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基因

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  因(遗传因子)是产生一条多肽链或功能RNA所的全部核苷酸序列。因支着生命的本构和性能。储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡等过的全部息。环境和遗传的互相依赖,演绎着生命的繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过。生物体的生、长、衰、病、老、死等一切生命现都与因有关。它也是决定生命健康的内在因素。因此,因有双重属性:物质性(存在方)和息性(本属性)。
  带有遗传息的DNA片称为因,其他的DNA序列,有些以自身构发挥作用,有些则参与调控遗传息的表现。组成简单生命最少要265到350个因。(这涉因工作组的力量,人的因工作组与蝇的本相似)
  中文
  因
  外文
  Gene
  作用
  记录和传递遗传息
  应用学
  细胞生物学
  遗传学
  分子生物学
  性
  稳定性、决定性状发育、可变性
  快
  导航
  因分因点认识过重叠因区分相互作用因与环境因表达因变异因沉默因诊断因重组因疗法因突变因调控因计因识因检测应用领域因功能因起源响
  在格雷戈尔·孟德尔之前,人们曾认为遗传是一个混合过,但是孟德尔实存在一种不可分割和独立的遗传单,后来人们实这种遗传单就是存在于染色体上的因——一DNA序列。孟德尔在因水平上揭示了有性生殖的遗传过(称之为“分离定”与“自由组合”定),虽然他那时不道因的实存在形[1]。注意因和DNA是全不同的概念。
  因历史
  因是控制生物性状的本遗传单。
  dna
  19纪60年,奥地利遗传学家格雷戈尔·孟德尔就出了生物的性状是由遗传因子控制的观点,但这仅仅是一种逻辑推理。20纪初,遗传学家摩尔过蝇的遗传实验,认识到因存在于染色体上,在染色体上是呈线性排列,从而得出了染色体是因载体的结论。1909年丹麦遗传学家约翰逊(W.Johansen,1859~1927)在《精密遗传学原理》一书中正出“因”概念。
  20纪50年以后,随着分子遗传学的发,尤其是沃森和克里克出DNA双螺旋结构以后,人们进一认识了因的本质,因是有遗传效应的DNA片。结还表明,条染色体只含有1~2个DNA分子,个DNA分子上有多个因,个因含有成上千个脱氧核苷酸。自从RNA病毒发现之后,因的存在方不仅仅只存在于DNA上,还存在于RNA上。由于不同因的脱氧核糖核苷酸的排列顺序(碱序列)不同,因此,不同的因就含有不同的遗传息。1994年中院曾邦哲出系统遗传学概念与原理,探讨猫之为猫、虎之为虎的因逻辑与语言,出因之间相互关系与因组逻辑结构其序化表达的发生。
  因分
  结构因
  因中编码RNA或蛋白质的碱序列。
  (1)原核生物结构因:连续的,RNA合成不要剪加工;
  (2)核生物结构因:由外显子(编码序列)和内含子(非编码序列)两部分组成。
  非结构因
  结构因两侧的一不编码的DNA片(侧翼序列),参与因表达调控。
  (1)顺作用:能响因表达,但不编码RNA和蛋白质的DNA序列;
  其中包括:
  启动子:RNA聚合酶异性识结合和启动转录的DNA序列。有方向性,于转录起始点上游。
  上游启动子:TATA盒上游的一些定DNA序列,反作用因子可与这些结合,调控因的转录效率。
  反应:与激的息分子体结合,能调控因表达的异DNA序列。
  增子:与反作用因子结合,增转录性,在因意置都有效,无方向性。
  沉默子:因表达负调控,与反作用因子结合,抑制转录性。
  Poly(A)加尾号:结构因末端守的AAUAAA顺序下游GT或T富含区,多聚腺苷酸化异因子识,在mRNA3′端加约200个A。
  (2)反作用因子:能识和结合定的顺作用,响因转录的一蛋白质或RNA。[2]
  因点
  因有两个点:一是能忠实地复制自己,以生物的本征;二是在繁衍后上,因能够“突变”和变异,当精卵或母体到环境或遗传的响,后的因组会发生有害缺陷或突变。绝大多数产生疾病,在定的环境下有的会发生遗传。也称遗传病。在正的条下,生命会在遗传的础上发生变异,这些变异是正的变异。
