比較了7979個高等植物基因啟動區(qū)的個高等植物基因啟動區(qū)的DNADNA順序，推衍出在基因轉(zhuǎn)錄起始點附近的順序，推衍出在基因轉(zhuǎn)錄起始點附近的一致順序一致順序(consensus sequence)(consensus sequence)是是CTCATCACTCATCA。當(dāng)中的一個當(dāng)中的一個A A是轉(zhuǎn)錄起始的核苷酸，一般都是轉(zhuǎn)錄起始的核苷酸，一般都將此核苷酸編號為將此核苷酸編號為+1+1位。轉(zhuǎn)錄本中的核苷位。轉(zhuǎn)錄本中的核苷酸位置均以正數(shù)表示，而酸位置均以正數(shù)表示，而A A的的55上

11、游區(qū)非上游區(qū)非轉(zhuǎn)錄核苷酸則以負(fù)數(shù)表示，轉(zhuǎn)錄核苷酸則以負(fù)數(shù)表示，A A的兩邊通常是的兩邊通常是嘧啶核苷酸。嘧啶核苷酸。 （2 2）TATA boxTATA box、 CAAT boxCAAT box JoshiJoshi的總結(jié)中還指出，在轉(zhuǎn)錄起始點上游的總結(jié)中還指出，在轉(zhuǎn)錄起始點上游32327 7 核苷酸對核苷酸對(bp)(bp)處有一段一致順序處有一段一致順序TCACTATATAGTCACTATATAG，簡稱為，簡稱為TATA boxTATA box，這些順序，這些順序?qū)NARNA聚合酶聚合酶準(zhǔn)確地使基因起始轉(zhuǎn)錄是必準(zhǔn)確地使基因起始轉(zhuǎn)錄是必需的。在需的。在TATA box TATA box

12、 上游上游-75bp -75bp 附近常有一附近常有一致順序致順序GC(TGC(TC)CAATCTC)CAATCT，簡稱，簡稱CAAT CAAT boxbox這些順序有增強基因特錄的作用。在這些順序有增強基因特錄的作用。在有些植物基因中沒有明顯的有些植物基因中沒有明顯的TATA boxTATA box，在另一些植物基團(tuán)中，在另一些植物基團(tuán)中，AGGA boxAGGA box替代了替代了CAAT box CAAT box （3 3）順式作用元件）順式作用元件 在在55端遠(yuǎn)上游區(qū)域中還存在對基因的表端遠(yuǎn)上游區(qū)域中還存在對基因的表達(dá)有增強或阻遏作用的順序、決定基因在達(dá)有增強或阻遏作用的順序、決定基因

13、在特定時空表達(dá)的順序以及對激素或外界脅特定時空表達(dá)的順序以及對激素或外界脅迫有應(yīng)答作用的順序，由于這些順序?qū)扔袘?yīng)答作用的順序，由于這些順序?qū)虮磉_(dá)起調(diào)控作用，因此統(tǒng)稱為調(diào)控元件，因表達(dá)起調(diào)控作用，因此統(tǒng)稱為調(diào)控元件，又由于它們與基因位于同一條又由于它們與基因位于同一條DNADNA鏈上，故鏈上，故又稱順式作用元件又稱順式作用元件(cis(cisacting element)acting element)。有些研究論文中提到的啟動子有時也指包有些研究論文中提到的啟動子有時也指包括了這些元件在內(nèi)的很長一段區(qū)域括了這些元件在內(nèi)的很長一段區(qū)域 1.2 51.2 5非翻譯區(qū)非翻譯區(qū) 基因的轉(zhuǎn)錄起始位

14、點到翻譯起始密碼子之間的一段順基因的轉(zhuǎn)錄起始位點到翻譯起始密碼子之間的一段順序被稱為序被稱為55非翻譯區(qū)。該區(qū)的非翻譯區(qū)。該區(qū)的55端是前體端是前體mRNAmRNA加帽加帽(7-(7-甲基鳥嘌呤核苷）的位點。有些基因的甲基鳥嘌呤核苷）的位點。有些基因的55非翻譯區(qū)非翻譯區(qū)中還有一些莖環(huán)結(jié)構(gòu)。這些莖環(huán)結(jié)構(gòu)與翻譯起始密碼子中還有一些莖環(huán)結(jié)構(gòu)。這些莖環(huán)結(jié)構(gòu)與翻譯起始密碼子的旁鄰順序?qū)Ψg的效率都有影響。此外在有些值物基的旁鄰順序?qū)Ψg的效率都有影響。此外在有些值物基團(tuán)的團(tuán)的55非翻譯區(qū)中還鑒定出有內(nèi)含子存在。如在非翻譯區(qū)中還鑒定出有內(nèi)含子存在。如在UbiquitinUbiquitin基因、基因、Sh

15、Sh基因、基因、ActinActin基因、基因、AshlAshl基因與基因與WxWx基基因的因的55非翻譯區(qū)中均有內(nèi)含子存在，且這些內(nèi)含子都有非翻譯區(qū)中均有內(nèi)含子存在，且這些內(nèi)含子都有增強基因表達(dá)的作用。增強基因表達(dá)的作用。1.3 1.3 編碼區(qū)編碼區(qū) 這是指從翻譯起始密碼列終止密碼之間的一段區(qū)這是指從翻譯起始密碼列終止密碼之間的一段區(qū)域，或者說是指這一區(qū)域中的所有外顯子部分。域，或者說是指這一區(qū)域中的所有外顯子部分。（1 1）KozakKozak比較了比較了4747種植物基因與植物病毒基因中翻譯種植物基因與植物病毒基因中翻譯起始位點附近的起始位點附近的2323個核苷酸，除了一個基因例外，其余

16、個核苷酸，除了一個基因例外，其余的都是從的都是從55端的第一個端的第一個AUGAUG作為翻譯起始密碼子的。例作為翻譯起始密碼子的。例外的是菜豆的凝集素基因，它的轉(zhuǎn)錄本外的是菜豆的凝集素基因，它的轉(zhuǎn)錄本55端有端有4 4個個AUGAUG，但彼此的讀碼框不同?？赡苡捎谇懊娴舜说淖x碼框不同?？赡苡捎谇懊? 3個個AUGAUG的旁鄰順序的旁鄰順序不適宜核糖體的識別而不被使用，第不適宜核糖體的識別而不被使用，第4 4個個AUGAUG才是真正的才是真正的翻譯起始密碼子。翻譯起始密碼子。1.3 1.3 編碼區(qū)編碼區(qū)（2 2）關(guān)于編碼區(qū)外顯子中）關(guān)于編碼區(qū)外顯子中4 4種核苷酸的比種核苷酸的比例，例，Mur

