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营养调控与基因表达

随着分子生物学的发展及其在营养学中的应用,从分子水平上弄清养分的代谢过程和规律,准确确定动物群体及个体的营养需要,掌握养分摄入过量及缺乏的后果,预防和治疗营养代谢疾病以及解决其他营养问题将成为可能。营养与基因表达的关系及其作用机制已成为分子生物学的重要研究内容及营养学的新兴研究领域。该领域的研究在过去5～10年中取得了较大进展。营养和基因表达的一般关系表现为两个方面:一是养分的摄入量影响基因表达;二是基因表达的结果影响养分的代谢途径和代谢效率,并决定营养需要量。

Genotype(geneonchromosome)Inter-relationshipsbetweengenotype,environmentandanimalproductionAnimalperformance(meat,milk,egg,wool,etc)(growth,development,etc)Environment(nutrition,ambient,management)

01基因表达：是指编码某种蛋白质的基因从转录、mRNA的加工与成熟、RNA的翻译、蛋白质的加工,到活性(功能)蛋白质的形成的过程(Goodridge,1994)。02基因表达调控包括转录调控、RNA加工调控、RNA转运调控、翻译调控、mRNA稳定性调控及翻译后的调控。每一个调控点都与养分直接或间接有关(Clarke,1992)。

研究表明,营养对基因表达的作用主要发生在转录或翻译前水平上,对翻译后的影响较小(Berdanier,1998)。研究表明,真核细胞的mRNA的5’和3’端的碱基不能翻译成蛋白质,称为非编码区(UTR)。UTR含有控制mRNA的腺苷聚合、稳定性、在细胞中的分布定位以及翻译的调节信号,对基因表达的调节起着核心作用(Kozak,1992;Choi,1995)。养分对基因表达的调控作用是通过UTR,特别是3’UTR实现的。010302

GeneexpressionDNA?RNA?proteinNutrientuptakepathwayandmetabolismNutrientrequirementInter-relationshipsofnutritionandgeneexpressionNutrientintake

Whichgenes,particularlythoseinvolvedincontrolofmetabolism,growthandpartitionareregulatedbynutrition?Howdonutrientsanddietregulatetheexpressionofspecificgenes?HowistheexpressionofspecificgeneproductsinvolvedinmetabolismandchannellingofnutrientsFundamentalquestions

DietaryconstituentDirectregulationPhysiologicalmodulationSecondarymediatorRegulatedtranscription??mRNAProteinResponsivegenesRegulatedtranscription??Directandindirecteffectsofnutritiononregulationofgeneexpression

DNARNA3’polyadenylationtranscription5’CapAAA200SplicingAAA200MaturemRNANucleusCytoplasmPlasmamembraneExons1 2 3 4PromoterSomemicronutrientshormonesSignaltransductionpathwaysIntracellularreceptorsAAAmRNATranslocationPolyribosomesProteinTranslation

CriticalcontrolpointsTranscriptionalregulationActivation,transcriptionalspeedPost-transcriptionalregulationmRNAprocessing(splicing)mRNAtransportation,localiz