  含定遗传息的核苷酸序列,是遗传物质的最小功能单。除某些病毒的因由核糖核酸(RNA)构成以外,多数生物的因由脱氧核糖核酸(DNA)构成,在染色体上作线状排列。因一词染色体因。在核生物中,由于染色体在细胞核内,所以又称为核因。于线粒体和叶绿体等细胞中的因则称为染色体外因、核外因或细胞质因,也可以分称为线粒体因、质粒和叶绿体因。
  因的复制与表达
  在的二倍体的细胞或个体中,能维配子或配子体正功能的最数目的一套染色体称为染色体组或因组,一个因组中包含一套因。相应的全部细胞质因构成一个细胞质因组,其中包括线粒体因组和叶绿体因组等。原核生物的因组是一个单纯的DNA或RNA分子,因此又称为因带,也称为它的染色体。
  因在染色体上的置称为座,个因都有自己定的座。在同源染色体上占相同座的不同形态的因都称为等因。在自然群体中往往有一种占多数的(因此视为正的)等因,称为野生型因;同一座上的其他等因一般都或间地由野生型因过突变产生,相对于野生型因,称它们为突变型因。在二倍体的细胞或个体内有两个同源染色体,所以一个座上有两个等因。如这两个等因是相同的,那么就这个因座来讲,这种细胞或个体称为纯合体;如这两个等因是不同的,就称为杂合体。在杂合体中,两个不同的等因往往只表现一个因的性状,这个因称为显性因,另一个因则称为隐性因。在二倍体的生物群体中等因往往不止两个,两个以上的等因称为复等因。不过有一部分早认为是属于复等因的因,实际上不是正的等,而是在功能上密切相关、在置上又邻的几个因,所以把它们另称为拟等因。某些表型效应差异极少的复等因的存在很容易忽视,过殊的遗传学分析可以分辨出存在于野生群体中的几个等因。这种从性状上难以区分的复等因称为同等因。许多编码同工酶的因也是同等因。
  属于同一染色体的因构成一个连锁群(见连锁和换)。因在染色体上的置一般不反映它们在生理功能上的性质和关系,但它们的置和排列也不全是随机的。在细菌中编码同一生物合成途径中有关酶的一系列因排列在一起,构成一个操纵子(见因调控);在人、蝇和小鼠等不同的生物中,也发现在作用上有关的几个因排列在一起,构成一个因复合体或因簇或者称为一个拟等因系列或复合因。
  随便吃体重却不涨?这归功于瘦因
  蝌蚪线谱
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  认识过
  从孟德尔定的发现,一多年来人们对因的认识在不断深化。
  1866年,奥地利学者G.J.孟德尔在他的豌豆杂实验论文中,用大写字母A、B等表显性性状如圆粒、子叶黄色等,用小写字母a、b等表隐性性状如皱粒、子叶绿色等。他没有严格地区分所观察到的性状和控制这些性状的遗传因子。但是从他用这些符号所表示的杂结来看,这些符号正是在形上表着因,而至在遗传学的分析中为了方便起见仍沿用它们来表因。
  因的分离定
  20纪初孟德尔的工作重新发现以后,他的定又在许多动植物中得到验。1909年丹麦学者W.L.约翰森出了因这一词,用它来何一种生物中控制何性状而其遗传规又符合于孟德尔定的遗传因子,出因型和表现型这样两个术语,前者是一个生物的因成分,后者是这些因所表现的性状。
  1910年国遗传学家兼胚胎学家T.H.摩尔在蝇中发现白色复眼(whiteeye,W)突变型,首说明因可以发生突变,而由此可以道野生型因W+有使蝇的复眼发育成为红色这一生理功能。1911年摩尔又在蝇的X连锁因白眼和短翅两系的杂子二中,发现了白眼、短翅蝇和正的红眼长翅蝇,首出于同一染色体上的两个因可以过染色体换而分处在两个同源染色体上。换是一个普遍存在的遗传现,不过到20纪40年中为止,还从来没有发现过换发生在一个因内部的现。因此当时认为一个因是一个功能单,也是一个突变单和一个换单。
  20纪40年以前,对于因的化学本质不了解。到1944年O.T.埃弗里等实肺炎双球菌的转化因子是DNA,首用实验明了因是有遗传效应的DNA片。
  1955年S.本泽用大肠杆菌T4噬菌体作材,快溶菌突变型rⅡ的因精细结构,发现在一个因内部的许多点上可以发生突变,可以在这些点之间发生换,从而说明一个因是一个功能单,但不是一个突变单和换单,因为一个因可以包括许多突变单(突变子)和许多重组单(重组子)(见互补作用)。
  1969年J.夏皮罗等从大肠杆菌中分离到乳糖操纵子,使它在离体条下进行转录,实了一个因可以离开染色体而独立地发挥作用,于是颗粒性的遗传概念加立。随着重组DNA技术和核酸的顺序分析技术的发,对因的认识又有了新的发,主要是发现了重叠的因、断裂的因和可以移动置的因。
  重叠因
  重叠因示意图