17、rayMurray統(tǒng)計了統(tǒng)計了5454種單子葉植物基因與種單子葉植物基因與3 3種雙子葉植物基因，總結(jié)出單子葉植物種雙子葉植物基因，總結(jié)出單子葉植物基因的基因的AUAU含量為含量為5454，雙子葉植物基因中，雙子葉植物基因中AUAU含量為含量為4343。主要的差別是發(fā)生在密碼。主要的差別是發(fā)生在密碼子的第子的第3 3個堿基上，雙子葉植物基因?qū)€堿基上，雙子葉植物基因?qū) A、U U、C C、G 4G 4種堿基的選用機率基本相似，種堿基的選用機率基本相似，而單子葉植物基因則偏向于選擇而單子葉植物基因則偏向于選擇A A與與U U。1.3 1.3 編碼區(qū)編碼區(qū)（3 3）像其他真核基因一樣，植物基因的

18、編碼區(qū)中也常）像其他真核基因一樣，植物基因的編碼區(qū)中也常有數(shù)目不等的內(nèi)含子，而且有些編碼區(qū)中的內(nèi)含子也有有數(shù)目不等的內(nèi)含子，而且有些編碼區(qū)中的內(nèi)含子也有增強基因表達(dá)的作用。增強基因表達(dá)的作用。（4 4）有些真核基因中的一個外顯子正好對應(yīng)此基因）有些真核基因中的一個外顯子正好對應(yīng)此基因所編碼蛋白質(zhì)中的一個結(jié)構(gòu)域，因此有人推測在基因所編碼蛋白質(zhì)中的一個結(jié)構(gòu)域，因此有人推測在基因演化過程中，一個內(nèi)含子可能會帶著相鄰的外顯子在演化過程中，一個內(nèi)含子可能會帶著相鄰的外顯子在基因間飄移，從而構(gòu)成由不同結(jié)構(gòu)域組成的不同蛋白基因間飄移，從而構(gòu)成由不同結(jié)構(gòu)域組成的不同蛋白質(zhì)分子。質(zhì)分子。1.4 31.4 3非翻

19、譯區(qū)非翻譯區(qū)這是指轉(zhuǎn)錄本中終止密碼子后面的一段順序，這段順序中也有一這是指轉(zhuǎn)錄本中終止密碼子后面的一段順序，這段順序中也有一些調(diào)控元件，它們對些調(diào)控元件，它們對mRNAmRNA的穩(wěn)定性和翻譯的效率均起重要的調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和翻譯的效率均起重要的調(diào)節(jié)作用。作用。（1 1）AngenonAngenon等分析了等分析了748748種植物基因中圍繞終止密碼子的種植物基因中圍繞終止密碼子的1818個核苷酸順個核苷酸順序，總結(jié)出所有序，總結(jié)出所有3 3種已知的終止密碼子都能被植物基因用作翻譯終止訊號，種已知的終止密碼子都能被植物基因用作翻譯終止訊號，但使用的比例則因植物的不同而有差別。單子葉植物基因使用但使用

20、的比例則因植物的不同而有差別。單子葉植物基因使用UGAUGA作為終作為終止密碼的占止密碼的占4646，UAAUAA與與UAGUAG的分別占的分別占2828與與2626，而雙子葉植物首選，而雙子葉植物首選UAAUAA占占4646，而用，而用UGAUGA與與UAGUAG的分別為的分別為3636與與1818，而琥珀密碼子，而琥珀密碼子UAGUAG選用的百選用的百分比最低。分比最低。（2 2）在）在mRNAmRNA末端有末端有1 1或或2 2個加個加polyApolyA信號，多數(shù)植物基因均為信號，多數(shù)植物基因均為AAUAAAAAUAAA，有少數(shù)基因其中的個別核苷酸有不同。有少數(shù)基因其中的個別核苷酸有不

21、同。2 2基因的表達(dá)調(diào)控基因的表達(dá)調(diào)控 在植物的一個生命周期，即從種子胚到下一代種在植物的一個生命周期，即從種子胚到下一代種子胚的形成過程中，要經(jīng)過許多不同的發(fā)育階段與子胚的形成過程中，要經(jīng)過許多不同的發(fā)育階段與形成許多不同的組織與器官。這些過程都是與基因形成許多不同的組織與器官。這些過程都是與基因時空專一性表達(dá)密切相關(guān)的。同時，植物的生長與時空專一性表達(dá)密切相關(guān)的。同時，植物的生長與發(fā)育也離不開光、溫度等外界環(huán)境，而干旱、水澇、發(fā)育也離不開光、溫度等外界環(huán)境，而干旱、水澇、鹽堿、甚至病蟲害的侵襲等也會影響植物的正常生鹽堿、甚至病蟲害的侵襲等也會影響植物的正常生長與發(fā)育。因此，弄清基因時空表達(dá)

22、以及環(huán)境因素長與發(fā)育。因此，弄清基因時空表達(dá)以及環(huán)境因素如何誘導(dǎo)基因表達(dá)的分子機理在理論上與實際應(yīng)用如何誘導(dǎo)基因表達(dá)的分子機理在理論上與實際應(yīng)用上都有重要的意義。上都有重要的意義。2 2基因的表達(dá)調(diào)控基因的表達(dá)調(diào)控 2.1 2.1 器官與組織專一性表達(dá)的基因器官與組織專一性表達(dá)的基因 2.2 2.2 受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因 2.3 2.3 基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機理基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機理2.1 2.1 器官與組織專一性表達(dá)的基因器官與組織專一性表達(dá)的基因 一般用于確定某個基因在何種組織中專一表達(dá)的方法有以下幾種：一般用于確定某個基因在何種組織中專一表達(dá)的方法有以下幾種：（1

