分子遗传诊断范文

分子遗传诊断范文（精选7篇）

分子遗传诊断 第1篇

关键词：角膜营养不良,分子遗传学,诊断

角膜营养不良是一组少见的、双眼对称性发病的遗传性疾病,角膜异常物质沉积是其病理组织学特征。位于染色体5q31上的TGFBI基因(transfroming growth factorβ-induced gene),是第一个被确定的角膜营养不良的致病基因[1]。共包含17个外显子,其中第4,11,12,14外显子被认为是突变热点[2,3]。到目前为止,与其相关的角膜营养不良有:格子状角膜营养不良,颗粒状角膜营养不良,Avellino角膜营养不良,Thiel-Behnke(TBCD)角膜营养不良和Reis-Bückler(RBCD)角膜营养不良。由于各角膜营养不良家系间与家系内表现型存在不同程度的差异,有时很难通过临床表现对角膜营养不良进行临床诊断和分类,尤其对于不典型患者,更易造成诊断上的混淆。本研究中,我们对Avellino角膜营养不良、颗粒状和疑似RBCD角膜营养不良患者进行分子遗传学研究,探讨分子遗传学在角膜营养不良临床诊断中的应用。

1 对象与方法

1.1 对象

2006年4月至2008年6月在我院眼科门诊收集角膜营养不良患者8例,所有患者均进行了详细的眼科临床检查,包括:视力、裂隙灯显微镜检查、眼前段照相和检眼镜检查等。其中临床诊断为颗粒状角膜营养不良(granular corneal dystrophy, GCD)3例,Avellino角膜营养不良(Avellino corneal dystrophy,ACD)4例,疑似Reis-Bückler角膜营养不良(Reis-Bückler corneal dystrophy, RBCD)1例。同时随机选取50例正常人作为对照。临床资料见表1。

1.2 方法

1.2.1 提取DNA

在获得被采血人书面签字同意后,抽取所有受试者外周静脉血10 mL,乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝,DNA提取试剂盒(TIANampo Blood DNA Kit;中国TIANGEN公司)提取DNA,紫外分光光度计定量。

1.2.2 聚合酶链反应

采用聚合酶链反应(PCR)对TGFBI基因的第4、11、12、14外显子进行扩增[4]。特异性引物均由上海生工生物公司合成,引物序列见表2。PCR循环条件:95 ℃预变性5 min之后,进入第二阶段:94 ℃变性30 s,退火30 s,不同引物退火温度不同,详见表1,72 ℃延伸45 s共35个循环,最后72 ℃总延伸7 min结束。把PCR产物用1.5%琼脂糖电泳30 min,暗箱式紫外透射仪中成像检测。

1.2.3 PCR产物的提纯和序列分析

琼脂糖下凝胶电泳确认PCR产物后,应用PCR产物提纯试剂盒(TIANgel Midi Purification Kit;中国TIANGEN公司)对PCR产物进行提纯,而后送上海英俊生物技术有限公司(invitrogen),应用美国ABI公司的100型测序仪进行双向测序。随后将测序结果与GenBank中的原始序列进行BLAST比对,同时对所得到的序列图谱进行分析,以确定是否存在基因突变。

2 结果

2.1 TGFBI基因突变研究结果

本研究中所有患者和正常对照均进行正反双向测序。其中8例角膜营养不良患者共检测到三种TGFBI基因突变类型,分别是R555W(CGG/TGG),R124H(CGC/CAC)和G623D(GGC/GAC)突变,而正常对照未检测到这些突变存在。

2.2 以分子遗传学为基础的临床诊断

通过对8例角膜营养不良患者的基因突变分析,参照各类角膜营养不良的主要TGFBI基因突变类型,以分子遗传学为基础的临床诊断分别为:患者1—2为颗粒状角膜营养不良,患者3—7为Avellino角膜营养不良,患者8为不典型的Reis-Bückler角膜营养不良。

3 讨论

角膜营养不良是一组双眼对称性发病的遗传性疾病,角膜异常物质沉积是其病理组织学特征。TGFBI基因是由Skonier等[5]在1992年通过培养由TGF-β诱导的人肺腺癌细胞(A549)中分离得到的,并将此基因定位于人染色体5q31。TGFBI基因包含17个外显子,编码一个由683个氨基酸组成的蛋白质,Munier等[2]将其称为角膜上皮蛋白,即KE (keratoepithelin)。到目前为止,共有4种不同类型的角膜营养不良与其相关,主要累及Bowman’s层或角膜基质层。与TGFBI基因相关的角膜营养不良在我国较为常见,临床表型多样并具有一定的遗传异质性,所以分子遗传学分析可以帮助临床医生进一步明确疾病的诊断和分类。

通过对角膜营养不良的TGFBI基因突变分析,发现许多常见的与不同类型角膜营养不良相关的TGFBI基因突变类型,且在不同的种族中均有报道[6,7,8,9,10,11]:如 TGFBI蛋白R555W点突变主要引起颗粒状角膜营养不良,R124H点突变引起Avellino角膜营养不良,R124C点突变引起I型格子状角膜营养不良,R555Q和R124L点突变引起Reis-Bückler角膜营养不良等。其中TGFBI蛋白R555W和R124H点突变并不存在于其他类型的角膜营养不良。

Avellino角膜营养不良在我国较为常见,患者大都10～20岁发病,家系间或家系内表现型存在着很大的差异,裂隙灯下角膜基质层可同时出现颗粒样和格子状沉积物。尤其在发病早期,临床表现与颗粒状角膜营养不良相似,沉积物均呈颗粒状,所以临床上易误诊为颗粒状角膜营养不良。本研究中患者3依据裂隙灯检查诊断为颗粒状角膜营养不良,通过分子遗传学研究,发现R124H点突变,因此其临床诊断应为Avellino角膜营养不良。由此可见基因检测将可帮助临床医生进一步明确诊断和分类。

虽然TGFBI突变基因型与表现型之间有较好的关联度。但有时同一突变位点也可导致不同类型的角膜营养不良[12,13,14]。如本研究所发现的G623D突变基因型,与G623D基因型相关的表型见表3。

本研究中疑似RBCD患者虽发病年龄较晚,但裂隙灯检查并未发现格子状线条沉积,双眼呈对称性发病,反复发作的角膜上皮糜烂和角膜前基质的地图状混浊符合RBCD的临床诊断。通过进一步分子遗传学分析,发现TGFBI蛋白G623D突变,综合分析,我们将其诊断为临床表现不典型的RBCD。

遗传的分子基础 第2篇

(一) 肺炎双球菌转化实验

例1 下图表示格里菲思所做的肺炎双球菌转化实验的部分实验过程, S型菌有荚膜且具有毒性, 能使人患肺炎或使小鼠患败血症, R型菌无荚膜也无毒性。 有关说法错误的是 ( )

A.与R型菌混合前必须将S型菌慢慢冷却

B.无毒的R型菌转化为有毒的S型菌属于基因重组

C.该转化实验不能证明DNA是遗传物质

D.S型菌的DNA能抵抗机体的免疫系统, 从而引发疾病

【解析】与R型菌混合前必须将S型菌慢慢冷却, 以防止高温杀死R型菌;S型菌的DNA进入R型菌中, 使R型菌有毒性, 实际上就是外源基因整合到受体DNA上并得以表达的过程, 该过程属于基因重组;该转化实验只能证明加热杀死的S型菌中存在某种 “转化因子”;由于S型菌有荚膜, 进入吞噬细胞后, 受荚膜的保护, 能抵抗吞噬细胞的吞噬和消化, 从而迅速增殖、扩散, 引发疾病。

【答案】D

【知识整合】 (1) R型与S型细菌的判断:①利用注射法, 通过观察小鼠的生活情况来判断;②显微镜下通过观察细菌有无荚膜来判断;③在固体培养基中培养, 通过观察菌落的特征来判断。

(2) 肺炎双球菌转化实验中的对照分析:

在格里菲思的体内转化实验中, “加热杀死的S型细菌+R型细菌+小鼠组”为实验组, 其他组别均为对照组;在艾弗里的体外转化实验中, “S型细菌的DNA+R型细菌组”为实验组, 其他组别均为对照组, 其中“S型细菌的蛋白质 (或多糖) +R型细菌组”为条件对照组, “S型细菌的DNA+DNA酶+R型细菌组”为空白对照组。

(3) 肺炎双球菌转化实验的结论:

