基因沉默實驗

簡要描述：基因沉默實驗是指細胞內特定基因的表達被抑制或關閉的現象，通常發生在轉錄或轉錄后水平。常見的機制包括DNA甲基化、組蛋白修飾以及RNA干擾（如siRNA和miRNA介導的mRNA降解或翻譯抑制）。基因沉默在調控基因表達、維持基因組穩定性、細胞分化以及防御病毒等方面具有重要作用，同時也與某些疾病的發生發展密切相關。

更新時間：2025-07-10
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一、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：

非破壞性：基因結構保持完整，外部機制阻斷其表達流程。
可逆性：沉默狀態可通過環境或細胞信號解除。
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、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：

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。

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。

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：

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。

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

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

抗病毒：植物通過PTGS降解病毒RNA，如番茄抗煙草花葉病毒。
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

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）。
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

疾病類型	沉默機制	后果	實例
癌癥	抑癌基因（如p53）甲基化	細胞無限增殖	結直腸癌中MLH1基因沉默
神經退行疾病	致病蛋白基因RNAi失效	毒性蛋白累積	Huntington病中突變HTT表達
自身免疫病	免疫調節基因異常沉默	免疫系統過度激活	紅斑狼瘡中CDKN1B沉默

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基因沉默實驗

一、定義與核心概念

二、分子機制分類

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

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

三、生物學意義與生理功能

（一）防御機制

（二）發育與分化調控

（三）疾病關聯

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