23、1）以基因編碼區(qū)中的一段順序為探針，與從不同組織或器官中）以基因編碼區(qū)中的一段順序為探針，與從不同組織或器官中抽提出的總抽提出的總RNARNA進(jìn)行進(jìn)行NorthernNorthern雜交。雜交。（2 2）將待測基因的啟動子）將待測基因的啟動子( (包括包括55遠(yuǎn)上游區(qū)遠(yuǎn)上游區(qū))DNA)DNA與一種報告基與一種報告基因的編碼區(qū)及因的編碼區(qū)及33端終止區(qū)連接，建成融合基因，經(jīng)轉(zhuǎn)化植物并得端終止區(qū)連接，建成融合基因，經(jīng)轉(zhuǎn)化植物并得到再生植株后，用組織化學(xué)或其他分析方法，檢測該報告基因在到再生植株后，用組織化學(xué)或其他分析方法，檢測該報告基因在轉(zhuǎn)化植株的何種組織與細(xì)胞中表達(dá)。常用的報告基因有轉(zhuǎn)化植株的何

24、種組織與細(xì)胞中表達(dá)。常用的報告基因有GUSGUS基因，基因，CATCAT基因與基因與LUSLUS基因等?；虻?。（3 3）將基因所編碼的蛋白制備出抗體，對植物的不同組織切）將基因所編碼的蛋白制備出抗體，對植物的不同組織切片進(jìn)行免疫原位雜文。近年來用上述方法已初步確定了一些在片進(jìn)行免疫原位雜文。近年來用上述方法已初步確定了一些在不同植物的各種組織中專一性表達(dá)的基因，現(xiàn)各舉一例介紹如不同植物的各種組織中專一性表達(dá)的基因，現(xiàn)各舉一例介紹如下：下： 在營養(yǎng)器官中：在營養(yǎng)器官中： （1 1）編碼）編碼RubiscoRubisco小亞基的小亞基的rbcSrbcS基因。主要在葉子的基因。主要在葉子的葉肉細(xì)胞

25、、葉表面的保衛(wèi)細(xì)胞，中脈與綠色組織細(xì)葉肉細(xì)胞、葉表面的保衛(wèi)細(xì)胞，中脈與綠色組織細(xì)胞中表達(dá)。胞中表達(dá)。 （2 2）編碼富含羥基脯氨酸的糖蛋白的）編碼富含羥基脯氨酸的糖蛋白的HRGPHRGP基因。基因。 此種糖蛋白是植物細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分，有防御病菌感此種糖蛋白是植物細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分，有防御病菌感染的作用，主要在莖的柵狀細(xì)胞、表皮細(xì)胞與滴漏細(xì)胞中染的作用，主要在莖的柵狀細(xì)胞、表皮細(xì)胞與滴漏細(xì)胞中表達(dá)。表達(dá)。 （3 3）編碼）編碼S S腺苷甲硫氨酸合成酶并參與多胺與乙烯生物腺苷甲硫氨酸合成酶并參與多胺與乙烯生物合成的合成的55Sam-1Sam-1基因。主要在維管組織的木質(zhì)部、韌皮基因。主要在維

26、管組織的木質(zhì)部、韌皮部，厚壁組織與根的皮層中表達(dá)。部，厚壁組織與根的皮層中表達(dá)。在生殖器官中：在生殖器官中： (1)(1)P P2 2 基因。只在雄蕊的成熟花粉與花粉管中表達(dá)，它基因。只在雄蕊的成熟花粉與花粉管中表達(dá)，它所編碼的蛋白與聚半乳糖醛酶有同源性，推測此蛋白參所編碼的蛋白與聚半乳糖醛酶有同源性，推測此蛋白參與花粉管萌發(fā)與生長時的果膠解聚作用。與花粉管萌發(fā)與生長時的果膠解聚作用。 (2)(2)def def 基因。它是金魚草中編碼一種轉(zhuǎn)錄因子的基因，基因。它是金魚草中編碼一種轉(zhuǎn)錄因子的基因，該基因發(fā)生突變后即造成金魚草的雄性器官轉(zhuǎn)換成不正該基因發(fā)生突變后即造成金魚草的雄性器官轉(zhuǎn)換成不正常

27、的雌性器官，它只在花器官的雄蕊中表達(dá)。常的雌性器官，它只在花器官的雄蕊中表達(dá)。 (3)(3)PAL2 PAL2 基因。它編碼苯丙氨酸解氨酶，參與花色基因。它編碼苯丙氨酸解氨酶，參與花色素的合成，只在花瓣中表達(dá)。素的合成，只在花瓣中表達(dá)。 在種子中：在種子中： (1) (1)編碼大豆貯藏蛋白的的編碼大豆貯藏蛋白的的Gy4Gy4基因?；?。 它只在胚乳組織中表達(dá)。它只在胚乳組織中表達(dá)。 (2)O(2)O2 2基因。它是玉米中編碼一種轉(zhuǎn)錄因子的基因。它是玉米中編碼一種轉(zhuǎn)錄因子的基因，該因子調(diào)節(jié)玉米醇溶蛋白基因的表達(dá)、基因，該因子調(diào)節(jié)玉米醇溶蛋白基因的表達(dá)、O O2 2基因只在玉米的胚乳中表達(dá)。（奧帕

28、克基因只在玉米的胚乳中表達(dá)。（奧帕克-2-2（OpaqueOpaque2 2），它是辛格爾頓（），它是辛格爾頓（SingletenSingleten）發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)的 ） 在種子中：在種子中： (3) (3)編碼禾谷類編碼禾谷類-淀粉酶的淀粉酶的AmylAmyl基因。當(dāng)種子吸水基因。當(dāng)種子吸水后開始萌發(fā)時，該基因在糊粉層中表達(dá)。后開始萌發(fā)時，該基因在糊粉層中表達(dá)。 除了上述幾個例子外，近年來還鑒定出了一些專除了上述幾個例子外，近年來還鑒定出了一些專一在果實、塊莖與根瘤中表達(dá)的基因，此處不一一列一在果實、塊莖與根瘤中表達(dá)的基因，此處不一一列舉。但要指出的是：舉。但要指出的是：許多組織專一性表達(dá)的基因

