六度分割
一、真核生物的基因结构特点
① 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。② 真核细胞DNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。③ 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。④ 真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。 ⑤ 在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因5'上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑RNA聚合酶与它的结合。
⑥ 真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋
白质，原核生物中不存在这样严格的空间间隔。
⑦ 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程（maturation and splicing），才能顺利地翻译成蛋白质。
二、真核生物的转录特点
原核生物中，密切相关的基因往往组成操纵子，并且以多顺反子mRNA的方式进行转录，整个体系置于一个启动子的控制之下。真核生物的DNA是单顺反子，很少有置于一个启动子的控制之下的操纵子。真核生物中许多相关的基因按功能成套组合，被称为基因家族（gene family）。
1、基因家族
一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因。可能由某一共同祖先基因(ancestral gene)经重复(duplication)和突变产生。 基因家族的特点： ①基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串联重复基因(tande mly repeated genes)，它们可同时发挥作用，合成某些蛋白质，如rRNA、tRNA和组蛋白的基因； ②有些基因家族的成员也可位于不同的染体上，这些不同成员编码一组功能上紧密相关的蛋白质，如珠蛋白基因； ③有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因 (Pseudogene)。假基因与有功能的基因同源，原来可能也是有功能的基因，但由于缺失，倒位或点突变等，使这一基因失去活性，成为无功能基因。与相应的正常基因相比，假基因往往缺少正常基因的内含子，两侧有顺向重复序列。人们推测，假基因的来源之一，可能是基因经过转录后生成的RNA前体通过剪接失去内含子形成mRNA，如果mRNA经反复转录产生cDNA，再整合到染体DNA中去，便有可能成为假基因，因此该假基因是没有内含子的，在这个过程中，可能同时会发生缺失，倒位或点突变等变化，从而使假基因不能表达。 1） 简单基因家族
2） 复杂基因家族
海胆，5个基因组成串联单位，可以重复1000次。串联单位中的每个基因分别被转录成单
顺反子RNA，这些RNA都没有内含子，而且各基因在同一条DNA链上按同一方向转录，每个基因的转录与翻译速度都受到调节。
3） 发育调控的复杂基因家族
在生物个体不同发育阶段，出现几种不同形式的α和β亚基。人的α－珠蛋白基因簇位于16号染体短臂上，其中ζ为胚胎期基因；β－珠蛋白基因簇位于11号染体短臂上，其中ε为胚胎期基因，Gγ和Aγ为胎儿型基因，δ和β为成人期基因。在每个基因家族中，基因排列的顺序就是它们在发育阶段的表达顺序。
原始珠蛋白大约产生于8亿年前，由单基因编码，现代珠蛋白基因家族是由同一个原始基因通过一系列重复、突变和转位演变而成的。随着物种的进化，动物的体积相对变大，对氧的需求量越来越大，在进化压力下，血红蛋白基因通过自发突变产生杂合基因，编码出对氧的结合和释放能力要大大高于单分子血红蛋白的四聚体。在哺乳动物的进化中，β链基因又发生突变和重复，形成了胎儿中的ε和γ型珠蛋白。胎儿血红蛋白对氧的亲和力比成人更大，因而利于胎儿得快速发育。
4） 假基因