体内转化实验证明了加热杀死的S型细菌中存在某种“转化因子”;体外转化实验证明了DNA是转化因子, 即DNA是遗传物质。

(二) 噬菌体侵染细菌实验

例2 1952年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的功能, 有关分析错误的是 ( )

A.实验过程中离心的目的是使噬菌体与细菌分离

B.可以用同位素标记法获得32P和35S同时标记的噬菌体进行实验

C.该实验说明噬菌体的DNA进入到了大肠杆菌内, 从而证明了DNA是遗传物质

D.用35S标记噬菌体的侵染实验中, 沉淀物中出现少量放射性的原因可能是搅拌不充分

【解析】只能用标记的大肠杆菌来培养噬菌体, 从而使噬菌体获得标记;由于检测放射性同位素的仪器只能检测出某部位有无放射性, 而不能检测出具体是何种元素的放射性, 因此要用32P和35S分别标记噬菌体。用35S标记噬菌体侵染细菌的实验中, 沉淀物中出现少量放射性的原因可能是搅拌不充分, 使少量含35S标记的噬菌体蛋白质外壳残留在细菌表面。

【答案】B

【知识整合】1.实验过程中搅拌和离心的作用:搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌表面的噬菌体外壳从大肠杆菌上脱落下来;离心的目的是使噬菌体及其外壳与大肠杆菌分离。

2.上清液和沉淀物中的放射性分析:

(1) 用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌, 上清液中有放射性的原因:

①保温时间过短, 有一部分噬菌体未侵染到大肠杆菌细胞内, 经离心后分布于上清液中;②保温时间过长, 噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代, 经离心后分布于上清液中。

(2) 用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌, 沉淀物中有少量放射性的原因:可能由于搅拌不充分, 有少量35S标记的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面, 随细菌离心到沉淀物中。

二、相关过程

(一) DNA分子的复制过程

例3 下列关于DNA复制的叙述, 正确的是 ( )

A.DNA复制时, 两条脱氧核苷酸链均可作为模板

B.DNA分子复制所生成的两条子链互补且方向相同

C.DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制

D.脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链

【解析】DNA是以两条脱氧核苷酸链作为模板进行复制的。DNA分子复制所生成的两条子链互补但方向相反。DNA分子边解旋边复制。脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶的作用下才能连接形成子链。

【答案】A

【知识整合】DNA分子的复制过程 (如下图所示) :

过程解读:

(1) DNA的复制包括解旋、合成子链、形成两个新的DNA分子三步。

(2) 图示箭头表示DNA子链的合成方向, 即5′端→3′端, 因为DNA聚合酶只能从引物的3′端开始拼接单个脱氧核苷酸。

(3) 体内复制需要多种引物, 且引物为RNA单链。

(4) 两条子链的合成:一条是连续复制, 另一条是不连续复制。

(5) 复制特点:①从过程上看:边解旋边复制, 多起点双向复制;② 从结果上看:半保留复制。

(6) 复制的条件:模板 (DNA的2条单链) 、酶 (解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等) 、能量 (ATP) 、引物、原料 (4种脱氧核苷酸) 等。

(二) 转录过程

例4 下图为某真核生物细胞内进行的遗传信息流中的一个 “环节”, 有关描述错误的是 ( )

A.图中所示的遗传信息流称为转录

B.该过程中DNA链是先解旋后螺旋, 而杂交链是先螺旋后解旋

C.图中RNA链的合成方向是从3′端到5′端

D.DNA-RNA杂合链中存在的碱基配对种类可能有3种

【解析】有RNA聚合酶参与的信息传递过程应为转录过程, A项正确;从图中信息可知, 转录过程中杂交链是先螺旋后解旋, B项正确;RNA聚合酶能将游离的核糖核苷酸从RNA的3′端连接到RNA链上, 因此RNA链的转录方向是从5′端到3′端, C项错误;DNA-RNA杂合链存在的碱基配对种类有A-U、T-A、C-G 3种, D项正确。

【答案】C

【知识整合】转录的过程 (如下图所示) :

过程解读:

(1) 转录是以DNA分子的一条链为模板, 合成RNA的过程。

(2) 图示中箭头表示RNA聚合酶的移动方向, 即转录方向。

(3) 转录需要解旋, 但不需要专门的解旋酶, 因为RNA聚合酶本身具有解旋功能。

(4) 转录的产物:mRNA、tRNA、rRNA。

(5) 在DNA双链中, 每个基因的模板链并不总是在同一条链上。

(6) 在真核细胞中, 转录形成的mRNA需要进行加工处理。

(7) 在一个细胞周期中, DNA分子复制一次, 但可以转录多次, 从而形成多个相同的RNA分子。

(三) 翻译过程

例5 右图是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图, 下列叙述正确的是 ( )

A.图中结构含有核糖体RNA

B.甲硫氨酸处于图中的位置

C.密码子位于tRNA的环状结构上

D.mRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类

【解析】图示为翻译过程, 图中结构含有mRNA、tRNA、rRNA, A项正确;甲硫氨酸的密码子是起始密码子且甲硫氨酸位于第一位, 并不是图中的位置, B项错误;密码子位于mRNA上, C项错误;由于密码子的简并性, mRNA上碱基改变不一定导致肽链中氨基酸种类的改变, D项错误。

【答案】A

【知识整合】翻译的过程 (如下图所示) :

过程解读:

(1) 翻译是指在细胞质中的核糖体上, 以mRNA为模板, tRNA为工具, 将氨基酸合成多肽的过程。

(2) 图1表示在1个核糖体中进行的翻译过程;图2表示1个mRNA分子上可相继结合多个核糖体, 同时合成多条肽链的过程。

(3) 图1和图2中箭头表示核糖体移动方向, 即翻译方向。

(4) 图1和图2中每个核糖体合成一条完整的多肽链。图2中最终合成的多肽链的氨基酸排列顺序相同。

(5) 翻译过程中核糖体沿着mRNA移动, 读取下一个密码子, 但mRNA不移动。

(6) 1个核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点。

(四) 基因控制蛋白质的合成过程

例6 下图表示生物体内基因控制性状的流程, 相关分析正确的是 ( )

①过程Ⅰ 需要DNA双链为模板、四种核糖核苷酸为原料

②过程Ⅰ和Ⅱ中分别有三种和两种碱基互补配对方式

③mRNA改变, 一定会导致蛋白质改变, 从而使性状发生改变

④过程Ⅲ可以表示酪氨酸酶与人类肤色的关系

A.①②B.①③

C.②④D.③④

【解析】过程Ⅰ是以DNA分子的一条链为模板, ①错误;在过程Ⅰ (转录) 中有A与U、T与A、C与G三种碱基互补配对方式, 在过程Ⅱ (翻译) 中有A与U、G与C两种碱基互补配对方式, ②正确;由于一种氨基酸可以由多种密码子控制, 故当mRNA改变时, 生物的性状不一定发生改变, ③错误;过程Ⅲ表示蛋白质体现生物性状。基因通过控制酶的合成来控制代谢过程, 进而间接控制生物性状, 此外, 基因也可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状, ④正确。

【答案】C

【知识整合】“中心法则”的过程 (如下图所示) :

过程解读:

(1) 图中的a表示DNA的复制;b表示转录;c表示翻译;d表示逆转录;e表示RNA的复制。

(2) 实线 (a→b→c) 表示具有细胞结构的生物中发生的遗传信息流。虚线表示某些病毒中发生的遗传信息流。例如, RNA的复制发生在RNA病毒中, 逆转录发生在某些致癌病毒中。

三、相关计算

(一) 碱基互补配对原则的计算

例7 有一个DNA分子含1 000 个脱氧核苷酸, 共有1 200个氢键, 则该DNA分子中含有胞嘧啶脱氧核苷酸的个数为 ( )

A.150个B.200个

C.300个D.无法确定

【解析】1 000个脱氧核苷酸可组成500个碱基对, 假设均为A-T碱基对, 则有1 000个氢键, 现有1 200个氢键, 比假设多出200 个, 而G-C碱基对比A-T碱基对多1个氢键, 因此, G-C碱基对有200个。

【答案】B

【知识整合】 (1) 碱基互补配对原则:A与T、G与C、A与U。

(2) A与T之间、A与U之间有2个氢键, G与C之间有3个氢键, 故在DNA分子中碱基G与C所占比例越高, DNA分子结构越稳定。

(3) 碱基互补配对原则的规律:

规律 ①:一个双链DNA分子中, A=T、C=G、A+G=T+C, 即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。

