基因沉默實驗

一、基因沉默實驗定義與核心概念

基因沉默指生物體內特定基因的表達被抑制或wan全關閉的現象，不依賴基因序列本身的改變，而是通過表觀遺傳或RNA層面的調控實現。其核心特征包括：

1. 非破壞性：基因結構保持完整，外部機制阻斷其表達流程。

2. 可逆性：沉默狀態可通過環境或細胞信號解除。

3. 層級性：

• 轉錄水平沉默（TGS） ：抑制DNA到RNA的轉錄過程。

• 轉錄后水平沉默（PTGS） ：在RNA翻譯為蛋白質前降解mRNA。

實例：轉基因植物中引入的花色素基因因沉默而失效，導致花瓣呈白色而非預期深色。

二、基因沉默實驗分子機制分類

（一）轉錄水平沉默（Transcriptional Gene Silencing, TGS）

通過改變染色質結構阻斷基因轉錄：

1. DNA甲基化

• 機制：胞嘧啶添加甲基基團（-CH?），抑制轉錄因子結合。

• 調控酶：DNMT（DNA甲基轉移酶）催化甲基化。

2. 組蛋白修飾

• 關鍵修飾：組蛋白H3的K9甲基化（H3K9me）、H3K27me3等標記促進異染色質形成。

• 效應：染色質高度濃縮，阻止RNA聚合酶訪問。

3. 染色質重塑

• 復合物：SWI/SNF等重塑復合物改變核小體位置，物理性遮蔽基因。

（二）轉錄后水平沉默（Post-Transcriptional Gene Silencing, PTGS）

以RNA干擾（RNAi）為核心機制：

1. RNAi通路

• 觸發分子：雙鏈RNA（dsRNA）被Dicer酶切割為小RNA（siRNA/miRNA）。

• 效應復合物：RISC（RNA誘導沉默復合體）結合小RNA，靶向切割互補mRNA。

2. siRNA vs. miRNA

   類型	來源	作用模式	功能
   siRNA	外源病毒/轉基因	wan全互補，降解mRNA	抗病毒防御
   miRNA	內源基因組編碼	部分互補，抑制翻譯	發育調控

生物學意義：RNAi是古老的免疫機制，防御病毒和轉座子入侵。

三、生物學意義與生理功能

（一）防御機制

1. 抗病毒：植物通過PTGS降解病毒RNA，如番茄抗煙草花葉病毒。

2. 抑制轉座子：沉默跳躍基因，維持基因組穩定性。

（二）發育與分化調控

1. 胚胎發育：miRNA沉默特定基因，指導細胞命運（例：線蟲發育時序調控）。

2. X染色體失活：女性一條X染色體被沉默，依賴Xist RNA介導的異染色質化。

（三）疾病關聯