1977年，G·Jacp在对非洲爪赡5SrRNA基因簇的研究后提出了假基因的概念，这是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同，但却不能合成出功能蛋白质的失活基因。假基因的发现是真核生物应用重组DNA技术和序列分析的结果。现已在大多数真核生物中发现了假基因，如Hb的假基因、干扰素、组蛋白、α球蛋白和β球蛋白、肌动蛋白及人的rRNA和tRNA基因均含有假基因。由于假基因不工作或无效工作，故有人认为假基因，相当人的痕迹器官，或作为后补基因。
除了多种多样的遗传缺陷外，大多数返座假基因具有以下4个较鲜明的特征：a) 完全缺失存在于功能基因中的间隔序列，即内含子序列；b) 假基因的序列只与功能基因转录产物的起点和终点之间的序列相似，而与其5’端调控序列无关。但是鼠Ψα3-珠蛋白假基因［7］，鼠促皮质素-β-脂蛋白前体假基因［8］、人免疫球蛋白ε及λΨ1假基因［9，10］是其中的例外；c) 假基因的3’末端紧接着有多聚腺嘌呤尾。以上3个特征明显提示这些序列是从成熟mRNA衍生而来，因此这类假基因又被称为处理后的假基因(图1)。d) 这类假基因的序列两端常被7～21bp的正向重复序列包围。这种正向重复序列也在snRNA假基因家族和AluⅠ家族中被发现，提示正向重复序列的产生可能是一种共同的插入机制的结果。
通过分析基因组序列发现，基因组中存在着与基因数量几乎相等的假基因，假基因是功能
基因的缺陷拷贝。在过去的几十年中，假基因一直被认为是分子化石，是进化中基因突变的遗迹。而2003年5月日本学者Hirotsune的报导第一次揭示了假基因的功能。
Hirotsune等人将果蝇的sex－lethal基因转移到小鼠体内，大多数小鼠表现正常，但有一个品系的小鼠在幼年期全部死亡。进一步研究发现，sex－lethal基因插入到makorin1－p1假基因中部，破坏了该假基因的转录。makorin1－p1是makorin1基因的假基因。如果将假基因makorin1－p1敲除，makorin1基因将被关闭。这说明，基因makorin1的表达受到其同源序列假基因的控制。
2、DNA水平调控
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1）染质结构影响基因转录
细胞分裂时染体的大部分到间期时松开分散在核内，称为常染质（euchromatin），染质常常会在特定的区域被解旋松弛，形成自由的DNA，DNA本身局部结构发生变化，导致结构基因暴露，促进转录因子与启动区DNA的结合，诱发基因转录。
松散的染质中的基因可以转录。染体中的某些区段到分裂期后不像其他部分解旋松开，
仍保持紧凑折叠的结构，在间期核中可以看到其浓集的斑块，称为异染质（hetrochromatin），其中从未见有基因转录表达。
原本在常染质中表达的基因如移到异染质内也会停止表达；哺乳类雌体细胞2条X染体，到间期一条变成异染质者，这条X染体上的基因就全部失活。可见紧密的染质结构阻止基因表达。
常染质(euchromatin) ：指间期核内染质纤维折叠压缩程度低, 处于伸展状态（典型包装率750倍）, 用碱性染料染时着浅的那些染质。
常染质是进行活跃转录的部位，呈疏松的环状，电镜下表现为浅染。并非所有基因都具有转录活性,常染质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件
异染质(heterochromatin)：指间期细胞核中, 折叠压缩程度高, 处于聚缩状态，碱性染料染时着较深的染质组分。
类型
结构异染质（或组成型异染质）(constitutive heterochromatin)
兼性异染质(facultative heterochromatin)
结构异染质，除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，形成多个染中心。
结构异染质的特征：
在中期染体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕 及染体臂的某些节段；
由相对简单、高度重复的DNA序列构成, 如卫星DNA；
具有显著的遗传惰性, 不转录也不编码蛋白质；
在复制行为上与常染质相比表现为晚复制早聚缩
兼性异染质在某些细胞类型或一定的发育阶段, 原来的常染质聚缩, 并丧失基因转录活性, 变为异染质，如X染体随机失活。