规律②:在双链DNA分子中, 配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等。

(二) DNA复制过程中的相关计算

例8 已知某DNA分子共含有1 000 个碱基对, 其中一条链上A∶G∶T∶C=l∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制2 次, 共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸 ( ) 个

A.600个B.900个

C.1 200个D.1 800个

【解析】由题意可知, DNA的一条链上鸟嘌呤占2/10、胞嘧啶占4/10, 故DNA分子中鸟嘌呤和胞嘧啶占有的量分别是1 000×2/10=200个和1 000×4/10=400 个。由此得出该DNA分子中鸟嘌呤有600个。复制2次形成4个DNA分子, 其中从总量上看有1个DNA分子相当于原来的DNA分子, 故有3个DNA分子需要新的鸟嘌呤脱氧核苷酸, 即共需要3×600=1 800个鸟嘌呤脱氧核苷酸。

【答案】D

【知识整合】DNA复制的计算规律:

DNA分子的复制为半保留复制, 若将一个被15N标记的DNA分子转移到含14N的培养基中培养 (复制) 若干代, 其结果分析如下:

(1) 子代DNA分子数:2n个。

①无论复制多少次, 含15N的DNA分子始终是2个。

②含14N的DNA分子有2n个, 只含14N的DNA分子有 (2n-2) 个, 做题时应看准题目要求是“含”还是“只含”。

(2) 子代DNA分子的总链数:2n×2=2n+1条。

①无论复制多少次, 含15N的链数始终是2条。做题时应看准题目要求是“DNA分子数”还是“链数”。

②含14N的链数是 (2n+1-2) 条。

(3) 消耗的脱氧核苷酸数:若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个, 则经过n次复制后需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m × (2n-1) 个。

(三) 基因控制蛋白质合成过程中的计算

例9 假设有一段mRNA上有60 个碱基, 其中A有15 个, G有25 个, 那么转录该mRNA的DNA分子区段中, “C+T”的个数以及该mRNA翻译成的蛋白质所需氨基酸的个数分别是 (不考虑终止密码子) ( )

A.60、20 B.80、40

C.40、20 D.40、30

【解析】在DNA分子中, 嘌呤碱基总数 (A+G) =嘧啶碱基总数 (C+T) =总数/2。由于mRNA是以DNA分子的一条链为模板合成的, 即mRNA分子中碱基数等于DNA分子中碱基总数/2, 故DNA分子中C+T=60个。mRNA上的3个相邻碱基决定一个氨基酸, 故该mRNA翻译成的蛋白质中有20个氨基酸。

【答案】A

【知识整合】转录、翻译过程中碱基数目和氨基酸数目的关系:

基因中碱基数∶mRNA中碱基数∶多肽链中氨基酸数=6∶3∶1。

四、相关比较

(一) DNA体内复制与体外复制 (PCR技术) 的比较

例10 下列有关DNA体内复制与利用PCR技术扩增DNA的比较正确的是 ( )

A.二者均需要解旋, 且断裂的化学键均为磷酸二酯键

B.二者合成子链的方向相同, 均从5′端→3′端

C.二者均需要引物的参与, 且引物的种类和数量相同

D.二者遵循的碱基互补配对方式相同, 且均需要ATP提供能量

【解析】DNA解旋时断裂的是氢键, A项错误;由于DNA聚合酶只能从引物的3′端开始拼接单个脱氧核苷酸, 故子链的合成方向为5′端→3′端, B项正确;DNA体内复制的引物为RNA单链, 且需要多种;PCR技术中引物为DNA单链, 且只需要2种, C项错误;由于引物种类不同, 故碱基互补配对方式也存在差异, 且PCR技术中不需要ATP提供能量, D项错误。

【答案】B

【知识整合】DNA体内复制与体外复制 (PCR技术) 的比较:

(二) 密码子与反密码子的比较

例11 下列有关密码子和反密码子的表述正确的是 ( )

A.决定氨基酸的密码子有61 种, 也就决定了tRNA只有61种

B.同一种密码子 (如CUA) 在动植物细胞中可以决定不同的氨基酸

C.一种氨基酸只能由一种密码子决定

D.反密码子由遗传信息决定, 存在于mRNA上

【解析】密码子有64种, 其中有3种为终止密码子, 不决定氨基酸, 故决定氨基酸的密码子有61种, 这样也决定了携带氨基酸的tRNA只有61种;同一个密码子在不同生物细胞中决定着同一种氨基酸;一种氨基酸可以由多种密码子决定;反密码子存在于tRNA上。

【答案】A

【知识整合】 (1) 遗传信息、密码子、反密码子的位置关系, 可用下图表示:

(2) 氨基酸与密码子、反密码子的数量关系:

①每种氨基酸对应一种或几种密码子 (密码子的简并性) , 可由一种或几种tRNA转运。

②一种密码子只能决定一种氨基酸, 一种tRNA只能转运一种氨基酸。

③密码子有64种 (其中有3种为终止密码子, 不决定氨基酸;决定氨基酸的密码子有61种) ;反密码子理论上有61种。

(3) DNA分子中碱基、密码子、反密码子的互补关系 (见上图) , 即DNA两条链之间的碱基为互补关系;DNA模板链与密码子之间的碱基为互补关系;密码子与反密码子之间的碱基为互补关系。

(三) 有关酶的比较

例12 下列关于酶的功能或应用的表述, 正确的是 ( )

A.①④B.②③

C.①③D.②④

【解析】DNA连接酶的作用是连接断开的DNA片段间的磷酸二酯键;DNA聚合酶的作用是将单个的脱氧核苷酸添加到已存在的核酸片段的3′端羟基上, 形成磷酸二酯键。

【答案】A

【知识整合】信息传递和表达过程中的有关酶:

(1) 解旋酶:在DNA复制时, 使碱基对之间的氢键断裂, 两条链解开;

(2) DNA聚合酶:在DNA复制时, 将单个的脱氧核苷酸添加到已有的DNA片段上;

(3) DNA连接酶:在DNA复制时, 将两个断开的DNA分子片段连接成DNA分子;

(4) RNA聚合酶:催化转录过程, 将单个的核糖核苷酸连接成RNA单链;

(5) 逆转录酶:催化逆转录过程, 将某些RNA病毒在宿主细胞内利用的宿主细胞的脱氧核苷酸合成DNA。

注:DNA聚合酶、DNA连接酶、RNA聚合酶以及逆转录酶作用的化学键均为磷酸二酯键。

【同步训练】

1.有关肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验, 下列叙述中正确的是 ( )

A.R型菌与S型菌的DNA混合培养, R型菌都能转化为S型菌

B.噬菌体吸收和利用培养基中含有35S的氨基酸从而被标记

C.肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物质

D.肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验的思路相同但实验技术不同

2.有关真核细胞DNA分子结构和复制的叙述正确的是 ( )

A.每个双链DNA分子中含有4个游离的磷酸基团

B.DNA单链上相邻碱基G与C之间通过3个氢键连接

C.DNA复制产生的2条子链反向平行

D.DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接

3.下列有关基因表达过程中tRNA的叙述正确的是 ( )

A.一种氨基酸可以由多种tRNA转运

B.由于一种tRNA只能转运一种氨基酸, 故细胞中有20种tRNA

C.真核生物的tRNA呈三叶草结构, 含有2个游离的磷酸基团

D.tRNA上的反密码子携带了氨基酸序列的遗传信息

4.关于转录和翻译的叙述, 正确的是 ( )

A.转录时以脱氧核糖核苷酸为原料

B.转录时DNA聚合酶能识别DNA中特定的碱基序列

C.mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质

D.不同密码子编码同种氨基酸可增强密码子的容错性

5.一个双链DNA分子片段中有200个碱基对, 其中腺嘌呤有90个, 则在这个片段中游离的磷酸基团的数目和氢键的数目依次为 ( )

A.200个和400个

B.2个和510个

C.2个和400个

D.400个和510个

6.大多数生物的翻译起始密码子为AUG或GUG。在下图所示的某mRNA的部分序列中, 若下划线“0”表示的是一个决定谷氨酸的密码子, 则该mRNA的起始密码子可能是 ( )

A.1 B.2 C.3 D.4

7.图1为真核生物染色体上部分DNA分子复制过程的示意图, 图2为拟核或质粒复制过程的示意图。 下列相关叙述中, 错误的是 ( )

A.从图1 中可以看出, DNA复制具有多起点、边解旋边复制等特点

B.图1和图2中碱基互补配对方式相同, 即A与T、C与G配对

C.生活的细胞中均可发生图1 或图2 所示的过程

D.图2 中实际复制时间减半是由于该DNA从1个起点开始进行双向复制

8.下图表示某生物细胞内发生的一系列生理变化, 其中a为DNA分子某区段, b为DNA和mRNA杂交区段。请据图分析, 下列有关叙述正确的是 ( )

