北境漫步 -
真核生物的基因调控比原核生物复杂得多。这是因为这两类生物在三个不同水平上存在着重大的差别：①在遗传物质的分子水平上，真核细胞基因组的DNA含量和基因的总数都远高于原核生物，而且 DNA不是染色体中的唯一成分，DNA和蛋白质以及少量的RNA构成以核小体为基本单位的染色质；②在细胞水平上，真核细胞的染色体包在核膜里面，转录和翻译分别发生在细胞核和细胞质中，这两个过程在时间上和空间上都是分开的，而且在转录和翻译之间存在着一个相当复杂的 RNA加工过程；③在个体水平上，真核生物是由不同的组织细胞构成的，从受精卵到完整个体要经过复杂的分化发育过程，除了那些为了维持细胞的基本生命活动所必需的基因之外，其他不同组织的细胞中的基因总是在不同的时空序列中被活化或受阻遏。与分化发育有关的基因调控机制是发生遗传学研究的主要内容。
染色体DNA水平上的基因调控 通过改变基因组中有关基因的数量和顺序结构而实现的基因调控。 在发育过程中一些体细胞失去了某些基因，这些基因便永不表达，这是一种极端形式的不可逆的基因调控。
在某些线虫、原生动物、甲壳动物发育过程中的体细胞有遗传物质丢失现象。在这些生物中，只有生殖细胞才保留着该种生物基因组的全套基因。例如在马副蛔虫(Ascaris megacephala)卵裂的早期就发现有染色体的丢失现象。蜜蜂的工蜂和蜂后是二倍体，而单倍体则发育成为雄蜂。这也可以认为是一种通过染色体丢失的基因调控。 另一种改变基因数量而调节基因表达的方式称为基因扩增。基因扩增是细胞短期内大量产生出某一基因拷贝的一种非常手段。某些脊椎动物和昆虫的卵母细胞能够专一性地增加编码核糖体RNA的DNA(rDNA）序列。例如非洲爪蟾(Xenopus laevis）的卵母细胞中的rDNA的拷贝数可由平时的 1500急剧增加至2000000。这一基因扩增仅发生在卵母细胞中，它适应于胚胎发育中对于大量核糖体的需要。当胚胎期开始时这些染色体外的rDNA拷贝即失去功能并逐渐消失。
除了rDNA的专一性扩增以外，还发现果蝇的卵巢囊泡细胞中的绒毛膜蛋白质基因在转录之前也先进行专一性的扩增。通过这一手段，细胞在很短的时间内积累起大量的基因拷贝，从而合成出大量的绒毛膜蛋白质。 改变基因组中有关基因顺序结构的基因调控方式。哺乳动物的免疫球蛋白的可变区与恒定区的顺序分别由不同的基因片段编码。它们处于同一染色体上但是相距较远，中间还有一些编码连接区的DNA顺序。在产生抗体的浆细胞成熟过程中，这三个序列通过染色体重排而成为一个完整的转录单位。由于可变区基因片段为数众多，而且不同的连接方式又带来相应的核苷酸顺序的变化，所以通过这种形式的 DNA重排可以产生种类繁多的免疫球蛋白基因（见免疫遗传学）。
在啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae）的细胞中有关接合型的两个基因a和 α究竟哪一个表达取决于一种特殊的转座因子的移位。但就大多数已经发现的真核生物的转座因子来讲，它们是否参与正常的基因调控还没有定论。
转录水平上的基因调控 真核生物的基因调控主要表现在对基因转录活性的控制上而不涉及 DNA序列在数量和结构上的改变。转录水平上的基因调控可以通过不同的途径实现。 染色质处在固缩的状态称为异染色质化。在异染色质化部位的基因的转录活性显著降低。真核生物可以改变染色体某一区域的异染色质化的程度而控制基因的表达。雌性哺乳动物细胞中的一个 X染色体的失活便是高度异染色质化的结果（见剂量补偿效应）。基因由于改变位置而处在异染色质区附近时，转录作用也会受到阻碍（见位置效应）。粉蚧科的一种介壳虫有两类个体，一类个体的细胞中的10个染色体都没有异染色质化，因而都是有功能的；另一类个体细胞的 10个染色体中有5个高度异染色质化，因而是没有功能的。这就造成了和蜜蜂相似的情况，蜜蜂的二倍体是雌性的，单倍体是雄性的；在这里则前一类个体是雌性的，而后一类个体是雄性的。
