充电课-顺式作用元件分析（基础知识及预测）

概念：

顺式作用元件(cis-acting element)是存在于基因旁侧序列中，能影响基因表达的一段DNA序列，它们的作用是参与基因表达的调控；顺式作用元件本身不编码任何蛋白质，仅仅提供一个作用位点，要与反式作用因子（多是转录组因子）相互作用而起作用。

顺式作用元件在分子遗传学领域，相对同一染色体或DNA分子而言为“顺式”（cis）；对不同染色体或DNA分子而言为“反式”（trans）。

分类：

按功能特性分为：通用调节元件如启动子、增强子及沉默子、绝缘子和专一性元件：如激素反应元件，cAMP反应元件等。

1. 增强子

位于结构基因附近，能够增强该基因转录活性的一段DNA顺序称为增强子（enhancer）。

2. 终止子

位于基因编码区下游，能够终止RNA转录合成的特殊DNA序列称为终止子（terminator）。

3. 沉默子

位于结构基因附近，能抑制该基因转录表达，称为沉默子（silencer）；沉默子是一种负性调控元件，其作用特征与增强子类似，在组织细胞特异性或发育阶段特异性的基因转录调控中起重要作用。

4. 绝缘子

通常位于启动子同正调控元件(增强子)或负调控因子(为异染色质)之间，具有转录活性结构域的边界DNA序列，能够阻止邻近的增强子或沉默子对其界定的基因的启动子发挥调控作用，称为绝缘子/隔离子（insulator）；绝缘子的抑制作用具有方向性，它只抑制处于绝缘子所在边界另一侧的增强子或沉默子，而对处于同一染色质结构域内的增强子或沉默子没有作用。

5. 专一性元件

专一性元件是一类能被特定转录因子识别和结合 , 调控基因专一性表达的 DNA 序列 ，如热激应答元件，激素应答元件，cAMP应答元件，金属应答元件等等，这类顺势作用元件是我们平时试验最为关心的，可能与我们关心的性状有直接关系。

生物在生长、分化和发育过程中，需要整合不同组织的、发育的、环境的信号来调节基因表达，转录起始调控便是其中的重要的一环；顺式作用(cisacting)元件作为转录因子特异结合的位点，其重要性不言而喻，所以，在很多实验场景里我们都会进行顺式作用元件分析，这是一个非常基础、重要的实验技能！

顺势作用元件预测：

转录因子预测的原理是基于序列比对，识别转录因子识别并特异结合的目标基因旁侧的DNA序列（顺式作用元件），下面介绍一个方便快捷的数据库：Plant CARE 。

数据库网址：http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/，该网站的优点是操作简单，方便快捷，并且已有很多文章引用，下面看看具体操作：

设置邮箱：用来接收分析结果用的；

提交promoter序列（一般提取基因起始密码子前1000-2000bp），可单独或多条提交，本示例是用拟南芥所有基因上游1500bp promoter序列（文件过大可进行拆分后再分批上传）；

点击search，静等结果，注意查收邮件；

约15-20min，邮件收到分析结果，解压后如下图（部分截图）：

提交的每一个promoter序列会对应有一个网页可交互的结果，最后还有一个汇总结果（箭头所指）。

每个html格式的结果都可以打开查看，如下图：展示信息有提交的单条序列信息（部分截图）和鉴定到的顺式作用元件。

点击顺势作用元件左侧的“+”号可以查看更多具体信息，系统并会用同样颜色在promoter序列中标注出顺势作用元件的位置及序列信息（很直观）：

我们也可以打开顺势作用元件汇总表，可用editplus或Excel打开，如下图，第一列：基因ID，第二列：顺式作用元件名称，第三列：顺式作用元件起始位置，第四列：顺式作用元件长度，第五列：顺式作用元件功能注释。

顺式作用元件较多时可以根据功能注释进行筛选，选择自己感兴趣的顺式作用元件进行类似下图可视化作图（具体作图操作下期介绍）。

技能是不是很简单实用，图片是不是很漂亮？其实以上都是些简单的生信技能，假如您想学习更多，那就来学习我们的《基因家族分析》线上教程吧！你也能掌握以下分析技能。

1. Biolinux系统虚拟机安装及linux常用命令的使用；

2.pfam保守结构域下载及确定pfam；

3. 基因组数据（基因组、蛋白质序列、CDS序列、gff注释信息）下载；

4. 基因组（蛋白质序列）本地建池及本地Blast比对鉴定基因家族基因；

5. Hmmsearch鉴定基因家族基因（序列提取、筛选、鉴定）；

6. 家族内基因结构分析（内含子/外显子、顺式作用元件、Motif分析）；

7. 家族内基因遗传进化分析及进化树美化；

8. 基因加倍及串联重复基因分析及作图美化；

9. 不同物种间共线性分析（物种间保守性）；

10. 结合转录组分析基因家族基因表达模式及热图绘制。

《基因家族分析》课程链接：

https://study.163.com/course/introduction/1209048893.htm?share=1&shareId=1031484705

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