  重叠因是在1977年发现的。早在1913年A.H.斯蒂文已在蝇中明了因在染色体上作线状排列,20纪50年对因精细结构和顺反置效应等的结也说明因在染色体上是一个着一个排列而不重叠。但是1977年F.桑格在测定噬菌体ΦX174的DNA的全部核苷酸序列时,却意外地发现因D中包含着因E。因E的第一个密码子(见遗传密码)从因D的中央的一个密码子TAT的中间开始,因此两个部分重叠的因所编码的两个蛋白质非但大小不等,而氨酸也不相同。在某些核生物病毒中也发现有重叠因。
  断裂的因也是在1977年发现的,它是内部包含一或几最后不出现在成熟的mRNA中的片的因。这些不出现在成熟的mRNA中的片称为内含子,出现在成熟的mRNA中的片则称为外显子。如下面这一因,有三个外显子和两个内含子。在几种哺乳动物的核因、酵母菌的线粒体因以某些感染核生物的病毒中都发现了断裂的因。内含子的功用以转录后的加工机制是核生物分子遗传学的一个吸引人的课。
  功能、和数目到目前为止在蝇中已经发现的因不下于1000个,在大肠杆菌中已经定的因大约也有1000个,由因决定的性状虽然千差万,但是许多因的原初功能却本相同。
  1945年G.W.比德尔过对脉孢菌的,出了一个因一种酶假设,认为因的原初功能都是决定蛋白质的一级结构(编码组成肽链的氨酸序列)。这一假设在20纪50年得到充分的验。
  区分
  20纪60年初F.雅各布和J.莫诺发现了调节因。把因区分为结构因和调节因是着眼于这些因所编码的蛋白质的作用:凡是编码酶蛋白、血红蛋白、胶原蛋白或晶体蛋白等蛋白质的因都称为结构因;凡是编码阻遏或激结构因转录的蛋白质的因都称为调节因。但是从因的原初功能这一角度来看,它们都是编码蛋白质。原初功能(因的产物)因可分为:
  图一
  ①编码蛋白质的因。
  ②没有翻译产物的因。
  ③不转录的DNA区。
  一个生物体内的各个因的作用时间不相同,有一部分因在复制前转录,称为早因;有一部分因在复制后转录,称为晚因。一个因发生突变而使几种看来没有关系的性状同时变,这个因就称为多效因。
  数目不同生物的因数目有很大差异,已经RNA噬菌体MS2只有3个因,而哺乳动物的一细胞中至少有100万个因。但其中极大部分为重复序列,而非重复的序列中,编码肽链的因估计不超过10万个。除了单纯的重复因外,还有一些结构和功能都相似的为数众多的因,它们往往紧密连锁,构成所谓因复合体或因家族。
  等因:于一对同源染色体的相同置上控制某一性状的不同形态的因。不同的等因产生如发色或血型等遗传征的变化。等因控制相对性状的显隐性关系遗传效应,可将等因区分为不同的。在个体中,等因的某个形(显性的)可以比其他形(隐性的)表达得多。等因(gene)是同一因的另外“版本”。如,控制卷舌运动的因不止一个“版本”,这就解释了为么一些人能够卷舌,而一些人却不能。有缺陷的因版本与某些疾病有关,如囊性纤维化。值得注意的是,个染色体(chromosome)都有一对“复制本”,一个来自父亲,一个来自母亲。这样,我们的大约3万个因中的一个都有两个“复制本”。这两个复制本可能相同(相同等因allele),也可能不同。图一显示的是一对染色体,上面的因用不同颜色表示。在细胞分裂过中,染色体的外观就是如此。如比较两个染色体(男性与女性)上的相同部的因带,你会看到一些因带是相同的,说明这两个等因是相同的;但有些因带却不同,说明这两个“版本”(等因)不同。
  拟等因(pseudoalleles):表型效应相似,功能密切相关,在染色体上的置又紧密连锁的因。它们是等因,而实际不是等因。
  传统的因概念由于拟等因现的发现而趋复杂。摩学派在其早的发现中使他们感到奇怪的是相邻的因一般似乎在功能上彼此无关,各行其是。响眼睛颜色、翅脉形成、刚毛形成、体免等等的因都可能彼此相邻而处。有非相似效应的“因”一般都仅仅不过是单个因的等因。如因是换单,那就绝不会发生等因之间的重组现。事实上摩的学生在早(1913;1916)试图在白眼因座发现等因的换之所以都告失败,后来道主要是由于试验样少。然而自从斯体范(1925)出棒眼因重复的不均等换学说以布里奇斯(1936)唾液腺染色体所供的支这学说之尼,试图一在仿佛是等因之间进行重组的时机已经成熟。Oliver(1940)首得成功,在普蝇的菱形因座上发现了等因不均等换的。两个不同等因(Izg/Izp)标因拼合在一起的杂合子以0.2%左右的频率复到野生型。标因的重组明发生了“等因”之间的换。
