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在生物个体发育过程中,基因如何选择性表达?
作者:amwayshg…    文章来源:雅虎知识堂    点击数:2400    更新时间:2008/10/17
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    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。
1.1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。
1.2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。

http://ks.cn.yahoo.com/question/1406121226208.html

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