A.图示为转录、翻译的过程

B.图示过程依次在细胞核和细胞质中进行

C.以该mRNA为模板可以合成多条不同的多肽链

D.a、b区段碱基配对的方式完全不同

9.下图表示真核细胞内遗传信息传递的转录过程。请据图回答下列问题:

(1) 该过程主要发生在________ (填场所) 中;密码链与mRNA相比, 二者除________碱基不同外, 其余碱基序列均相同。

(2) 在转录过程中需要解旋, 但不需要专门的解旋酶, 因为________酶本身具有解旋作用。

(3) 从图示可知, 同一个DNA分子中, 不同基因的模板链________ (填 “不同”或 “相同”) , 但mRNA的合成方向都是从________ (填“5′→3′”或“3′→5′”) 。

(4) 人体不同组织细胞的相同DNA进行转录时的起点不完全相同, 原因是________。

(5) 在一个细胞周期中, 可以多次转录, 其意义是________。

10.肺炎双球菌的转化实验是科学家研究并确定遗传物质的经典实验。 请回答下列问题:

(1) 体内转化实验中涉及的S型细菌和R型细菌可以通过观察培养基上的菌落来区分, 区分的依据是________________。

(2) 艾弗里的实验中设置 “DNA+DNA酶”这一组实验的目的是________。

(3) 转化的实质是________ (填“基因突变”或“基因重组”) 。

(4) 将加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合后, 注射到小鼠体内, 两种细菌的含量变化如右图所示。从免疫学角度解释:曲线ab段下降的原因是________;曲线bc段上升的原因是________。

【参考答案】

1.D 2.C 3.A 4.D 5.B 6.B 7.C8.A

9. (1) 细胞核T、U (2) RNA聚合 (3) 不同5′→3′ (4) 基因的选择性表达 (5) 在单位时间内, 可产生大量的mRNA以快速合成大量的蛋白质

分子遗传标记及其在畜禽育种中应用 第3篇

1 RFLP标记

RFLP标记是发展最早的DNA标记技术, 具有操作简便快捷、所用引物较短 (通常为10个碱基) 、引物来源丰富而广泛、无需知道引物和模板DNA的序列、相同引物可以用于不同动物的基因组DNA多态性检测、材料面广、样品用量少、灵敏度高等特点, 目前已应用于畜禽群体遗传结构的分析。

1993年我国科学家构建了国际上第一张也是最大的鸡RAPD遗传图谱。S.Hiendleder等利用RFLP技术对绵羊线粒体DNA (mt DNA) 进行研究。结果发现, 世界范围内的绵羊存在2种类型, 称为野生型和突变性, 并且存在于品种内和品种间。

2AFLP标记

1993年由荷兰科学家Zabeau等创建的AFLP分子标记技术, 是利用PCR技术检测DNA多态性的一种新方法。AFLP的基本原理是对基因组总DNA酶切后经PCR技术进行选择性扩增。AFLP有这样一些特点: (1) DNA需要量少; (2) 多态性丰富, 可重复性好; (3) 样品适应性广, 结果稳定性好。

AFLP标记目前在动物的遗传多样性分析和品种鉴定等方面独具优势, 尤其是适于对遗传多样性较贫乏的近缘品种 (系) 、濒危品种及遗传背景了解极少的种群的遗传分析。高玉时等利用AFLP标记对我国12个地方鸡种和引进鸡种隐性白羽鸡进行了遗传检测, 结果表明AFLP指纹用于我国地方鸡种的遗传多样性分析、品种鉴定及品种间亲缘关系分析是可行的。

3微卫星 (Microsatellite) 标记

微卫星标记是一类由几个核苷酸 (一般不超过4个) 为重复单位组成的长达几十个核苷酸的串联重复序列, 也称之为简单重复序列, 短串联重复序列或简单序列长度多态性。与传统的标记方法相比, 微卫星标记, 因其高度的多态性、广泛而又随机地分布于整个基因组以及共显性遗传的特点, 目前已经成为群体遗传结构、遗传多样性研究中的最普遍最有效的工具之一。

微卫星多态性分析在畜禽遗传多样性评估、品种资源的分类和保存等方面发挥着重要作用。Berthouly等基于22个微卫星标记分析了欧洲和亚洲鸡种的遗传多样性, 并与欧洲AVIANDIV项目所使用的14个微卫星标记的结果作了比较, 结果表明AVIANDIV的框架适用于本地品种的遗传多样性研究。孙允动利用27个微卫星标记对山东4个地方山羊品种进行了遗传多样性评价, 得出4个品种杂合度较低, 近交情况比较严重的结论。赵艳红利用30个微卫星标记检测了内蒙、辽宁地区的山羊品种遗传多样性。结果表明, 所分析的6个山羊品种的亲缘关系较近。4SNP标记

能够检测出单核苷酸差异的方法均可用SNP分析。SNP是指基因组中DNA某一特定核苷酸在位置上存在置换、插入、缺失等变化, 且其中至少有一种等位基因在群体中突变频率不少于1%。SNP是目前最有发展前途的一类新型DNA标记, 为DNA芯片技术应用于遗传作图提供了基础。

SNP标记具有双等位基因的特点, 目前正广泛地应用于畜禽重要经济性状研究领域, 有目的的导入有利基因或剔除有害基因, 拓宽或拓新畜禽的经济用途, 提高生产性能。在鸡生长、肉质等经济性状上, 陈宽维等检测了尤溪麻鸡、鹿苑鸡和隐性白羽鸡的A-FABP基因第85和1805位点的遗传变异, 为进一步分析A-FABP基因的遗传变异与肌内脂肪含量的关系及该分子标记在育种计划中的应用奠定了基础。孙文浩等分析了对鸡肉质和风味有重要作用的Myf6基因的遗传效应, 结果发现该基因多态性对鸡的肌纤维密度和直径以及部分胴体性状均产生一定的遗传效应。

5线粒体DNA标记 (mt DNA)

自20世纪60年代, Nass M和Nass S在鸡胚中通过电镜证实了线粒体内存在遗传物质即线粒体DNA以来, 很多学者对mt DNA进行了大量的研究, 很多种动物的mt DNA的全序列已经全部测定。mt DNA在种间、种内群体间和群体内具有广泛的多态性, 在分子进化和系统发育中有许多独特的优越性, 作为有用的遗传标记已广泛应用在畜禽的遗传育种中。

Liu等利用mt DNA高变区分析了日本斗鸡和中国斗鸡的起源关系, 验证了日本斗鸡具有双重起源, 即起源于中国和东南亚, 但也不排除其独立起源于中国的可能。黄勇富等用24种限制性内切酶分析21个地方猪品种、1个引入品种和2个野猪的mt DNA, 7种内切酶检测到多态性, 得到32种限制性态型, 我国地方猪品种的遗传多样度仅为0.007%, 结果表明中国地方猪种遗传多样性非常贫乏, 提示中国地

无公害蛋鸡生产, 是指在蛋鸡生产的全过程中实行质量控制, 达到最终产品符合国家无公害食品标准和规范, 经专门机构按照国家相关规定认定和认证, 许可使用无公害农产品标识的产品。无公害蛋鸡生产包括鸡场的环境、蛋鸡引种、饲料使用、饮用水水质、兽药使用、卫生防疫、饲养管理等生产技术环节。

1 鸡产地环境

产地环境是实施无公害农产品生产的首要因素, 只有产地环境的水、大气、土壤、建筑物、设备等符合无公害生产要求, 才能从源头上保证产品无公害。无公害蛋鸡生产的前提是产地环境首先必须通过无公害认定, 认定的产地要具有明确的区域范围和一定的生产规模, 并符合无公害产地环境标准, 即符合《畜禽场环境质量标准》 (NY/T388) 和《无公害食品产地环境评价准则》 (NY/T5295) 、《无公害食品产地认定规范》 (NY/T5343) 等。

1.1 场址

应在政府规划区域内, 地势高燥、采光充足和排水良好、隔离条件好的区域。周围3~5 km内无大型化工厂、矿厂等污染源及其他畜牧场、垃圾处理场、污水处理池等;距离干线公路、村和镇居民点至少1 km以上。不应建在饮用水源、食品厂上游。