  非靠近的因之间的换只能在极其大量的试验样中能观察到,由于它们的正行为好像是等因,因此称为拟等因(Lewis,967)。它们不仅在功能上和正的等因很相似,而在转(transposition)后能产生突变体表现型。它们不仅存在于蝇中,而在玉米中也已发现,在某些微生物中发现的频率相当高。分子遗传学对这个问曾有很多解释,然而由于对核生物的因调节还之不多,所以还无法充分了解。
  置效应的发现产生了深刻响。杜布赞斯在一篇评论性文章中曾对此作出下面的结论:“一个染色体不单是因的机械性聚合体,而是高结构层的单……染色体的性质由作为其结构单的因的性质来决定;然而染色体是一个合谐的系统,它不仅反映了生物的历史,它本身也是这历史的一个决定因素”(Dobzhaansky,1936:382)。
  有些人不满足于这种对因的“串珠概念”的温和修正。自从孟德尔主义兴起之初就有一些生物学家(如Riddle和Chiid)援引了看来是足够份量的反对因的颗粒学说。置效应正好对他们有利。Goldschmidt(1938;1955)这时变成了他们的最雄辩的言人。他出一个“现的因学说”(1955:186)来替(因的)颗粒学说。按照他的这一新学说没有定的因而只有“在染色体的一定片上的一定分子模,这模的何变化(最广义的置效应)就变了染色体组成部分的作用从而表现为突变体。”染色体作为一个体是一个分子“场”,习惯上所谓的因是这个场的分立的或甚至是重叠的区域;突变是染色体场的重新组合。这种场论和遗传学的大量事实相矛盾因而未承认,但是像Goldschmidt这样一经验丰富的遗传学家竟然如此严肃地出这个理论这事实就表明因学说还是多么不巩固。从20纪30年到20纪50年所发表的许多理论性文章也反映了这一点(Demerec,1938,1955;Muller,1945;Stadler,1954)。
  复等因:因如存在多种等因的形,这种现就称为复等因(multipleallelism)。何一个二倍体个体只存在复等中的二个不同的等因。
  在全显性中,显性因中纯合子和杂合子的表型相同。在不显性中杂合子的表型是显性和隐性两种纯合子的中间状态。这是由于杂合子中的一个因无功能,而另一个因存在剂量效应所致。全显性中杂合体的表型是兼有显隐两种纯合子的表型。此是由于杂合子中一对等因都得到表达所致。
  比如决定人ABO血型系统四种血型的因IA、IB、i,个人只能有这三个等因中的意两个。
  相互作用
  生物的一切表型主要是蛋白质性的表现。换句话说,生物的各种性状几乎都是因相互作用的结。所谓相互作用,一般都是谢产物的相互作用,只有少数情况涉因产物,蛋白质之间的相互作用。
  非等因
  依非等因相互作用的性质可以将它们归纳为:
  非等因自由组合
  互补因:
  若干非等因只有同时存在时出现某一性状,其中何一个发生突变时都会导致同一突变型性状,这些因称为互补因。
  异显性因:
  响同一性状的两个非等因在一起时,得以表现性状的因称为异显性因或称上因。
  累加因:
  对于同一性状的表型来讲,几个非等因中的一个都只有部分的响,这样的几个因称为累加因或多因。在累加因中一个因只有较小的一部分表型效应,所以又称为微效因。相对于微效因来讲,由单个因决定某一性状的因称为主效因。
  修饰因:
  本身有或者没有何表型效应,可是和另一突变因同时存在便会响另一因的表现度的因。如本身有同一表型效应则和累加因没有区。
  抑制因:
  一个因发生突变后使另一突变因的表型效应消失而恢复野生型表型,称前一因为后一因的抑制因。如前一因本身有表型效应则抑制因和异显性因没有区。
  调节因:
  一个因如对另一个或几个因有阻遏作用或激作用则称该因为调节因。调节因过对调节的结构因转录的控制而发挥作用。有阻遏作用的调节因不同于抑制因,因为抑制因作用于突变因而本身就是突变因,调节因则作用于野生型因而本身也是野生型因。
  微效多因:
  响同一性状的因为数较多,以致无法在杂子中明显地区分它们的型,这些因统称为微效多因或称多因。
  背景因型:
  从理论上看,何一个因的作用都要到同一细胞中其他因的响。除了人们正在的少数因以外,其余的全部因构成所谓的背景因型或称残余因型。
  等因
  本型
  1932年H.J.马勒依突变型因与野生型等因的关系归纳为无效因、亚效因、超效因、新效因和反效因。
  无效因
  不能产生野生型表型的、全失去性的突变型因。一般的无效因却能过复突变而成为野生型因。
  亚效因
  表型效应在性质上相同于野生型,可是在度上于野生型的突变型因。
  超效因
  表型效应超过野生型等因的突变型因。
  新效因