29、，許多組織專一性表達(dá)的基因，往往也是發(fā)育階段專一性表達(dá)的基因。如一些貯藏蛋往往也是發(fā)育階段專一性表達(dá)的基因。如一些貯藏蛋白基因。白基因。有些外界因素會改變基因表達(dá)的部位。如有些外界因素會改變基因表達(dá)的部位。如土豆的土豆的Class patatin Class patatin 基因，它編碼土豆的貯藏基因，它編碼土豆的貯藏蛋白，主要在塊莖中表達(dá)，在葉與莖中不表達(dá)。但當(dāng)?shù)鞍?，主要在塊莖中表達(dá)，在葉與莖中不表達(dá)。但當(dāng)塊莖與腋生芽被除去后，該基因即在莖與葉柄中表達(dá)。塊莖與腋生芽被除去后，該基因即在莖與葉柄中表達(dá)。此外蔗糖也可誘導(dǎo)此基因在葉與莖中表達(dá)。此外蔗糖也可誘導(dǎo)此基因在葉與莖中表達(dá)。2.2 2.2

30、受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因 一些非生物性脅迫因素如高溫、低溫、一些非生物性脅迫因素如高溫、低溫、干旱、水澇、鹽堿、重金屬離子與創(chuàng)傷以干旱、水澇、鹽堿、重金屬離子與創(chuàng)傷以及一些生物性脅迫因素如致病菌的感染與及一些生物性脅迫因素如致病菌的感染與根瘤菌的入侵等均能誘導(dǎo)植物基因的表達(dá)，根瘤菌的入侵等均能誘導(dǎo)植物基因的表達(dá)，在脅迫因素與基因表達(dá)之間有一個很復(fù)雜在脅迫因素與基因表達(dá)之間有一個很復(fù)雜的信號傳導(dǎo)過程，這里只介紹幾個受這些的信號傳導(dǎo)過程，這里只介紹幾個受這些因素誘導(dǎo)的基因的例子。因素誘導(dǎo)的基因的例子。2.2 2.2 受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因

31、2.2.1 2.2.1 熱休克蛋白熱休克蛋白 2.2.2 2.2.2 低溫誘導(dǎo)的基因低溫誘導(dǎo)的基因 2.2.3 2.2.3 水澇誘導(dǎo)的基因水澇誘導(dǎo)的基因 2.2.4 2.2.4 脫水誘導(dǎo)的基因脫水誘導(dǎo)的基因 2.2.5 2.2.5 創(chuàng)傷誘導(dǎo)的基因創(chuàng)傷誘導(dǎo)的基因 2.2.6 2.2.6 病菌感染所誘導(dǎo)的基因病菌感染所誘導(dǎo)的基因2.2.1 2.2.1 熱休克蛋白熱休克蛋白 當(dāng)在正常溫度中生長的植物突然轉(zhuǎn)到當(dāng)在正常溫度中生長的植物突然轉(zhuǎn)到4040左右溫度的環(huán)境中時、有一組稱為熱休克左右溫度的環(huán)境中時、有一組稱為熱休克基因很快表達(dá)。這些基因所編碼蛋白的基因很快表達(dá)。這些基因所編碼蛋白的MrMr有有80

32、-90kD80-90kD，65-75kD65-75kD與與15-30kD15-30kD等幾種，一等幾種，一些植物中的熱休克基因已經(jīng)被克隆，并鑒些植物中的熱休克基因已經(jīng)被克隆，并鑒定出了它們定出了它們55上游區(qū)中的一些調(diào)控元件，上游區(qū)中的一些調(diào)控元件，并同其他生物熱休克基因的調(diào)控元件在順并同其他生物熱休克基因的調(diào)控元件在順序上有很高的同源性。序上有很高的同源性。2.2.2 2.2.2 低溫誘導(dǎo)的基因低溫誘導(dǎo)的基因 有報道說將一些植物先在非冰凍的低溫中有報道說將一些植物先在非冰凍的低溫中暴露一些時候，再轉(zhuǎn)到結(jié)冰的溫度環(huán)境中暴露一些時候，再轉(zhuǎn)到結(jié)冰的溫度環(huán)境中時，它們就能在一段時間內(nèi)耐受這種結(jié)冰時，

33、它們就能在一段時間內(nèi)耐受這種結(jié)冰的環(huán)境。研究表明在這種低溫處理過程中的環(huán)境。研究表明在這種低溫處理過程中植物合成了一些蛋白。植物合成了一些蛋白。KurkelaKurkela等從擬南芥等從擬南芥中克隆了冷誘導(dǎo)與中克隆了冷誘導(dǎo)與ABAABA誘導(dǎo)的基因，并對它誘導(dǎo)的基因，并對它的特性進(jìn)行了研究。玉米的特性進(jìn)行了研究。玉米mlip 15mlip 15基因編碼基因編碼一個具有一個具有bZIPbZIP結(jié)構(gòu)域的蛋白結(jié)構(gòu)域的蛋白, ,低溫、低溫、ABAABA或或鹽均能誘導(dǎo)該基因的表達(dá)。鹽均能誘導(dǎo)該基因的表達(dá)。2.2.3 2.2.3 水澇誘導(dǎo)的基因水澇誘導(dǎo)的基因 玉米的根部遭到水淹時。有些基因很快就玉米的根部遭

34、到水淹時。有些基因很快就表達(dá)，這是植物對厭氧脅迫的一種應(yīng)答與表達(dá)，這是植物對厭氧脅迫的一種應(yīng)答與適應(yīng)機制，在此種條件下表達(dá)的基因有醇適應(yīng)機制，在此種條件下表達(dá)的基因有醇脫氫酶基因脫氫酶基因Adh 1Adh 1、Adh 2Adh 2，蔗糖合成酶基，蔗糖合成酶基因，醛縮酶基因等。在因，醛縮酶基因等。在Adh 1Adh 1基出的基出的55上上游區(qū)鑒定出了與厭氧誘導(dǎo)有關(guān)的順式作用游區(qū)鑒定出了與厭氧誘導(dǎo)有關(guān)的順式作用元件以及有關(guān)的反式作用因子。元件以及有關(guān)的反式作用因子。2.2.4 2.2.4 脫水誘導(dǎo)的基因脫水誘導(dǎo)的基因 已在很多植物中克隆出了由于脫水的脅迫而誘導(dǎo)的已在很多植物中克隆出了由于脫水的脅迫