1.2 水

蛋鸡场饮用水须采取经过集中净化处理后达到《畜禽饮用水质量标准》 (NY5027) 的水源。与水源有关的地方病高发区, 不得作为无公害蛋鸡生产地。

1.3 土壤

土质良好, 无或不直接接受工业

收稿日期:2009-10-27

方猪种可能起源于一个野猪亚种。

分子遗传标记技术的应用已成为现代畜牧业的特征之一。根据遗传标记的稳定遗传性和高度个体特异性, 因此在动物育种实践中用来标记个体, 判断亲缘关系, 分析品种起源, 演变和分类, 识别和分类, 识别具有优良基因的动物个体, 防治遗传病等方面都具有重大的实际意义。

无公害蛋鸡生产技术要点

徐巧琴 (江苏省泰州市动物卫生监督所, 江苏泰州225300)

中图分类号:S831.4文献标识码:B“三废”及农业、城镇生活、医疗废弃物的污染。禽场地面进行混凝土处理。

1.4 空气

禽场应建在背风向阳的地段, 空气质量应符合《大气环境质量标准》 (GB3095) 的要求。禽舍内空气中有毒有害气体含量应符合《畜禽场环境质量标准》 (NY/T 388) 的要求, 空气中灰尘、微生物数量应控制在规定数量以下。

1.5 环境保护

场内设置专用的废渣 (废弃物) 储存场所和必备的设施, 废水、粪渣等不得直接倒入地表水体或其它环境中。储存场所地面全部采用水泥硬化等措施, 防止渗漏、散落、溢流、雨水淋湿、恶臭气味等对周围环境造成的污染和危害。用于直接还田的粪便, 须进行无害化处理, 避免造成地表源污染和地下水污染。鸡场要本着减量化、无害化、资源化原则, 采用生态环保措施, 对废渣进行统一集中的无害化处理, 其所有排污经验收要符合国家或地方规定的排放标准。

2 鸡场建筑设施

2.1 鸡场布局与建筑设施应符合动

物防疫条件要求, 鸡场周围要设绿化隔离带, 内部布局应严格执行生产区和生活区相隔离的原则, 净道和污道要分开。取得畜牧兽医行政主管部门核发的《动物防疫合格证》。

2.2 鸡场各功能区布局规范、设置合

理, 场内应根据全年主风方向及地势走向 (由高到低) 依次为生活区、生产管理区、生产区、隔离区。生产区布置在管理区的上风向或侧风向处, 污水粪便处理设施和病死鸡处理区应在生产区的下风向或侧风向处。生产区内按工厂化养殖工艺程序建筑。整个建筑物排列必须整齐合理, 合理设置道路、排水、供电、绿化等, 便于生产和管理。

2.3 鸡舍地面、内墙表面光滑平整,

便于清洗, 并能耐酸、碱等消毒药液清洗清毒。具备良好的防鼠、防虫、防鸟

文章编号:1008-0414 (2009) 12-0043-04

等设施。

3 鸡场卫生防疫

3.1 日常管理

鸡场环境要做到定期打扫, 及时铲除禽舍周围 (10~15 m内) 的杂草。鸡舍内要做到定期清除污物、房顶粉尘等, 保持舍内空气清洁。鸡场区域周围应设置围墙, 防止不必要的来访人员。鸡场所有入口处应加锁, 并设有“谢绝参观”标志。大门口设消毒池和消毒间, 消毒池宽同门, 长为车轮一圈半, 深0.5 m, 池内存积有效消毒液。所有人员、车辆及有关用具等均须进行彻底消毒后方准进场。本场人员进场前, 要遵守生物防疫程序, 经洗澡淋浴, 更换干净的工作服 (鞋) 后方可进入生产区。鸡舍门口设消毒池或消毒盆, 工作人员和来访人员进出每栋禽舍时, 必须清洗消毒双手和鞋靴等。场内净道和污道分开使用, 人员、动物和相关物品运转应采取单一流向, 防止发生污染和疫病传播。每栋鸡舍要实行专人管理, 各栋鸡舍用具也要专用, 严禁饲养员随便乱串和互相借用工具。饲养管理人员每年要定期进行健康检查, 取得《健康证》后上岗。场内禁止饲养其它禽类或观赏鸟等动物, 以防止交叉感染。鸡舍门、窗设置防鸟装置, 杜绝野鸟出入。

3.2 消毒、杀虫和灭鼠

分子遗传学教学模式改革初探 第4篇

1 教学模式改革

1.1 引入学术报告模式

在新的教学模式中,将分子遗传学的教学内容分为理论课、学生作学术报告专题课两个部分。理论课占总教学时数的4/5;学术报告专题课占1/5,穿插在理论课的内容之中。理论课以讲授分子遗传学的基本理论知识为主;学术报告课在学习了理论课的基础上,由教师针对分子遗传学的前沿领域,涉及基因组印记、RNA干扰、RNA编辑、lncRNA、microRNA,Crispr技术等内容,列出10多个报告主题,供学生选择。学生自由组合(5名学生为一组),成立独立的学术报告专题小组,每个小组选择一个共同的主题,在组长的组织下查阅、整理相关文献资料,分工协作,每组最后推选一名学生在课堂上报告相关内容,报告时间为15 min左右。学生作完学术报告后,全体学生就报告内容进行提问和答疑,时间为5 min,最后由教师作总结和点评。同时教师组织相应专业的硕士研究生组成评委团对主讲学生所代表的小组进行打分,这个分数为该小组每个成员的共同分数。

1.2 引入论文撰写模式

在每个小组查阅资料、完成学术报告的基础上,鼓励学生继续以小组为单位,利用学校校园网数据库的优势,继续查阅相关资料,并就报告的选题或其中某个部分深入了解,撰写相关的学术论文,由指导教师进行审阅,对文章选题、内容、模版等各方面进行点评,对优秀论文指导其投稿发表,在班级形成竞争机制,提高学生的学习热情。

1.3 成绩评定

为了与此种教学模式相配合,将学生的课程成绩评定以期末考试为主转为以平时为主,将小组报告的成绩计入总成绩,占总成绩的30%;平时作业成绩、课堂提问等占10%;期末考试的成绩只占60%。科研成绩评定主要包括三部分:团队成员的分工及交流;科研报告的内容及主讲学生的综合表现;团队小组答疑情况。科研报告要求每个学生都要参与,为方便教师监督,学生可将部分准备和讨论科研课题的过程拍摄成短片,发送至分子遗传学教学网络平台,供教师了解学生参与科研报告准备的真实情况。

2 改革成效

2.1 学生评价

笔者对南昌大学生物技术系2011级、2012级本科生的分子遗传学教学采用了新的教学模式,学生反响良好,认为这种教学方式使学生学习有了很大的突破,极大地激发了学生的学习兴趣,并增强了学生和教师之间的交流与合作,提升了教学质量。参与教学改革的140名学生对这种教学模式评价结果见表1。

从表1可以看出:相对于传统灌输式的教学模式,在分子遗传学授课过程中引入学生作专题报告的教学模式具有以下的优点:首先以小组为单位作报告锻炼了学生的组织和表达能力;其次增强了学生的团队合作能力;再次提高了学生收集信息、分析加工信息和交流信息的能力。最终的表现为,学生学习热情提高,专业基础知识增强。

2.2 考试成绩

笔者对参加教改实践学生的期末考试成绩(2011级和2012级)和没有参加教改实验学生的期末考试成绩(2009级和2010级)进行了分析,见表2。

从表2可以看出:这种教学模式以一种新的考试形式代替了传统的理论考试模式,极大地调动了学生学习的积极性和主动性。

3 小结

本课程的教学改革实践证明,在分子遗传学教学中引入学术报告专题促进了学生对基础知识的把握和理解,提高了学生的专业思维能力和独立思考能力,锻炼了学生的团队精神和组织能力,增强了学生的合作意识,增加了学生的学习热情,提高了应用知识的能力。此外,这种教学模式对教师也提出了更高的要求,督促教师不断更新自己的知识体系,完善自己的专业知识和对科学前沿的洞察力,达到“教学相长”的目的[2]。

摘要：分子遗传学是21世纪生命科学最有活力的学科之一,了解这门学科的前沿进展有利于加深学生对该专业的理解和开阔学生的科研视野。笔者在分子遗传学教学中开设了学生作学术报告专题课的内容,探索和建立了以教师为主导、学生为主体的自主协作学习的教学模式,锻炼了学生获取知识并应用知识的能力,取得了较好的教学效果。

关键词：分子遗传学,学术报告,教学方法,教学模式,教学效果

参考文献

[1]王仑山.《分子遗传学》教学中的几点体会[J].高等理科教育,2000(3):66-68.