异染质化可能是关闭基因活性的一种途径。
▲DNase的敏感性和基因表达
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研究发现，活跃表达基因所在染体上一般含有一个或数个DNA酶Ⅰ超敏感位点，超敏感位点的产生可能什染质结构规律性变化的结果。正是这种变化，使DNA容易与RNA聚合酶和其它转录调控因子相结合，从而启动基因表达，同时更易于被核酸酶所降解。
当一个基因成为转录活性状态时，含有这个基因的染质区域对DNaseⅠ（一种内切酶）降解的敏感性要比无转发活性区域高得多。这是由于此区域染质的DNA蛋白质结构变得松散，DNaseⅠ易于接触到DNA之故。
一个很好的研究系统是鸡的珠蛋白和卵清蛋白系统。来自鸡胚红细胞的核中，珠蛋白的基因对DNaseⅠ的降解是敏感的，而编码卵清蛋白的基因在红细胞中是不表达的，它对DNaseⅠ的降解也是具有抗性的。相反，在母鸡输卵管细胞的核中，卵清蛋白的基因是具有转录活性的，但却不能产生珠蛋白的RNA，卵清蛋白基因的序列对DNaseⅠ 的降解要比珠蛋白基因的序列敏感得多。
很多实验得出的结论几乎都是有转录活性的基因对DNaseⅠ的敏感性增加，DNaseⅠ敏感区的范围随着基因序列的不同而变化，从基因周围几个Kb到两侧20Kb大小不等。
仔细分析具有转录活性基因周围的DNA区域，表明有一个中心区域存在，称为超敏感区域（hypersensitive region）或超敏感位点（hypersensitive site），它对DNaseⅠ是高敏感的。这些位点或区域将首先受到DNaseⅠ的剪切。由于对DNaseⅠ的敏感性反映了染质中DNA的有效性，我们将这些位点描述为染质中特殊DNA暴露区域，一般在转录起始点附近，即5′端启动子区域，少部分位于其它部位如转录单元的下游。
超敏感位点建立于转录起始之前，转录的诱导物除去后虽超敏感位点信然存在，但转录却很快停止，说明超敏感位点的存在是转录起始的必要条件，但不是充分条件。
超敏感位点是一段长200bp左右的DNA序列，这些区域是低甲基化区；并可能有局部解链的存在；不存在核小体结构或结构不同寻常，此区因DNA的裸露易和多种酶或特异的蛋白质结合，也就是说易于和反式作用因子结合。
2) DNA的甲基化和去甲基化
A日常型甲基化酶
在甲基化的DNA模板指导下使新合成的链甲基化。特异性很强，对半甲基化的DNA有较
高的亲和力，使新生的半甲基化DNA迅速甲基化，从而保证DNA复制及细胞分裂后甲基化模式不变。
B 从头合成型甲基化酶
无需模板指导完成甲基化修饰。不需要母链指导，但速度很慢。
C在一些不表达的基因中，启动区的甲基化程度很高，而处于活化状态的基因则甲基化程度较低。
现以卵黄原蛋白Ⅱ基因为例来说明这个问题。卵黄蛋白并非在卵母细胞或受精卵中合成的，而是在成熟的雌性动物肝中先合成卵黄蛋白原（vetellogenin），然后分泌到血液中，再运送到卵巢。发育中的卵（卵母细胞）选择性地将卵巢中的卵黄蛋白原加以吸取，再切割，装配成卵黄蛋白。雄性动物也有卵黄蛋白原基因，但不能表达。PL2303这是因为缺乏雌激素之故。其分子机制仍和甲基化有关。鸡的卵黄蛋白原基因的5′调节区有4个CpG位点（图18-43），C，D位点是雌二酮受体蛋白复合物的结合部位。在雌激素处理后，在-612（C）的HpaⅡ位点处于低甲基化。歌剧伤逝在红细胞DNA的上面一股链上4个位点全部甲基化，下
股链只有50%甲基化，但经雌二酮处理后数小时内甲基化的形式发生急剧变化，上股链中4个位点全部去甲基化，与卵黄蛋白原mRNA相吻合，而另一股键上4个位点滞后24小时才去甲基化，这就是在肝细胞中卵黄蛋白原基因中的5′端调节区有部分半甲基化位点，而雌激素的处理只引起其中一条链迅速地去甲基化，另一条链暂时仍保持本甲基化状态，所以此基因在雄体中处于甲基化状态，没有活性。
酶对CpG狸御殿位点的甲基化是有选择的，例如小鼠β-珠蛋白基因5′侧翼有5个CpG位点，其中4个较集中。用纯化的DNA甲基转移酶在体外处理这段序列，结果各位点的甲基化程度各不相同，有的不发生甲基化，有的甲基化不明显，有的稍有甲基化，有的大量甲基化，无论是诱导的还是未诱导的细胞；无论是纯化酶，还是粗制酶都一样。表明还有其它的选择因素存在。
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