  产生野生型等因所没有的新性状的突变型因。
  反效因
  作用和野生型等因相对抗的突变型因。
  镶嵌显性
  对于某一性状来讲,一个等因响身体的一个部分,另一等因则响身体的另一部分,而在杂合体中两个部分都到响的现称为镶嵌显性。
  因与环境
  概述
  因作用的表现离不开内在的和外在的环境的响。在有定因的一群个体中,表现该因性状的个体的分数称为外显率;在有定因而又表现该一性状的个体中,对于该一性状的表现度称为表现度。外显率和表现度都内在环境和外在环境的响。
  内在环境生物的性、年龄等条以背景因型。
  性
  性对于因作用的响实际上是性激素对因作用的响。性激素为因所控制,所以实质上这些都是因相互作用的结。
  年龄
  人中各个因显示它的表型的年龄有很大的区。
  背景因型
  过选择,可以变动植物系的某一遗传性状的外显率和表现度,说明一些因的作用往往到一系列修饰因或者背景因型的响。
  由于背景因型的差异而成的响,在下述3种情况中可以减到最限度:由高度近得来的纯系;一卵双生儿;无性繁殖系(包括某些高等植物的无性繁殖系、微生物的无性繁殖系以高等动物的细胞株)。用这些体系作为实验系统,可以为明地显示环境因素的响,为切地说明某一因的作用。双生儿法在人遗传学中的应用纯系生物在遗传学和许多生物学中的应用都是这一原理。
  外在环境:①温度。温度敏感突变型只能在某些温度中表现出突变型的性状,对于一般的突变型来说,温度对于因的作用也有度不等的响。②营养。家兔脂肪的黄色决定于因y的纯合状态以食物中的叶黄素的存在。如食物中不含有叶黄素,那么yy纯合体的脂肪也不呈黄色。y因的作用显然和叶黄素的同化有关。
  演化:就细胞中DNA的含量来看,一般愈是等的生物含量愈,愈是高等的生物含量愈高。就因的数量和种来讲,一般愈是等的生物愈少,愈是高等的生物愈多。DNA含量和因数的增加与生理功能的逐渐备是密切相关的。
  因最初是一个抽的符号,后来实它是在染色体上占有一定置的遗传的功能单。大肠杆菌乳糖操纵子中的因的分离和离体条下转录的实现进一说明因是实体。已可以在试中对因进行(见重组DNA技术)甚至人工合成因。对因的结构、功能、重组、突变以因表达的调控和相互作用的始终是遗传学的中心课。
  因表达
  因的表达过是将DNA上的遗传息传递给mRNA,然后经过翻译将其传递给蛋白质。在翻译过中tRNA负责与定氨酸结合,将它们运送到核糖体,这些氨酸在那里相互连形成蛋白质。这一过由tRNA合成酶介导,一旦出现问就会生成错误的蛋白质,进而成灾难性的后。值得庆幸的是,tRNA分子与氨酸的匹配非精,只不过迄为止人们对这种机制还缺乏足够的了解。[3]
  因变异
  因变异是因组DNA分子发生的突然的可遗传的变异。从分子水平上看,因变异是因在结构上发生碱对组成或排列顺序的变。因虽然十分稳定,能在细胞分裂时精地复制自己,但这种稳定性是相对的。在一定的条下因也可以从原来的存在形突然变成另一种新的存在形,就是在一个点上,突然出现了一个新因[4],替了原有因,这个因变异因。于是后的表现中也就突然地出现祖从未有的新性状。如英国女王维多利亚家族在以前没有发现过血友病的病人,但是的一个儿子患了血友病,成了家族中第一个患血友病的成员。后来,又在的外孙中出现了几个血友病病人。很显然,在的父亲或母亲中产生了一个血友病因的突变。这个突变因传给了,而是杂合子,所以表现型仍是正的,但却过传给了的儿子。因变异的后除如上所述形成致病因引起遗传病外,还可成死胎、自然产和出生后夭折等,称为致死性突变;当然也可能对人体无响,仅仅成正人体间的遗传学差异;甚至可能给个体的生存带来一定的好处。
  笑脸蜘蛛乃因变异所致
  因沉默
  按照遗传本原理,如某些因能帮助父母生存和繁殖,父母就会把这些因传给后。但一些表明,实情况要复杂得多:因可以关闭或沉默,以应对环境或其他因素,这些变化有时也能从一传到下一[5]。
  国马里兰大学遗传学家出了一种殊机制,父母过这种机制可以把沉默因遗传给后,而这种沉默可以25以上[5]。这一发现可能变人们对动物进化的理解,有助于将来设计广泛的遗传疾病疗法。相关论文在线发表于2015年2月2日的国《国家学院院刊》上[5]。
  他们对一种秀丽隐杆线虫的蛔虫进行了,让它的神经细胞产生了与殊因相配的双链RNA分子(dsRNA)。dsRNA分子能在体细胞之间移动,当它们的序列与相应的细胞DNA匹配时,就能使该因沉默。他们此发现dsRNA还能进入生殖细胞,使其中的因沉默。令人惊讶的是,这种沉默可以25以上[5]。