35、而誘導(dǎo)的基因，如大麥與玉米中的基因，如大麥與玉米中的dehydrindehydrin 基因、麥根中的基因、麥根中的WSP 23WSP 23 基因與擬南芥中具有跨膜通道結(jié)構(gòu)蛋白的基基因與擬南芥中具有跨膜通道結(jié)構(gòu)蛋白的基因等。這些基因不但在植物脫水時被誘導(dǎo)，也能被脫因等。這些基因不但在植物脫水時被誘導(dǎo)，也能被脫落酸落酸(ABA)(ABA)所誘導(dǎo)，所誘導(dǎo)，TakahashiTakahashi等從水稻中克隆了等從水稻中克隆了Wsi Wsi 1818 基因。水稻經(jīng)基因。水稻經(jīng)0.5 molL0.5 molL-1-1甘露醇處理甘露醇處理30 min30 min后該基后該基因即被誘導(dǎo)表達(dá)，但不被因即被誘導(dǎo)表

36、達(dá)，但不被ABAABA所誘導(dǎo)。此基因的順?biāo)T導(dǎo)。此基因的順序與序與LEA4LEA4基因基因(late embryogenesis(late embryogenesisabundant gene)abundant gene)有有部分同源性。部分同源性。2.2.5 2.2.5 創(chuàng)傷誘導(dǎo)的基因創(chuàng)傷誘導(dǎo)的基因 當(dāng)植物受到機械損傷或蟲咬受傷后，一些當(dāng)植物受到機械損傷或蟲咬受傷后，一些基因往往被誘導(dǎo)表達(dá)。已從土豆中克隆出基因往往被誘導(dǎo)表達(dá)。已從土豆中克隆出了創(chuàng)傷誘導(dǎo)的蛋白酶抑制劑了創(chuàng)傷誘導(dǎo)的蛋白酶抑制劑基因與番茄基因與番茄中的中的extension extension 基因。土豆蛋白酶抑制劑基因。土豆蛋白

37、酶抑制劑基因在正常條件下是在種子或塊莖中表達(dá)基因在正常條件下是在種子或塊莖中表達(dá)的，植物受傷后可在非儲藏器官中表達(dá)。的，植物受傷后可在非儲藏器官中表達(dá)。此種蛋白質(zhì)性質(zhì)的蛋白酶抑制劑能抑制多此種蛋白質(zhì)性質(zhì)的蛋白酶抑制劑能抑制多種微生物或昆蟲蛋白酶的活性，但很少抑種微生物或昆蟲蛋白酶的活性，但很少抑制植物來源的蛋白酶的活性。制植物來源的蛋白酶的活性。2.2.6 2.2.6 病菌感染所誘導(dǎo)的基因病菌感染所誘導(dǎo)的基因 病菌感染植物后，常會誘導(dǎo)一些被稱病菌感染植物后，常會誘導(dǎo)一些被稱為致病相關(guān)基因為致病相關(guān)基因(pathogenesis-related (pathogenesis-related gen

38、e)gene)的表達(dá)。其個有一些是編碼水解酶的的表達(dá)。其個有一些是編碼水解酶的基因，如幾丁質(zhì)酶基因、基因，如幾丁質(zhì)酶基因、-1,3-1,3-葡聚糖酶葡聚糖酶基因、以及參與木質(zhì)素或抗真菌的基因、以及參與木質(zhì)素或抗真菌的phytoalexinphytoalexin合成的如苯丙氨酸氨解酶基因合成的如苯丙氨酸氨解酶基因與與4-4-香豆酸香豆酸CoACoA連接酶基因。這些基因的連接酶基因。這些基因的調(diào)控元件已被鑒定，鑒定信號受體與研究調(diào)控元件已被鑒定，鑒定信號受體與研究信號傳導(dǎo)途徑是目前的一個研究熱點。信號傳導(dǎo)途徑是目前的一個研究熱點。2.3 2.3 基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機理基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機理 基因的表達(dá)指基

39、因在聚合酶基因的表達(dá)指基因在聚合酶的作用下轉(zhuǎn)的作用下轉(zhuǎn)錄成前體錄成前體RNARNA，前體，前體RNARNA經(jīng)過加工產(chǎn)生經(jīng)過加工產(chǎn)生mRNAmRNA，以及以及mRNAmRNA翻譯成多肽并折疊成有活性蛋白翻譯成多肽并折疊成有活性蛋白質(zhì)分子的過程。上述過程的每一步驟都分質(zhì)分子的過程。上述過程的每一步驟都分別有許多包括蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與別有許多包括蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與DNADNA、蛋白質(zhì)與、蛋白質(zhì)與RNARNA、DNADNA與與RNARNA之間的相互之間的相互作用以及受到許多順式作用元件與反式作作用以及受到許多順式作用元件與反式作用因子精密的、級聯(lián)式的調(diào)節(jié)。用因子精密的、級聯(lián)式的調(diào)節(jié)。2.3

40、 2.3 基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機理基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機理 2.3.1 2.3.1 轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)節(jié) 2.3.2 2.3.2 轉(zhuǎn)錄后的加工轉(zhuǎn)錄后的加工 2.3.3 2.3.3 翻譯水平上的調(diào)節(jié)翻譯水平上的調(diào)節(jié)2.3.1 2.3.1 轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)節(jié) 2.3.1.1 2.3.1.1 染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄 2.3.1.2 2.3.1.2 DNADNA甲基化甲基化 2.3.1.3 2.3.1.3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物 2.3.1.4 2.3.1.4 順式作用元件順式作用元件 2.3.1.5 2.3.1.5 反式作用因子反式作用因子2.3.1.1 2.3.1

41、.1 染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄 染色質(zhì)由染色質(zhì)由DNADNA與組蛋白組裝而成，其最簡單與組蛋白組裝而成，其最簡單的樣式是核小體。核小體的核心是由二個的樣式是核小體。核小體的核心是由二個相同的拷貝相同的拷貝( (每個拷貝中包含組蛋白每個拷貝中包含組蛋白H H2 2A A，H H2 2B B，H H3 3與與H H4 4) )組成的八聚體。組成的八聚體。DNADNA分子纏繞分子纏繞在組蛋白核心上每個組蛋白核心上繞有在組蛋白核心上每個組蛋白核心上繞有二圈二圈DNADNA分子，約長分子，約長l46bpl46bp。第。第5 5種組蛋白種組蛋白H H1 1結(jié)合在核小體兩端的結(jié)合在核小體兩端的D