分子遗传诊断 第5篇

数量遗传学是遗传学原理与统计学方法相结合研究群体数量性状遗传与变异规律的一门遗传学分支学科。迄今为止的动物育种方法基本上是以数量遗传学为理论依据的“数量遗传学方法”, 即根据数量遗传学的原理和方法, 对畜禽进行适当的选种选配, 以提高育种群体的优良基因频率, 降低不良基因频率, 近几十年畜禽生产水平的提高, 很大程度上应归功于遗传参数和育种值估计准确性的提高。

1.1 遗传参数估计

从统计学上讲, 遗传参数的估计可归结为方差或协方差组分估计。从最初的子亲回归、同胞分析到针对均衡资料的方差分析法;到了20世纪50年代, C.R.Henderson提出了针对非均衡资料的Henderson方法Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ;之后出现了极大似然法约束极大似然法、最小范数二次无偏估计法和最小方差二次无偏估计法以及贝叶斯估计等方法。目前, 约束最大似然法是世界各国育种学家采用的主要方法。近年来, 贝叶斯估计逐渐被人们所重视, 它可以利用经验信息, 得到估计值的分布和抽样方差, 除了这些在理论上的优越性以外, 伴随着新的计算机方法特别是Gibbs抽样法的出现, Gibbs抽样法是一种基于随机模拟的迭代算法, 它是通过对简单的标准分布进行迭代抽样, 最终得到复杂的似然函数或后验分布的抽样值。使得贝叶斯估计中很多复杂的计算得以简化。

1.2 育种值估计

畜禽遗传评定即评估畜禽种用价值的高低, 是畜禽育种工作的中心任务。畜禽种用价值的高低是用育种值来衡量的影响数量性状表型值的微效多基因的加性效应值 (A) 、等位基因之间的显性效应值 (D) 和非等位基因间的上位效应值 (I) 。其中, 只有基因的加性效应值即育种值能够稳定的遗传给后代, 但是育种值不能直接测量, 只能使用一定的统计学方法通过表型值对其间接加以估计, 所以遗传评定的主要工作就是对育种值的估计。畜禽的估计育种值是选择种畜的主要依据, 育种值估计的准确性在很大程度上影响着畜禽育种效果的好坏。用于育种值估计的方法概括起来主要有:选择指数法、群体比较法和混合线性模型法。

2 分子数量遗传学与动物育种

分子数量遗传学是分子生物技术与数量遗传学相结合的一门发展中的新的交叉学科, 目前仍属于数量遗传学范畴, 自从1909年瑞典生物学家H尼森埃尔 (Nilsson-Ehle) 提出多基因假说以来, 数量性状的多基因一直是作为一个遗传整体用统计学方法加以研究和分析的, 虽然对决定数量性状的多基因数目可以用统计学的方法作出估计, 但不能确定单个基因以及它所在的染色体上的位置, 现代分子生物技术的发展, 使得从分子水平上研究数量性状的基因成为可能。

2.1 对QTL作出遗传标记

在数量遗传学研究中, 把要改进的某个数量性状称为目标性状, 因此对决定这一性状的基因或基因组也就称为目标基因。目前对决定数量性状的多基因还不能准确定位, 但如果能找到一个可以识别的基因或基因组的DNA多态, 或是一个染色体片段与这一目标性状有密切的关联, 就可作为对目标性状选择的遗传标记。遗传标记还可应用于基因转移、基因定位和基因作图等研究。

2.2 QTL的分离和克隆

分子数量遗传学的目标是要分离和克隆决定数量性状的基因, 研究其结构和功能, 最终达到从分子水平上改良数量性状的目的。虽然在理论上可以将分子生物学领域发展的各种基因克隆技术用于QTL, 但是数量性状的遗传表达一般涉及多个基因座位。例如奶牛的产奶量既受繁殖和泌乳的内分泌系统基因的控制, 又受消化酶系统基因的控制, 情况相当复杂, 很难把这些基因一一分离和克隆。但也可以根据已有的知识, 通过对候选基因的筛选找出一个或几个对某个数量性状有较大效应的QTL, 就可以对这个QTL用一般的基因克隆方法进行克隆, 作为数量性状的一个重要基因来研究。例如有资料报道猪的雌激素受体基因可影响产仔数1~1.5头。

3 动物育种方法前景

低出生体重的分子遗传学研究进展 第6篇

根据世界卫生组织 (WHO) 2002年的报告, 低体重作为慢性病的一种已经成为全球疾病负担的主要危险因素之一。低出生体重是指活产儿体重不满2 500 g, 通常分为两类, 足月分娩的低出生体重和妊娠期小于37周的低出生体重, 而后者通常是和早产伴随发生。全世界低出生体重的发生率不等, 如印度高达25 %, 而美国相对较低, 为7.6 %, 我国低出生体重的发生率为5.87 %～11.8 %。大量证据表明LBW发生由遗传和环境因素共同作用导致。据估计, 40 %的低出生体重儿是遗传因素导致的。某些患有遗传性疾病如唐氏综合征, Turner综合征的母亲, 导致其子女出生体重为正常儿童的85 %[4]。并且母亲的出生体重亦会影响子代。首都儿科研究所[5]采用回顾性队列研究, 以1948至1954年在北京协和医院出生的女性为研究对象, 分析出生体重在亲代与子代间的关联。发现母亲的出生体重与其子代出生体重间存在明显正相关。对正常出生体重的遗传学研究表明, 胎儿出生体重的10 %由胎儿基因型决定, 24 %由母亲基因型决定, 但对于母亲及胎儿的某些特定基因所起作用大小知之甚少[6]。

据文献报道[7], LBW的遗传易感性存在于下列7条生物学通路: (1) 子宫感染; (2) 母亲与胎儿的应激; (3) 生殖激素的功能失调; (4) 早发子宫收缩; (5) 生长调控激素功能失调; (6) 胎盘供血; (7) 对环境有毒物质的代谢。前人的研究主要集中在临床和社会环境因素, 而对低体重的遗传影响因素的研究相对较少。近些年来, 随着分子遗传学的发展, 人们从遗传角度探索LBW发生机理, 本文就与低出生体重相关遗传基因做一综述。

1有毒物质代谢通路上的候选基因

1.1 谷胱甘肽转移酶 (GST) 基因

GST是一组主要的解毒酶, 具有保护细胞免受亲电子细胞毒物质和致畸物影响的作用, 基因纯合缺失可导致其解毒功能的损失, 进而增加了个体对许多疾病的易感性。所有真核生物都拥有几种可溶性的和膜结合性的GST同工酶, 每种都表现出显著的催化和非催化结合特性。可溶性的GST酶被至少5种关系比较远的基因家族编码 (分为alpha、mu、pi、theta和zeta GST五类) ;而膜结合性GST酶包括微粒体GST和白三烯C-4合成酶, 它们都由单基因编码, 分别由可溶性的GST酶产生。可溶性GST家族为二聚体酶, 催化谷胱甘肽与大量的亲电子物质结合, 进而脱毒, 并协助排出体外。人的13个不同的GST亚单位分属不同的五类:α (GSTA1至GSTA4) 、μ (GSTM1至GSTM5) 、π (GSTP1) 、θ (GSTT1和 GSTT2) 、ξ (GSTZ1) 。GSTT1基因位于22q11.2, 与GSTT2基因相距大约50 kb。GSTT1和GSTT2的结构相似, 都由5个外显子组成。在人体内, GSTT基因的表达水平存在显著的个体差异, GSTT1缺失基因型在人群中占16 %, 人的GSTT1蛋白的不表达可导致膀胱癌、结肠癌、皮肤癌和肺癌的易感性增加。

疾病的发生往往是多个基因共同作用引起的。Delpisheh等[8]通过病例对照研究发现:如果母亲在怀孕期间吸烟, CYP1A1、GSTT1和GSTM1基因多态性相互作用可显著增加分娩低体重儿的危险性。梁红业等[6]研究显示EPHX1和GSTT1对新生儿体重的影响存在交互作用。

1.2 环氧化物水解酶1基因 (EPHX1)