  长稳定的沉默效在开发遗传疾病疗法方面至关重要。人员一把一种为“RNA干扰”的过(称为RNAi)作为一种潜在因疗法,它可以用配对dsRNA瞄准何疾病因。而最大障碍是如何实现稳定的沉默,这样病人不必反复使用高剂量dsRNA[5]。
  因诊断
  当环境中的有害物质进入精卵或母体,当父母有一定的同血缘或有一定相同数目的遗传因关系,在这些情况下,后的因组里的因会发生缺陷,产生疾病。过使用因芯片等技术分析人因组,可找出致病的遗传缺陷因区域。癌症、糖尿病等,都是遗传因缺陷引起的疾病。医学和生物学人员将能在数秒钟内鉴定出最终会导致癌症等的突变因。借助一小滴测试液,医生们能预测药物对病人的功效,可诊断出药物在疗过中的不良反应,还能当场鉴出病人到了何种细菌、病毒或其他微生物的感染。利用因芯片分析遗传因,将使10年后对糖尿病的诊率达到50%以上。
  未来人们在体检时,由搭载因芯片的诊断机人对检者血,转瞬间体检结便可以显示在计机屏幕上。利用因诊断,医疗将从千篇一的“大众医疗”的时,进一精到依个人遗传因而异的“定制医疗”的时,也可以抽羊水进行产前因诊断。
  因重组
  因重组是由于不同DNA链的断裂和连而产生DNA片的换和重新组合,形成新DNA分子的过。1974年波兰斯吉巴尔斯(WaclawSzybalski)称因重组为合成生物学,1978年他在《因》刊中写道:限制酶将带领我们进入合成生物学的新时。
  《因样本》
  因疗法
  因疗法是过因克隆、转因等技术来复制,制与自己相匹配的官,能够解决一些智力,有生理缺陷的患者的难。过现症分析、因分析技术,人工合成因技术等,制可以匹配的健全官。
  因突变
  因突变(genemutation)一个因内部可以遗传的结构的变,又称为点突变,可引起一定的表型变化。广义的突变包括染色体畸变,狭义的突变专点突变。实际上畸变和点突变的限不明,是微细的畸变是如此。野生型因过突变成为突变型因。突变型一词既突变因,也有这一突变因的个体。
  因调控
  生物体内控制因表达的机制。因表达的主要过是因的转录和使核糖核酸(mRNA)的翻译。因调控主要发生在3个水平上,:①DNA修饰水平、RNA转录的调控、和mRNA翻译过的控制;②微生物过因调控可以变谢方以适应环境的变化,这因调控一般是短暂的和可逆的;③多细胞生物的因调控是细胞分化、形态发生和个体发育的础,这调控一般是长的,而往往是不可逆的。因调控的有广泛的生物学意义,是发生遗传学和分子遗传学的重要领域。
  因计
  DNA分子似“计机磁盘”,拥有息的存、复制、写等功能。将人体细胞核中的23对染色体中的DNA分子连起来,其长度大约为0.7米,但若把它折叠起来,又可以缩小为径只有几微米的小球。因此,DNA分子视为超高密度、大容量的分子存储。
  因芯片经过进,利用不同生物状态表达不同的数字后还可用于制生物计机。于因芯片和因法,未来的生物息学领域,将有望出现能与当的计机业硬巨头——英尔公司、软巨头——微软公司相匹敌的生物息企业。
  因识
  由于人因有唯一性(同卵双胞胎除外),目前法医学上用途最广的方面就是个体识和亲子鉴定。
  在法医学上,STR点和单核苷酸(SNP)点检测分是第二、第三DNA分析技术的核心,是继RFLPs(限制性片长度多态性)、VNTRs(可变数量串联重复序列多态性)而发起来的检测技术。作为最前沿的刑事生物技术,DNA分析技术为法医物检验供了学、可靠和快捷的手,使物鉴定从个体排除过渡到了可以作同一认定的水平,DNA检验能认定犯罪、为凶杀案、奸杀人案、碎尸案、奸致孕案等重大疑难案的侦破供准可靠的依。随着DNA技术的发和应用,DNA标系统的检测将成为破案的重要手和途径。此方法作为亲子鉴定已经是非成熟的,也是国际上公认的最好的一种方法。
  因检测
  因检测是过血液、其他体液、或细胞对DNA进行检测的技术。因检测可以诊断疾病,也可以用于疾病风险的预测。疾病诊断是用因检测技术检测引起遗传性疾病的突变因。目前应用最广泛的因检测是新生儿遗传性疾病的检测、遗传疾病的诊断和某些见病的辅助诊断。目前有1000多种遗传性疾病可以过因检测技术出诊断。
  男/女性肿瘤因检测,过肿瘤因检测可以预自身是否是高危人群以过良好的预防措施高自身的健康免疫力。筛查疾病有结肠腺瘤、鼻咽癌、食癌、白血病、肝癌、胃癌等等。
  应用领域
  生产领域