与异染色质化相反的情况是染色质的活化。在活化的染色质中，基因DNA以某种不同的方式装配到染色质的核小体中，使RNA多聚酶能够转录染色质中的DNA。研究结果表明凡有基因表达活性的染色质 DNA对核酸内切限制酶的降解作用比没有转录活性的染色质要敏感得多。例如鸡的网织细胞能大量合成珠蛋白，从这种细胞中分离的含珠蛋白基因的染色质DNA易遭受DNA酶I的降解作用，而大多数其他的染色质DNA则不被降解，在不合成珠蛋白的鸡输卵管细胞中含珠蛋白基因的染色质 DNA也不被这种酶降解。在活化的染色质中 DNA的超螺旋状态有所改变，这是基因活化的前提。 真核细胞修饰 DNA的主要途径是胞嘧啶(c）在5位上的甲基化反应。5-甲基胞嘧啶通常位于鸟嘌呤（G）的旁边。可见 GC顺序最容易被甲基化。在刚刚完成复制的 DNA分子中只有母链（模板链）是甲基化的。新生 DNA链的甲基化在母链的指导下进行。用限制酶进行分析的结果表明在不转录的DNA中的GC有 70%以上是甲基化的，而在表达活性高的DNA中，GC顺序只有20～30%是甲基化的。这意味着DNA甲基化的作用也是一种基因调控手段。
蛋白质也可以被修饰，修饰作用包括乙酰化、磷酸化等。除了组蛋白和染色体DNA牢固结合以外，许多非组蛋白也可以和 DNA相结合，对这些蛋白质的修饰作用同样能改变它们与 DNA的结合方式，并改变染色质和核小体的结构，从而影响基因的转录活性。某些非组蛋白成分还能和激素相结合而激活某些基因。此外，RNA聚合酶也可以由于被修饰而改变活性。 细菌的代谢作用直接受环境的影响，它的基因调控的信号常来自环境因素。多细胞的高等生物的代谢作用较少为环境所影响，它的基因调控的信号常来自体内的激素。
在摇蚊(Chironomus）和果蝇(Drosophila）等双翅目昆虫的唾腺中的巨大的多线染色体上可以看到一条条各有特征的横纹。在幼虫和蛹期的各个发育时期可以看到某些横纹变得疏松膨大，这膨大处称为疏松区。疏松区的出现有一定的时间表，而且各个疏松区出现以后隔一定时间又消失。这些部位是合成大量RNA的部位，而且通过分子杂交可以证明疏松区的成分具有mRNA的性质。用蜕皮激素处理幼虫或离体的唾腺细胞，可以诱发某些横纹形成疏松区，意味着某些基因被激活。这是激素诱发特定基因的转录的最为直观的证据。
在高等动物中，注射雌性激素能促使公鸡或小鸡的肝脏细胞中产生卵黄蛋白原mRNA并合成卵黄蛋白原；注射孕酮能促使爬行动物或鸟类的输卵管细胞产生卵清蛋白mRNA并合成卵清蛋白；脑垂体前叶的促乳腺激素能促使哺乳动物的乳腺细胞合成酪蛋白。
甾体激素作用的机制一般认为是这样的，它首先和靶细胞的细胞质中的受体蛋白结合成为激素和受体的复合物，然后这一复合物进入细胞核，在染色体上有某些非组蛋白存在的情况下，复合物便能结合在染色体的特定位置上，从而促使特定基因转录。 与原核生物不同，真核生物有三种不同的 RNA多聚酶，它们各自负责不同类型的基因的转录。从表中不难看出由RNA多聚酶Ⅰ和Ⅲ转录的RNA都与所有细胞的生命活动的基本功能──翻译有关，而只有 RNA多聚酶Ⅱ才能转录结构基因而进一步产生蛋白质。显然这种分工反映了这三类基因在表达机制上的重大差别（见表）。在转录启动时，不同的RNA多聚酶能识别不同类型的基因，识别的机制在于每种类型的基因都有共同或类似的调控顺序。在活体和离体的实验中已经证明在 RNA多聚酶Ⅱ的离转录起点的上游（5′方向）约 25～30个核苷酸处，有一段长约 8～10个核苷酸的相当保守的、富含A（腺嘌呤核苷酸）和T（胸腺嘧啶核苷酸）的核苷酸顺序，称为TATA框。有证据表明在转录起始的上游更远的部位，还有其他核苷酸顺序也与 RNA多聚酶Ⅱ的正常活动有关。