环氧化物水解酶是一个酶家族, 它是一种微粒体膜结合蛋白, 理化性质相当稳定。EPHX1基因位于染色体1q 42.1, 全长20 271个碱基, 含9个外显子和8个内含子, 大小范围在335 bp和6 696 bp之间, 内含子中含有许多DNA重复元件, 其中包括18个Alu序列。EPHX1存在多态性, 不同的基因型可使其表达的产物-环氧化物水解酶的活性不同, 例如, EPHX1基因第4个外显子第416位核苷酸发生A→G转换, 使EPHX1第139位的组氨酸 (His) 被精氨酸 (Arg) 取代, 这一氨基酸的改变影响了环氧化物水解酶的活性, 使其在体内代谢毒物的能力下降。吴涤等[9]研究发现在被动吸烟人群中, EPHX1基因139位点多态性与新生儿LBW显著相关。陈大方的研究发现母亲EPHX1基因113位点多态性与新生儿LBW无显著相关性, 而GSTT1基因缺失和EPHX1基因His 139 His纯合子基因型之间有明显的联合作用, 导致LBW的危险性增加。

1.3 细胞色素P450 (CYP450) 基因

CYP450属血红蛋白类酶, 是微粒体混合功能氧化酶系 (又称单加氧酶系) 中最重要的一族氧化酶, 主要分布在肝脏内。人类CYP450超基因家族中的许多成员具有遗传多态性, 如CYP1A1、CYP2A6、CYP2D6和CYP2E1等, 其遗传多态性是构成外源性物质代谢个体差异和种族差异的基础。CYP2E1基因定位于10q 24.3-qter, 由9个外显子和8个内含子组成, 长度为11 413 bp, 编码由493个氨基酸组成的功能蛋白质。CYP2E1在肝脏中含量丰富, 负责6大类、70余种低分子化学物质的代谢, 主要有苯胺、乙醇、丙酮、氨基甲酸乙酯以及亚硝胺类化合物;对亚硝胺类的代谢主要通过去烷基、去硝基等方式, 使之由前致癌物变成活化终致癌物。乙醇、丙酮、异烟肼、亚硝胺类等许多需经CYP2E1代谢的底物均能诱导其表达[10]。陈大方研究发现CYP2E1突变纯合子基因型以及杂合子基因型与低出生体重的易感性相关。

陈大方研究[11]认为:母亲CYP2E1多态位点和PON2 148基因多态位点分别是新生儿低出生体重的独立危险因素, 但它们对低出生体重的影响无明显的交互作用;CYP1A1基因MSPI突变等位基因传递不符合孟德尔遗传规律, 可能是导致早产的遗传易感位点。若母亲怀孕期间吸烟, 则CYP1A1 MSPI的多态性与低出生体重的危险性相关联[12]。同样日本北海道人群研究表明若母亲在妊娠期间吸烟, CYP1A1突变型与GSTM1缺失型共同作用使胎儿的发育迟缓[13]。

2胎盘供血生物学通路上的候选基因

人类MTHFR基因定位于染色体lp36.3, cDNA全长2 200 bp, 包括10个内含子和11个外显子。Frosst等应用PCR-SSCP技术发现MTHFR 677 C→T改变可导致高度保守的丙氨酸变成缬氨酸, 使MTHFR热稳定性和酶活性下降。研究表明, 相对于CC基因型, TT基因型的MTHFR活性在37 ℃降低50 %～60 %, 在46 ℃降低65 %;MTHFR是叶酸和同型半胱氨酸 (Hcy) 代谢的关键酶, 主要功能是将5, 10-亚甲基四氢叶酸不可逆还原为5-甲基四氢叶酸, 与DNA的甲基化和合成密切相关。MTHFR基因C677T多态性可使酶活性下降, 导致Hcy转变成甲硫氨酸的过程出现障碍, 引起叶酸水平降低和高同型半胱氨酸血症, 进而增加了妊娠期胎盘血栓形成的危险性, 引发胎盘栓塞、胚胎发育停止, 最终发生习惯性流产[14]。母亲MTHFR基因C677T、CBS基因T833C与子代LBW发生无关, 但它们之间存在交互作用, 能增加子代LBW发生的危险[15]。陈大方等[16]研究认为:母亲与婴儿MTHRF基因之间无明显的交互作用, 婴儿MTHFR基因CT和TT基因型能够增加早产和低出生体重的发生风险, MTHFR C677T多态性可能是导致早产的遗传易感位点, 而MTHFR基因有可能通过孕周的缩短而导致LBW。

3子宫收缩生物学通路上的候选基因

PON基因家族包括3个成员:PON1、PON2和PON3, 它们位于7q 21.3-22.1[17]。PON基因产物是血清中的二乙基对硝基苯磷酸酯酶。二乙基对硝基苯磷酸酯酶在血清中可紧密结合于高密度脂蛋白, 从而保护低密度脂蛋白不被氧化, 在脂质代谢过程中发挥重要作用。PON2基因的第443位碱基C若被G取代, 可引起其编码产物对氧磷酶2的第148位氨基酸由丙氨酸 (Ala) 变为甘氨酸 (Gly) 。由于PON2基因在胚胎发育期的表达差异, 导致生成二乙基对硝基苯磷酸酯酶的水平不同[18]。陈大方等[18]的研究结果显示, 排除生育史、新生儿性别等混合因素后, PON2 148野生纯合子基因型与新生儿低出生体重明显相关, 母亲所生的PON2 148野生纯合子基因型新生儿体重较正常对照组低200 g。吴涤等[19]发现PON2 148野生纯合子基因型可明显增加月经周期过长的危险性。

多发性骨髓瘤分子遗传学研究进展 第7篇

1 多发性骨髓瘤常见细胞遗传学改变

研究细胞遗传学传统方法是利用有丝分裂中期分裂相做显带分析。骨髓瘤细胞属于终末分化细胞, 具有较低的增殖率, 难以取得分裂相作进一步分析, 同时多发性骨髓瘤中复杂核型通常伴有染色体形态差, 通过显带技术无法判断出全部异常, 限制了多发性骨髓瘤的细胞遗传学研究。其中以FISH (荧光原位杂交技术) 比较有代表性, 在此基础上逐渐发展为SKY (光谱核型分析) 与CGH (比较基因组杂交) 。目前研究认为多发性骨髓瘤遗传学改变大部分为结构与数量改变复杂核型异常全部24条染色体都受累。部分研究者支持, 全部多发性骨髓瘤都有遗传学异常, 或者是无正常遗传学的多发性骨髓瘤, 所发现的异常分裂主要源于混杂正常造血细胞。

1.1 染色体常见核型结构改变

与数量改变相类似, 在检出结构异常方面, 显带技术少于荧光原位杂交技术。对于染色体受累均有报道, 以14q、13q-、1号等比较常见, 较为常见断点有22q11、19q13、17p11、14q32、11q13、8q24、6q21、lq21、lq10、lq11、IP22、IP13、IP11, 其中1q3缺失与14q32易位最为常见。前者显带分析所得出的检出率在15%~20%, 采取荧光原位杂交技术后提升至38%~54%, 应用多达到11种探针时, 异常检出率为86%, 其缺失大部分为整个长臂, 甚至是染色体缺失, 较少出现中间缺失。后者在大部分骨髓瘤中均较为多见, 其中t (9;14) (P13;q32) 、t (6;14) (q21;q32) 、t (14;18) (q32;q21) 、t (14;16) (q32;q23) 、t (4;14) (p16;q32) 、t (8;14) (q24;q31) 、t (11;14) (q13;q32) 属于常见易位, 各研究中检出率都有所不同, 通常为20%~60%。

1.2 染色体常见核型数量改变

光谱核型分析与比较基因组杂交分析显示, 大部分的多发性骨髓瘤属于非整倍体核型, 但是经显带分析所得出的非整倍体检出率并没有占多数。染色体受累均有报道, 其中1号、3号、7号、9号、11号、13号、15号、17号、19号、21号染色体数量增加较为常见, 6、8、13、14、X、Y数量减少, 单体更为常见。

1.3 不同改变之间联系

研究显示, 多发性骨髓瘤不同细胞遗传学之间有着紧密联系。黄井堂等[3]在分析多发性骨髓瘤病例遗传学中发现, 13号染色体同1号有着一定的聚类联系。于江虹[4]在分析浆细胞疾病患者中发现, 13号染色体缺失与14q32易位存在一定关联。可以根据这一关联性分为:14q32异常但无del13;14q32异常, 伴有del13;t (14;16) 或者是t (4;14) , 伴有del13;14q32无异常, 各组临床预后与表现差异比较大。有关研究显示, 亚二倍体核型中以染色体结构异常较为常见。集合多种遗传学异常患者中, 在临床预后、临床表现等方面危重, 这说明遗传学改变会直接影响多发性骨髓瘤生物学特征, 将疾病异质性反映出来。