42、NADNA分子上，使鏈珠狀分子上，使鏈珠狀的染色質(zhì)變成在體積上進(jìn)一步壓縮了的線的染色質(zhì)變成在體積上進(jìn)一步壓縮了的線圈狀的染色質(zhì)。圈狀的染色質(zhì)。 2.3.1.1 2.3.1.1 染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄 在某種基因?qū)⒈晦D(zhuǎn)錄之前，該基因所在的一段染色質(zhì)的在某種基因?qū)⒈晦D(zhuǎn)錄之前，該基因所在的一段染色質(zhì)的壓縮結(jié)構(gòu)會松散與展開。這就可以用壓縮結(jié)構(gòu)會松散與展開。這就可以用DNaseDNase處理細(xì)胞核，處理細(xì)胞核，然后以該基因的然后以該基因的DNADNA片段作探針與從核中抽提出的總片段作探針與從核中抽提出的總DNADNA，經(jīng)限制性內(nèi)切酶切成一定長的片段后進(jìn)行經(jīng)限制性內(nèi)切酶切成一定長的片段后進(jìn)行

43、southernsouthern雜交雜交來檢測。將要被轉(zhuǎn)錄的基因的所在區(qū)域由于染色質(zhì)的壓來檢測。將要被轉(zhuǎn)錄的基因的所在區(qū)域由于染色質(zhì)的壓縮結(jié)構(gòu)已展開，故能被縮結(jié)構(gòu)已展開，故能被DNaseDNase消化。消化。SouthernSouthern雜交結(jié)果雜交結(jié)果為陰性。在該基因不被轉(zhuǎn)錄的組織中染色質(zhì)仍維持壓為陰性。在該基因不被轉(zhuǎn)錄的組織中染色質(zhì)仍維持壓縮狀態(tài)。縮狀態(tài)。DNaseDNase酶不能水解酶不能水解DNADNA，雜交結(jié)果則為陽性。，雜交結(jié)果則為陽性。 2.3.1.1 2.3.1.1 染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄 最近有人從酵母中鑒定出一個由多種蛋白亞基組成的最近有人從酵母中鑒定出一個

44、由多種蛋白亞基組成的SWISWISNFSNF復(fù)合體，其中包括復(fù)合體，其中包括SWI 1SWI 1（ADR6ADR6），），SWI 2SWI 2（SNF 2SNF 2），），SWI3SWI3，SNF 5SNF 5與與SNF 6 SNF 6 等等 5 5 個基因編碼個基因編碼的蛋白質(zhì)。由于此復(fù)合物中的的蛋白質(zhì)。由于此復(fù)合物中的SWI2SWI2蛋白與蛋白與ATPaseATPase以及以及helicasehelicase分子中有相似的形狀，因此有人推測此復(fù)合分子中有相似的形狀，因此有人推測此復(fù)合物可能與核小體物可能與核小體DNADNA相互作用，并利用相互作用，并利用ATPATP水解所產(chǎn)生水解所產(chǎn)生的能

45、量來改變的能量來改變DNADNA組蛋白的相互作用，并使組蛋白的相互作用，并使1 1個或個或2 2個個H2AH2AH2BH2B二聚體從三元復(fù)合體中丟失，以使基因得二聚體從三元復(fù)合體中丟失，以使基因得以轉(zhuǎn)錄以轉(zhuǎn)錄 2.3.1.2 DNA2.3.1.2 DNA甲基化甲基化 包括植物在內(nèi)，在所研究過的許多生物中，包括植物在內(nèi)，在所研究過的許多生物中，DNADNA的的胞嘧啶堿基，特別是胞嘧啶堿基，特別是CpGCpG順序上胞嘧啶分子中第順序上胞嘧啶分子中第5 5位位點常被甲基化。在脊椎動物點常被甲基化。在脊椎動物DNADNA上的胞嘧啶有上的胞嘧啶有3 36 6被甲基化，而在維管植物被甲基化，而在維管植物D

46、NADNA中，約有中，約有1 13 3 胞胞嘧啶是被甲基化了的。對許多基因來說，被甲基化嘧啶是被甲基化了的。對許多基因來說，被甲基化了的了的CpGCpG主要位于主要位于55上游調(diào)控區(qū)內(nèi)。有人推測，由上游調(diào)控區(qū)內(nèi)。有人推測，由于于CpGCpG上的上的C C被甲基化使被甲基化使DNADNA的大溝上產(chǎn)生了一個的大溝上產(chǎn)生了一個突起。因此局部地改變了轉(zhuǎn)錄因子所識別的信號，突起。因此局部地改變了轉(zhuǎn)錄因子所識別的信號，并妨礙轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件的結(jié)合而影響基因并妨礙轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件的結(jié)合而影響基因的轉(zhuǎn)錄。的轉(zhuǎn)錄。 2.3.1.2 DNA2.3.1.2 DNA甲基化甲基化 用豌豆、小麥、大豆與花椰菜

47、為材料所做的研究表明。用豌豆、小麥、大豆與花椰菜為材料所做的研究表明。順式作用元件上的胞嘧啶被甲基化后在體外即不能被轉(zhuǎn)順式作用元件上的胞嘧啶被甲基化后在體外即不能被轉(zhuǎn)錄因子所結(jié)合。有一些在特定發(fā)育階段才表達(dá)的基因，錄因子所結(jié)合。有一些在特定發(fā)育階段才表達(dá)的基因，在未表達(dá)時，其在未表達(dá)時，其55上游的上游的CpGCpG是被甲基化的。當(dāng)達(dá)到發(fā)是被甲基化的。當(dāng)達(dá)到發(fā)育階段時，育階段時，CpGCpG上的甲基會被去掉，基因即能表達(dá)。這上的甲基會被去掉，基因即能表達(dá)。這表明甲基化與去甲基化是被某種因素調(diào)節(jié)的。也有報道表明甲基化與去甲基化是被某種因素調(diào)節(jié)的。也有報道指出，核小體中的指出，核小體中的H H1