在由RNA多聚酶Ⅲ转录的5SRNA基因的内部（而不是在它的转录起点的上游）有一段与转录控制有关的顺序，长约30碱基对，它的存在对该基因转录的起始起着控制作用。已经证明这段顺序能专一性地结合一种蛋白质因子，后者可以指导 RNA多聚酶Ⅲ从它的结合位置的上游约50碱基对处开始转录。
RNA加工过程中的调控 真核生物的RNA加工过程主要包括三个步骤：①在新生RNA的5′端加上一个甲基化的鸟嘌呤核苷酸，形成一个所谓的帽子（cap）即m7GpppN（m7G是7-甲基鸟嘌呤核苷，P是磷酸,N是 RNA的5′端第一个核苷酸）这一过程通常发生在新生链完成之前。②在转录后的RNA3′部位上加上多聚腺嘌呤核苷酸（多聚A）尾部。这种加尾作用一般不直接发生在转录初产物的3′末端上，而另外需要核酸内切酶的作用产生一个新的3′末端，然后再加上多聚A。③对于具有内含子的那部分RNA顺序必须被切除，接着两边的外显子再重新连起来，这一过程称为拼接。拼接是个十分精确的过程，它的机制还没有阐明，但几乎所有的内含子在5′边界处都有CT顺序，在3′边界处都有AG顺序。多聚A加尾作用一般发生在拼接之前，但不总是如此。还不清楚影响这个过程的各种因素，但已经知道同一种基因的转录产物前体mRNA可以被加工成几种不同的mRNA。
几乎所有的真核生物的 mRNA都有一个5′帽端，但并不是所有基因的mRNA都有3′多聚A尾部，也不是所有基因的mRNA都必须经过拼接。根据这后两种加工过程的有无和复杂程度，可将真核基因的转录单位分为两大类型：一类是简单的只编码产生一种蛋白质的基因，另一类是复杂的编码两种或更多种蛋白质的转录单位（图2）。在3′端加尾部位或拼接部位上的变化都会使同一基因最终形成不同的蛋白质产物。图2a是表示多聚 A加尾部位不同而使基因终产物不同的模式，属于这种情况的有腺病毒的晚期基因、小鼠免疫球蛋白的重链基因和一种多肽激素降血钙素基因。图2b是表示拼接部位不同而使基因终末产物不同的模式，迄今为止仅在哺乳动物细胞的病毒（如腺病毒、SV40病毒、多瘤病毒和反转录病毒等）中发现有这种形式的加工调控。 翻译后控制的事例不多。一般认为脑垂体后叶细胞产生的促肾上腺皮质激素和脂肪酸释放激素是由同一原始翻译产物经不同的加工而形成的。迄今为止对于真核生物基因调控作用的了解仍然处在探索的阶段，特别是对于高等动植物的基因调控过程了解得更少，还不能形成一个完整的模式。1972年美国学者E.戴维森和R.J.布里顿在实验事实还不充分的情况下提出了一个真核生物的基因调控模型，这一模型也可以用来解释真核生物中大量的脱氧核糖核酸重复顺序的功用。
按照这一模型，外来的信号物质和感应蛋白结合后作用于感应基因，于是综合基因组转录产生激活蛋白的mRNA，并进一步合成激活蛋白，这些激活蛋白又作用于结构基因前面的接受顺序，于是结构基因转录而产生一系列的酶或其他蛋白质。
在这模型中假定感应基因便是一些重复顺序，又假定各个结构基因分布在染色体的不同位置上。这一模型企图解释重复顺序的功能以及分布在不同位置上的基因怎样能被协调控制。
曾经发现在真核生物的细胞核中存在着大量与结构基因无关的RNA，这一事实是和这一模型符合的。这一模型还是一个有待充分验证的假说。这一模型提出以后，又出现了一些修改这一模型的假说，它们都可以作为进一步研究的出发点。