2 多发性骨髓瘤发病中的细胞遗传学异常演变

多发性骨髓瘤遗传学异常检出率是随着疾病的发展而增加的, 所以, 目前现有遗传学的相关研究结果大部分是观察疾病研究进展, 对于相关疾病研究比较少。临床观察显示, 多发性骨髓瘤与意义不明单克隆丙种球蛋白病 (MGUS) 属于同一疾病两种独立发展期, 由单克隆丙种球蛋白病发展为多发性骨髓瘤情况并不少见, 流行病学相关研究显示, 1/3多发性骨髓瘤患者具有单克隆丙种球蛋白病史。对于单克隆丙种球蛋白病研究, 不仅便于观察多发性骨髓瘤发病过程中相关遗传学演变, 也有助于分析不同改变在多发性骨髓瘤发病机制中的重要作用。

研究中发现, 有较多重要染色体发生改变, 单克隆丙种球蛋白病中就存在13号单体与14q32易位, 随着患者疾病的进展, 会出现较多附加变化, 进而造成实体瘤出现异常。魏秀丽[5]在研究发现, 在单克隆丙种球蛋白病与多发性骨髓瘤中均能检出t (14;16) (q32;q23) 、t (4;14) (p16.3;q32) , 并且在单克隆丙种球蛋白病中, 13单体也较为常见。其他研究中也在单克隆丙种球蛋白病中检出13号改变与14q32易位, 单克隆丙种球蛋白病中非整倍体浆细胞遗传学改变与多发性骨髓瘤不同, 并且在单克隆丙种球蛋白病中存在多克隆异常浆细胞。在随访过程中发现, 不管是否存在13号染色体异常, 有一部分病例发展为多发性骨髓瘤, 这说明多发性骨髓瘤发病可能有不同途径存在。部分学者提出下列假设:遗传学最初改变使得浆细胞克隆永生化, 所发生的进一步改变使得其获取增殖优势, 但是会受到造血微环境的调控, 改变使其获取增殖优势, 但是仍然受到造血微环境的调控, 改变使其不再依赖与造血微环境, 进而发展成为髓外多发性骨髓瘤。但是不同染色体异常所产生的次序, 以及在多发性骨髓瘤中所产生的发病机制, 还需要做进一步的研究。

3 多发性骨髓瘤遗传学改变临床意义

3.1 临床预后评估与指导治疗

通过相关研究, 目前对多发性骨髓瘤预后与遗传学改变之间的关系有了一定的了解。遗传学异常检出者的预后、疗效都比正常核型者差, 其中常见不良预后变化有13号部分缺失或者是完全缺失、t (4;14) 、亚二倍体、17p13改变、22qll改变、llq改变。通过研究可以发现, 在13号染色体异常者中, 不管是采取常规化疗, 还是造血干细胞移植, 其疗效与预后都要比为无异常者差。13号染色体异常一般会伴有亚二倍体异常, 为了明确预后意义。姜永芳等[6]对双移植患者进行分析, 按照染色体数目分成超二倍体、假二倍体、亚二倍体/亚四倍体。在与正常者对比后发现, delta13属于不良预后的独立指标。王炳龙等[7]经荧光标记单抗识别瘤细胞胞浆内特异免疫球蛋白, 联合荧光原位杂交技术对常规化疗患者的14q32易位、17p3l缺失以及13q14进行检测, 按照遗传学改变采取危险分组, 发现17p13、t (14;16) (+) 或者是t (4;14) (+) 缺失者预后比较差。刘铁牛等[8]研究显示, 对新诊断为多发性骨髓瘤患者进行随访过程中, 采取自体移植治疗或者是标准剂量化疗, 发现除了亚二倍体之外, 在诊断过程中有22q11重排检出, 这同多发性骨髓癌预后不良有直接的关系。在以上研究中, 将各种共存异常改变与否看作是危险度分组的重要条件, 这有助于检出患者的不良预后, 实际上是将各种异常对于多发性骨髓瘤生物学特征影响反映出来。通过分析患者不同预后, 能对多发性骨髓瘤异质性有更深的认识, 改进治疗并且总结经验。比如, 对于13号染色体异常患者, 可预计自体移植、强化疗与常规剂量化疗等临床疗效并不理想, 应该采取异基因移植等积极治疗方法[9,10,11]。

3.2 发现新治疗靶点

目前, 已知的多发性骨髓瘤中, 比较常见的是由于染色体异常所导致的分子生物改变, 这也是筛治疗靶点, 是新疗法与开发新药物的基础。应用同FGFR3结构相类似的酩氨酸激酶抑制剂, 可以对由于点突变或者是t (4;14) 所引起的FGFR3过度表达产生阻止, 组蛋白去乙酞化转移酶抑制剂会起到一定的抑制作用。此外, 在FGFR3刺激增殖信号途径中, Ra S会参与介导, 这也为法尼基转移酶抑制剂治疗提供靶点。其他策略, 比如阻止瘤细胞于G1期、调控细胞周期、基质豁附、改变多发性骨髓瘤以及改变骨髓微环境等都处于研究阶段[12,13,14]。荧光原位杂交技术等分子细胞遗传学技术, 对于多发性骨髓瘤分子遗传学研究起到一定的推动作用, 对于疾病异质性加深认识, 为今后的临床治疗提供参考依据。核型异常所导致分子生物学改变是可能会出现的发病机制, 是潜在治疗靶点。在今后的骨髓瘤遗传学研究中, 将会对分子生物学改变加强研究, 这不仅有助于新疗法的开发, 同时也不能对发病机制有一个新的了解, 有利于临床研究中检测效率的提升[15]。

4 多发性骨髓瘤 (MM) 的分子细胞遗传学技术

多发性骨髓瘤 (MM) 的分子细胞遗传学技术包括了传统的细胞遗传学 (CC) 、I-FISH、多色荧光原位杂交 (M-FISH) 、荧光免疫表型结合间期细胞遗传学 (FICTION) 及胞浆轻链免疫荧光结合荧光原位杂交 (c Ig-FISH) 等。

4.1 细胞遗传学 (CC) 、I-FISH

传统的细胞遗传学发展较慢, CC染色体异常检出率在30%~40%, 相对较低, 这是因为骨髓瘤细胞具有比例低, 增值率低, 多见于正常分列等特点造成, 而I-FISH不需要中期分裂项就可以检测出异常染色体的数目, 简便, 快捷, 因此在多发性骨髓瘤的研究中应用很广, 推动了多发性骨髓瘤细胞遗传学上的研究。

4.2 多色荧光原位杂交 (M-FISH)

通过κ或λ的抗体荧光标记使抗体胞浆出现荧光, 从中分析肿瘤细胞的分子细胞遗传学改变, 其依据单克隆免疫球蛋白在MM细胞的分泌, 这是多色荧光原位杂交 (M-FISH) 的应用原理, 该细胞遗传学技术发展较新, 近些年才出现因此相关内容较少, 是免疫组织化学与I-FISH相结合的产物, 这套研究方法包括了选择、筛选、检测, 胞浆免疫荧光染色和I-FISH相结合。

4.3 1q21/CKS1B

通过CD138单克隆抗体免疫磁珠分选系统分选浆细胞, 在这期间结合I-FISH技术, 从而研究1q21/CKS1B在MM的进展, 通过分子遗传学的研究发现, 1q21/CKS1B的扩增不影响的因素包括了CRP、β2微球蛋白、白蛋白、肌酐、钙离子、分泌轻链类型、LDH、年龄性别等等, 有相关联的因素包括了Hb减低和骨髓浆细胞的增多等等, 因此在多发性骨髓瘤分子遗传学研究中认为疾病的进展会与1q21/CKS1B存在联系, 恶性度的提高多与1q21的扩增比例呈正相关, 可以作为预后的参考研究, 但具体的进展还有待于分子细胞遗传学技术的进一步发展。

摘要：多发性骨髓瘤的治疗一直是医学临床上非常棘手的问题, 虽然蛋白酶体抑制剂和免疫抑制剂的应用使多发性骨髓瘤疾病的治疗取得了较大进展, 但该疾病预后差, 存活率低, 治疗难度大且不可治愈的特点在临床治疗上难度很大。分子细胞遗传学技术的发展对多发性骨髓瘤细胞遗传学研究起到推动作用, 分析该病遗传学变化的规律与特点, 从中发现遗传学变化同临床表现、发病机制之间的关系。这一发现有助于多发性骨髓瘤机制研究, 为临床治疗与预后评估提供参考依据。