48、1組蛋白在體外優(yōu)先結(jié)合在被甲基組蛋白在體外優(yōu)先結(jié)合在被甲基化的化的DNADNA上，這樣會更有效地阻遏基因的轉(zhuǎn)錄上，這樣會更有效地阻遏基因的轉(zhuǎn)錄 2.3.1.3 2.3.1.3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物 RNARNA聚合酶聚合酶(Pol)(Pol)雖然能以小牛胸腺雖然能以小牛胸腺DNADNA為模板合成多聚核糖核苷酸分子。但它不為模板合成多聚核糖核苷酸分子。但它不能在體外對啟動子有選擇性的起始轉(zhuǎn)錄，能在體外對啟動子有選擇性的起始轉(zhuǎn)錄，這表明除了這表明除了PolPol外，還有其他因子參與有外，還有其他因子參與有選擇性的轉(zhuǎn)錄起始。選擇性的轉(zhuǎn)錄起始。 2.3.1.3 2.3.1.3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)

49、錄起始復(fù)合物通過層析分離法從酵母等細(xì)胞中逐步分離與鑒定出了被稱為通用通過層析分離法從酵母等細(xì)胞中逐步分離與鑒定出了被稱為通用轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors, GTFs)(general transcription factors, GTFs)中的中的8 8種蛋白，種蛋白，它們是它們是TFATFA、BB、DD、EE、FF、HH、II與與JJ。這些。這些GTFsGTFs能與能與PolPol有序地在基因的啟動子上組裝，以形成在體外能使基因有序地在基因的啟動子上組裝，以形成在體外能使基因起始轉(zhuǎn)錄的起始復(fù)合物。其中起始轉(zhuǎn)錄的起始復(fù)合物。其中TFDTFD與與

50、TBPTBP蛋白、蛋白、TAFsTAFs（與（與 TBPTBP蛋蛋白相聯(lián)合的因子）一起形成一個多亞基復(fù)合物，結(jié)合在白相聯(lián)合的因子）一起形成一個多亞基復(fù)合物，結(jié)合在TATAboxTATAbox上；上；TFBTFB是作為是作為 PolPol與結(jié)合在啟動子與結(jié)合在啟動子TATA boxTATA box上上TBPTBP蛋白的橋梁，蛋白的橋梁，起轉(zhuǎn)錄起始位點的選擇作用；起轉(zhuǎn)錄起始位點的選擇作用；TFFTFF結(jié)合在結(jié)合在PolPol上，對上，對PolPol所轉(zhuǎn)所轉(zhuǎn)錄出的轉(zhuǎn)錄本有激活其延伸的作用；錄出的轉(zhuǎn)錄本有激活其延伸的作用；TFHTFH具有依賴于具有依賴于DNADNA的的ATPaseATPase的活力與

51、的活力與 DNA DNA 解旋酶的活力。解旋酶的活力。2.3.1.3 2.3.1.3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物 另外，當(dāng)起始復(fù)合物形成時，結(jié)合在增強子元件上的轉(zhuǎn)錄另外，當(dāng)起始復(fù)合物形成時，結(jié)合在增強子元件上的轉(zhuǎn)錄因子會與因子會與TFDTFD蛋白相互作用，以增強蛋白相互作用，以增強PolPol轉(zhuǎn)錄基因的速轉(zhuǎn)錄基因的速率；率；SRBSRB多肽是多肽是RNARNA聚合酶聚合酶B B的抑制蛋白，它能刺激基礎(chǔ)轉(zhuǎn)的抑制蛋白，它能刺激基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄與被活化了的轉(zhuǎn)錄。最近發(fā)現(xiàn)錄與被活化了的轉(zhuǎn)錄。最近發(fā)現(xiàn)PolPol分子中羧基端結(jié)構(gòu)分子中羧基端結(jié)構(gòu)域（域（CTDCTD）在轉(zhuǎn)錄起始中也發(fā)揮著重要的作用，）在轉(zhuǎn)錄起始

52、中也發(fā)揮著重要的作用，SRBSRB多肽、多肽、GTFsGTFs以及一些尚未鑒定清楚的蛋白因子都通過以及一些尚未鑒定清楚的蛋白因子都通過CTDCTD被錨錠被錨錠在在PolPol分子上。分子上。PolPol的的CTDCTD在有些條件下被磷酸化，推在有些條件下被磷酸化，推測磷酸化后的測磷酸化后的CTDCTD可以使可以使 PolPol與起始復(fù)合物中的其他成與起始復(fù)合物中的其他成分解離而離開啟動子，因此分解離而離開啟動子，因此CTDCTD的磷酸化也在轉(zhuǎn)錄起始過的磷酸化也在轉(zhuǎn)錄起始過程中起著控制與調(diào)節(jié)的作用。程中起著控制與調(diào)節(jié)的作用。2.3.1.4 2.3.1.4 順式作用元件順式作用元件 順式作用元件是

53、指基因順式作用元件是指基因55端上游區(qū)中那些端上游區(qū)中那些與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的一些順序。除一般與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的一些順序。除一般基因都有的基因都有的TATA boxTATA box與與 CAAT boxCAAT box外，在遠(yuǎn)外，在遠(yuǎn)上游還有一些重要的調(diào)控元件，由于這些上游還有一些重要的調(diào)控元件，由于這些順序均與基因處于順式位置，即在同一條順序均與基因處于順式位置，即在同一條DNADNA鏈上，故冠以順式之名以與不一定處鏈上，故冠以順式之名以與不一定處于同一條于同一條DNADNA上編碼轉(zhuǎn)錄因子的反式作用因上編碼轉(zhuǎn)錄因子的反式作用因子的基因相區(qū)別。子的基因相區(qū)別。 2.3.1.4 2.3.1.4

54、 順式作用元件順式作用元件 鑒定出順式作用元件是研究基因表達(dá)調(diào)控中很重要鑒定出順式作用元件是研究基因表達(dá)調(diào)控中很重要的第一步。通常所用的方法是將從轉(zhuǎn)錄起始點開始的第一步。通常所用的方法是將從轉(zhuǎn)錄起始點開始的的55上游區(qū)一定長度的上游區(qū)一定長度的DNADNA片段與報告基因編碼區(qū)片段與報告基因編碼區(qū)及及33端區(qū)相連接，構(gòu)建成融合基因，然后用端區(qū)相連接，構(gòu)建成融合基因，然后用ExoExo外切核酸酶從外切核酸酶從55上游區(qū)逐步向上游區(qū)逐步向33端消化，得到端消化，得到55各有不同缺失長度的融合基因。通過轉(zhuǎn)化植物再生各有不同缺失長度的融合基因。通過轉(zhuǎn)化植物再生出含有上述不同缺失長度融合基因突變體的植株，

