基本介紹
- 中文名：基因表現
- 外文名：Gene expression
- 別稱：基因表達
- 屬性：DNA序列生產出蛋白質的過程
簡介,研究進展,基因表達調控,
簡介
玉米是全球第一大作物、中國第二大作物，而乾旱是影響其產量的重要限制因素。山東大學生命科學院張舉仁教授的課題組利用基因晶片技術研究了開花期玉米頂葉乾旱脅迫下基因的表達。開花期是玉米需水臨界期，對乾旱脅迫反應最敏感，此時逢乾旱會使產量下降幅度最大。張教授的課題組以開花期玉米為材料，分別對其進行短期和長期的乾旱脅迫，採用全基因組晶片研究了頂葉中基因的表達情況。分析的結果表明，有197個基因在短期脅迫下差異表達（53%上調），而在長期脅迫下，則有1009個基因差異表達（32%上調）。分離得到的差異表達基因中約有一半的基因功能未知，其他基因按功能則可分為：代謝相關；細胞信號轉導；轉錄相關；蛋白質合成；細胞防禦；細胞運輸；亞細胞定位等幾大類。分析實驗表明，在短期脅迫下上調錶達的基因中，約有1/3的已知功能基因屬於信號轉導功能的分類範疇，參與細胞內不同的信號轉導途徑，這表明信號轉導相關基因在玉米對乾旱的早期反應中起重要作用。而在長期乾旱條件下，頂葉中大量的代謝相關基因差異表達。
有助於肺癌的早期診斷 在全世界癌症患者的死亡率中，肺癌的死亡率位居前列。肺癌高死亡率的主要原因之一是缺乏早期診斷工具。研究人員在3月出版的《自然—醫學》中報導：吸菸者肺細胞的基因表達模式也許有助於肺癌的早期診斷。
有助於肺癌的早期診斷
眾所周知，吸菸是肺癌的風險因子，因此吸菸者被認為是肺癌的高風險人群。吸菸者的正常上皮細胞的基因表達模型是否可用於肺癌存在狀態的一種生物標誌呢？Avrum Spira和同事進行了這一研究。在預測患者是否會向癌症發展時，他們研究的生物標誌的準確率達到90%。當與其他歷史數據結合在一起，準確率可增加到95%。
研究進展
Mdk是一種分泌型蛋白，在神經發育中有重要作用，並參與人類腫瘤的形成。但是，在不同種類的脊椎動物中，Mdk基因的表達模式卻大相逕庭。該文報導了從銀鯽10體節胚胎的SMARTcDNA文庫中克隆的銀鯽Mdkb基因的特徵、表達圖式及功能。在銀鯽胚胎髮育過程中，CagMdkb基因在原腸期開始表達，在10體節期時表達量上升到最高，此後表達量保持穩定。Western印跡顯示胚胎早期有一條19kDa的母源CagMdkb蛋白帶，合子CagMdkb蛋白從原腸期開始產生。大約在10體節時，19kDa的CagMdkb蛋白剪掉了信號肽，變成17kDa的成熟蛋白。在胚胎髮育早期，母源的CagMdkb蛋白在所有卵裂球的細胞質中被檢測到。
當胚胎髮育到18體節期時，新合成蛋白的信號出現在後腦的一對巨大神經元中。此後，新合成的CagMdkb蛋白延伸到前腦、中腦、後腦的神經元和脊髓的神經纖維中。3A10抗體共定位表明這對巨大的神經元是Mauthner神經元。在銀鯽和斑馬魚受精卵中進行的基因轉移實驗發現，野生型CagMdkbRNAs的過量表達造成了胚胎前腦組織和眼睛發育受到抑制等嚴重缺陷，並發現其功能的發揮還依賴於它的分泌特性。上述結果表明，CagMdkb在魚類神經系統的早期發育中起著重要作用。
基因表達調控
從DNA到蛋白質的過程叫基因表達(gene expression)，對這個過程的調節即為基因表達調控(regulation of gene expression or gene control)。基因調控是現代分子生物學研究的中心課題之一。因為要了解動植物生長發育規律。形態結構特徵及生物學功能，就必須搞清楚基因表達調控的時間和空間概念，掌握了基因調控機制，就等於掌握了一把揭示生物學奧秘的鑰匙。基因表達調控主要表現在以下幾個方面：①轉錄水平上的調控；②mRNA加工、成熟水平上的調控；③翻譯水平上的調控；
基因表達調控的指揮系統有很多種，不同生物使用不同的信號來指揮基因調控。原核生物和真核生物之間存在著相當大差異。原核生物中，營養狀況、環境因素對基因表達起著十分重要的作用；而真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平、發育階段等是基因表達調控的主要手段，營養和環境因素的影響則為次要因素。
原核生物的基因表達調控
原核生物的基因表達調控雖然比真核生物簡單，然而也存在著複雜的調控系統，如在轉錄調控種就存在著許多問題：如何在複雜的基因組內確定正確的轉錄起始點？如何將DNA的核苷酸按著遺傳密碼的程式轉錄到新生的RNA鏈中？如何保證合成一條完整的RNA鏈？如何確定轉錄的終止？
上述問題決定於DNA的結構、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的互相作用，在轉錄調控中，現已搞清楚了細菌的幾個操縱子模型，現以乳糖操縱子和色氨酸操縱子為例予以說明。
真核生物基因表達調控
真核生物基因表達調控與原核生物有很大的差異。原核生物同一群體的每個細胞都和外界環境直接接觸，它們主要通過轉錄調控，以開啟或關閉某些基因的表達來適應環境條件（主要是營養水平的變化），故環境因子往往是調控的誘導物。而大多數真核生物，基因表達調控最明顯的特徵時能在特定時間和特定的細胞中激活特定的基因，從而實現“預定”的，有序的，不可逆的分化和發育過程，並使生物的組織和器官在一定的環境條件範圍內保持正常的生理功能。真核生物基因表達調控據其性質可分為兩大類：第一類是瞬時調控或叫可逆調控，相當於原核生物對環境條件變化所做出的反應。瞬時調控包括某種代謝底物濃度或激素水平升降時及細胞周期在不同階段中酶活性和濃度調節。第二類是發育調節或稱不可逆調控，這是真核生物基因表達調控的精髓，因為它決定了真核生物細胞分化，生長，和發育的全過程。據基因調控在同一時間中發生的先後次序，又可將其分為轉錄水平調控，轉錄後的水平調控，翻譯水平調控及蛋白質加工水平的調控，研究基因調控應回答下面三個主要問題：①什麼是誘發基因轉錄的信號？②基因調控主要是在那個環節（模板DNA轉錄，mRNA的成熟或蛋白質合成）實現的？③不同水平基因調控的分子機制是什麼？
回答上述這三個問題是相當困難的，這是因為真核細胞基因組DNA含量比原核細胞多，而且在染色體上除DNA外還含有蛋白質,RNA等，在真核細胞中，轉錄和翻譯兩個過程分別是在兩個彼此分開的區域：細胞核和細胞質中進行。一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈；真核細胞DNA與組蛋白及大量非組蛋白相結合，只有小部分DNA是裸露的；而且高等真核細胞內DNA中很大部分是不轉錄的；真核生物能夠有序的根據生長發育階段的需要進行DNA片段重排，並能根據需要增加細胞內某些基因的拷貝數等。儘管難度很大，科學家們還是建立起多個調控模型。