  人们可以利用因技术,生产转因食。如,学家可以把某种肉猪体内控制肉的生长的因植入鸡体内,从而让鸡也获得快增肥的能力。但是,转因因为有高技含量,有些人怕吃了转因食中的外源因后会变人的遗传性状,比如吃了转因猪肉会变得好动、喝了转因牛奶后易患恋乳症等等。实际上这些担心都是不必要的,人们吃的所有食物都来自于其他生物体,几乎所有食物中都含有不计其数的带有异源因的DNA,这些DNA分子在消化道会降解为单个的脱氧核糖核苷酸,能人体吸用于自身遗传物质的构建。华中农业大学的张启发院士认为:“转因技术为作物良供了新手,同时也带来了潜在的风险。因技术本身能够进行精的分析和评估,从而有效地规避风险。对转因技术的风险评估应以传统技术为参照。学规范的理可为转因技术的利用供全障。生命学础识的普和公众育十分重要。”
  军事领域
  生物武已经使用了很长的时间。细菌,毒气都令人为之色变。但是,传说中的因武却加令人胆寒。
  环境护
  我们可以针对一些破坏生态平衡的动植物,制出专门的因药物,既能高效的杀死它们,又不会对其他生物成响,还能节省成本。如一危害我国淡水区域的水葫芦,如有一种因产能够高效杀灭的话,那年就可以节省几十亿了。
  学是一把双刃剑,因工也不外。我们要发挥因工中能福人的部分,抑止它的害处。
  医疗方面
  随着人对因的不断深入,发现许多疾病是由于因结构与功能发生变所引起的。学家将不仅能发现有缺陷的因,而还能掌握如何进行对因诊断、修复、疗和预防,这是生物技术发的前沿。这项成将给人的健康和生带来不可估量的利益。所谓因疗是用因工的技术方法,将正的因转入病患者的细胞中,以病变因,从而表达所缺乏的产物,或者过关闭或降异表达的因等途径,达到疗某些遗传病的目的。已发现的遗传病有6500多种,其中由单因缺陷引起的就有约3000多种。因此,遗传病是因疗的主要对。第一因疗是国在1990年进行的。当时,两个4岁和9岁的小女孩由于体内腺苷脱氨酶缺乏而患了严重的联合免疫缺陷症。学家对们进行了因疗得了成功。这一开创性的工作标着因疗已经从实验过渡到临床实验。1991年,我国首B型血友病的因疗临床实验也获得了成功。
  因疗的最新进是将用因枪技术于因疗。其方法是将定的DNA用进的因枪技术导入小鼠的肌肉、肝脏、脾、肠道和皮肤获得成功的表达。这一成功预示着人们未来可能利用因枪传送药物到人体内的定部,以传统的种疫苗,用因枪技术来疗遗传病。
  学家们正在的是胎儿因疗法。如实验疗效得到进一的话,就有可能将胎儿因疗法扩大到其它遗传病,以防止出生患遗传病症的新生儿,从而从本上高后的健康水平。
  因工药物
  因工药物,是重组DNA的表达产物。广义地说,凡是在药物生产过中涉用因工的,都可以成为因工药物。在这方面的有十分诱人的前景。
  因工药物的开发重点是从蛋白质药物,如胰岛素、人生长激素、促红细胞生成素等的分子蛋白质,转移到寻找较小分子蛋白质药物。这是因为蛋白质的分子一般都比较大,不容易穿过细胞膜,因而响其药理作用的发挥,而小分子药物在这方面就有明显的优性。另一方面对疾病的疗也开阔了,从单纯的用药发到用因工技术或因本身作为疗手。
  还有一个要引起大家注意的问,就是许多过去征服的传染病,由于细菌产生了耐药性,又卷土重来。其中最值得引起注意的是结核病。卫生组织报道,现已出现全球肺结核病危机。本来将消灭的结核病又死灰复燃,而出现了多种耐药结核病。统计,全现有17.22亿人感染了结核病菌,年有900万新结核病人,约300万人死于结核病,相当于10秒钟就有一人死于结核病。学家还出,在后的一时间里,会有数以计的感染细菌性疾病的人将无药可,同时病毒性疾病日益曾多,防不胜防。不过与此同时,学家们也探索了对付的办法,他们在人体、昆虫和植物种子中找到一些小分子的抗微生物多肽,它们的分子量小于4000,仅有30多个氨酸,有烈的广普杀伤病原微生物的力,对细菌、病菌、菌等病原微生物能产生较的杀伤作用,有可能成为新一的“超级抗生素”。除了用它来开发新的抗生素外,这小分子多肽还可以在农业上用于培育抗病作物的新种。
  农作物培育
  学家们在利用因工技术良农作物方面已得重大进,一场新的绿色革命近在眼前。这场新的绿色革命的一个显著点就是生物技术、农业、食和医药行业将融合到一起。
  20纪十年,由于杂种推广、化肥使用量增加以灌溉面积的扩大,农作物产量成倍高,这就是大家所说的“绿色革命”。但一些人员认为,这些方法已很难使农作物产量有进一的大幅高。