55、出含有上述不同缺失長度融合基因突變體的植株，用組織化學(xué)方法或其他方法，分析基因的用組織化學(xué)方法或其他方法，分析基因的55上游上游區(qū)缺失到什么部位就不能使報告基因表達(dá)，或失去區(qū)缺失到什么部位就不能使報告基因表達(dá)，或失去正確的時空表達(dá)專一性，或失去對外界因素脅迫的正確的時空表達(dá)專一性，或失去對外界因素脅迫的應(yīng)答能力。應(yīng)答能力。 2.3.1.4 2.3.1.4 順式作用元件順式作用元件找到調(diào)控元件存在的區(qū)域后，可從區(qū)域的找到調(diào)控元件存在的區(qū)域后，可從區(qū)域的55端作進(jìn)一步小范端作進(jìn)一步小范圍的缺失突變，或從該區(qū)段中間的不同部位造成缺失突變，進(jìn)圍的缺失突變，或從該區(qū)段中間的不同部位造成缺失突變，進(jìn)一步找

56、出調(diào)控元件存在的準(zhǔn)確位點。然后可人工合成此位點內(nèi)一步找出調(diào)控元件存在的準(zhǔn)確位點。然后可人工合成此位點內(nèi)的核苷酸順序，或?qū)⒋隧樞蛑械膫€別核苷酸調(diào)換，或?qū)⑦@段順的核苷酸順序，或?qū)⒋隧樞蛑械膫€別核苷酸調(diào)換，或?qū)⑦@段順序與突變后的順序分別連接在基礎(chǔ)啟動子上游，以檢測它們是序與突變后的順序分別連接在基礎(chǔ)啟動子上游，以檢測它們是否能調(diào)節(jié)報告基因的表達(dá)。此外還可用此段順序與細(xì)胞中的核否能調(diào)節(jié)報告基因的表達(dá)。此外還可用此段順序與細(xì)胞中的核蛋白作體外結(jié)合試驗，或進(jìn)行足印分析試驗，以弄清足印所顯蛋白作體外結(jié)合試驗，或進(jìn)行足印分析試驗，以弄清足印所顯示的順序是否與用上法所鑒定出的順序相同。當(dāng)然也可先用足示的順序是否

57、與用上法所鑒定出的順序相同。當(dāng)然也可先用足印分析來確定核蛋白結(jié)合的核苷酸順序。下面介紹一些在植物印分析來確定核蛋白結(jié)合的核苷酸順序。下面介紹一些在植物基因基因55上游區(qū)中鑒定出的幾種順式作用元件。上游區(qū)中鑒定出的幾種順式作用元件。 幾種順式作用元件幾種順式作用元件 （1 1）應(yīng)答光的元件）應(yīng)答光的元件 （3 3個）個） （2 2）應(yīng)答激素的元件（）應(yīng)答激素的元件（4 4個）個）（1 1）應(yīng)答光的元件）應(yīng)答光的元件 從豌豆從豌豆 rbsSrbsS3A3A基因（受光誘導(dǎo)表達(dá)）啟動子基因（受光誘導(dǎo)表達(dá)）啟動子55上游區(qū)鑒定出上游區(qū)鑒定出 BoxBox（GTGTGGTTAATATGGTGTGGTTAA

58、TATG）與）與BoxBox（AAACTTTATCATTTAAACTTTATCATTT）。由于從煙草中分離出的反式）。由于從煙草中分離出的反式作用因子作用因子GTGTlala或或B2FB2F可以結(jié)合在此元件上，因此可以結(jié)合在此元件上，因此也稱此元件為也稱此元件為GTGT1 1結(jié)合位點。如果將結(jié)合位點。如果將BoxBox中的某中的某些核苷酸進(jìn)行突變，些核苷酸進(jìn)行突變，GTGT1 1蛋白在體外試驗中即不蛋白在體外試驗中即不能再結(jié)合在突變了的能再結(jié)合在突變了的 BoxBox上。因此突變了的上。因此突變了的 BoxBox啟動子，在體內(nèi)也不再有使基因轉(zhuǎn)錄的作用。啟動子，在體內(nèi)也不再有使基因轉(zhuǎn)錄的作用。

59、（1 1）應(yīng)答光的元件）應(yīng)答光的元件 從番茄的從番茄的rbsSrbsS3A 3A 基因啟動子基因啟動子55上游上游區(qū)中還鑒定出區(qū)中還鑒定出G Gboxbox（CCACGTGGCCACGTGG）?，F(xiàn)在）?，F(xiàn)在知道很多植物基因啟動子的上游區(qū)中都存知道很多植物基因啟動子的上游區(qū)中都存在在G Gboxbox或類似或類似G Gbox box 的元件的元件, ,這些元件這些元件對多種外界環(huán)境信號有應(yīng)答作用，擬南芥對多種外界環(huán)境信號有應(yīng)答作用，擬南芥中的轉(zhuǎn)錄因子中的轉(zhuǎn)錄因子GBF1GBF13 3能結(jié)合在此元件上。能結(jié)合在此元件上。 （1 1）應(yīng)答光的元件）應(yīng)答光的元件 從一些單子葉與雙子葉植物受光調(diào)節(jié)基因的

60、啟動子上從一些單子葉與雙子葉植物受光調(diào)節(jié)基因的啟動子上游區(qū)中鑒定出游區(qū)中鑒定出I Iboxbox（ATGATAAGGATGATAAGG），并證明此元件對），并證明此元件對基因的受光調(diào)是很重要的的。但在一些非光調(diào)基因的啟基因的受光調(diào)是很重要的的。但在一些非光調(diào)基因的啟動子上游如動子上游如TaMV 35STaMV 35S啟動子上游區(qū)中也鑒定出含啟動子上游區(qū)中也鑒定出含GATA GATA motif motif 的順序。的順序。 有人在討論近年來對光調(diào)元件研究所取得的成果時有人在討論近年來對光調(diào)元件研究所取得的成果時認(rèn)為，雖然在許多光調(diào)基因的啟動子上游區(qū)找到了認(rèn)為，雖然在許多光調(diào)基因的啟動子上游區(qū)找