  因技术的突破使学家们得以用传统育种专家难以的方良农作物。如,因技术可以使农作物自己释出杀虫剂,可以使农作物种植在旱地或盐碱地上,或者生产出营养丰富的食。学家们还在开发可以生产出能够防病的疫苗和食的农作物。因技术也使开发农作物新种的时间大为缩短。利用传统的育种方法,要八年时间能培育出一个新的植物种,因工技术使人员可以将何一种因注入一种植物中,从而培育出一种全新的农作物种,时间则缩短一半。
  虽然第一批因工农作物种开始上市,但国种植的玉米、大豆和棉中的一半将使用利用因工培育的种子。估计,后5年内,国因工农产和食的市场规模将从的40亿扩大到200亿,20年后达到750亿。有的专家预计,“到21纪初,很可能国的一种食中都含有一点因工的成分。”
  尽还有不少人、是欧洲国家消费者对转因农产心存疑虑,但是专家们出,利用因工良农作物已势在必行。这首是由于全球人口的压力不断增加。专家们估计,后40年内,全球的人口将比增加一半,为此,粮食产量增加75%。另外,人口的老龄化对医疗系统的压力不断增加,开发可以增人体健康的食十分必要。
  加快农作物新种的培育也是第三发中国家发生物技术的一个同目标,我国的农业生物技术的与应用已经广泛开,已得显著效益。
  分子进化
  分子进化工是继蛋白质工之后的第三因工。它过在试里对以核酸为主的多分子体系施以选择的压力,模拟自然中生物进化历,以达到创新因、新蛋白质的目的。
  这要三个骤,扩增、突变和选择。扩增是使所的遗传息DNA片分子获得大量的拷贝;突变是在因水平上施加压力,使DNA片上的碱发生变异,这种变异为选择和进化供原;选择是在表型水平上过适者生存,不适者淘汰的方固定变异。这三个过紧密相连缺一不可。
  学家已应用此方法,过试里的定向进化,获得了能抑制凝血酶性的DNA分子,这DNA有抗凝血作用,它有可能替溶解血栓的蛋白质药物,来疗心肌梗塞、脑血栓等疾病。
  因功能
  生物学功能,如作为蛋白质激酶对异蛋白质进行磷酸化修饰;细胞学功能,如参与细胞间和细胞内号传递途径;发育上功能,如参与形态建成等。
  因起源
  因就是编译氨酸的密码子,因此,密码子的起源就是因的起源。除了少数的不同之外,地球上已生物的遗传密码均非近;因此演化论,遗传密码应在生命历史中很早就出现。现有的表明遗传密码的设定非是随机的结,对此有以下的可能解释:[6]
  ATP在细胞中于生化系统的中心
  韦斯(CarlRichardWoese)认为,一些氨酸与它们相对应的密码子有选择性的化学结合力(立体化学假说,stereochemicalhypothesis),这显示现在复杂的蛋白质制过可能非一早存在,最初的蛋白质可能是在核酸上形成。但王子晖(J.Tze-FeiWong)认为,氨酸和相应编码的忠实性反映了氨酸生物合成径的相似性,非物理化学性质的相似性(进化假说,co-evolutionhypothesis)。谢平出,遗传密码子是生化系统的一部分,因此,必须与生化系统的演化相关联,而生化系统的核心是ATP,只有它能建立起核酸和蛋白质之间的联系(ATP中心假说,ATP-centrichypothesis)。
  原始的遗传密码可能比天简单得多,随着生命演化制出新的氨酸利用而令遗传密码变得复杂。虽然不少明这一观点,但详细的演化过仍在探索之中。经过自然选择,现时的遗传密码减了突变成的不良响。Knight等认为,遗传密码是由选择(selection)、历史(history)和化学(chemistry)三个因素在不同阶起作用的(综合进化假说)。
  ATP中心假说示意图
  其它假说:艾出了试选择(invitroselection)假说,奥格尔(LeslieEleazerOrgel)出了解码(decoding)机理起源假说,杜维(ChristiandeDuve)出了第二遗传密码(secondgeneticcode)假说。Wu等推测,三联体密码从两种型的双联体密码逐渐进化而来,这两种双联体密码是按照三联体密码中固定的碱置来划分的,包括前缀密码子(Prefixcodons)和后缀密码子(Suffixcodons)。不过,Baranov等推测三联体密码子是从长的密码子(如四联体密码子quadrupletcodons)演变而来,因为长的密码子有多的编码冗余从而能抵御大的突变压力。。
  响
  女性生育的时间与因存在关联。学家过发现定的因变异能够让生育长、年迟,从而使一些女性拥有高于人10%的生育率。Mills授和其他250员一起,过对33万男女生育息进行统计和分析,结发现因能够响一个人首性行为的时间,另外对首怀孕的年龄以年何时到来均有响[
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