四川白癜风微信交流群 http://pf.39.net/bdfyy/bdflx/150217/4580343.html表观遗传一、什么是表观遗传现象经典遗传学告诉我们，生物体的性状是由基因和环境共同作用的结果。由于环境变化引起的性状改变，一般不会遗传。事实上，有些改变了的表型是可以遗传的。表观遗传的概念：指在基因组DNA序列不发生变化的条件下，基因表达发生的改变也是可以遗传的，导致可遗传的表现型变化。二、表观遗传的主要内容研究结果表明，即使亲代传递给后代的DNA序列没有改变，亲代在生活中由于生活环境或生活习惯的改变而引起的身体状况变化，也会通过某种途径遗传给下一代，即父母的生活经历可以通过DNA序列以外的方式遗传给后代。环境和生活习惯的改变，能够引起生物体性状的改变,但不可能在短时间内使DNA分子序列发生变化。那么,对于以上事实该如何解释呢？我们知道，人体是由多种类型的细胞组成的,其实这些细胞内的遗传信息（DNA序列）完全相同，只不过被转录和翻译的基因不同。表观遗传是指可遗传的由非DNA序列改变引起的基因表达的变化，引起表观遗传变异的主要机制有DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等，这几个方面是表观遗传研究的主要内容，也是目前的研究热点。1.DNA甲基化目前研究表明，基因的启动子区DNA高甲基化会抑制基因转录，特别是胞嘧啶甲基化在多细胞生物的表观遗传方面发挥重要作用，具体功能包括：X染色体灭活、基因印记、基因长效沉默、细胞分化、外源基因防御等。随着研究的不断深入，人们发现DNA甲基化也可以发生在基因本体、增强子、沉默子、转座子等不同的区域。DNA甲基化水平由甲基化和去甲基化两个过程协同调控。在DNA甲基化的发生机制被逐渐阐明后，人们又把目光转向了去甲基化领域，目前多种植物、动物中的去甲基化酶被分离出来了。2.组蛋白修饰核小体是染色体的基本单位，由DNA和组蛋白构成，组蛋白H2A、H2B、H3、H4通常以八聚体的形式存在，bpDNA包裹在组蛋白八聚体外形成核小体。组蛋白修饰包括组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、ADP-糖基化、泛素化和SUMO等。因为DNA与组蛋白紧密结合，所以组蛋白的修饰可以引起染色体结构的改变，从而影响基因的转录，进而调控多种生命活动。在真核生物的细胞中，DNA分子与一些蛋白质结合在一起，带负电的DNA分子缠绕在带正电的蛋白质分子上。使原来细长的DNA分子盘绕成紧密的结构。这样，基因及其“开关”就被隐藏起来了。在细胞里，基因转录的一个重要步骤是组蛋白的乙酰化，就是用乙酰基把氨基上的正电荷屏蔽起来，好像给组蛋白中的一些带正电的基团（一NH2）戴上一顶帽子。组蛋白的正电荷一旦减少，与带负电的DNA分子片段（某基因）缠绕的力量就会减弱随之松开，里面的信息就可以被读取，即进行转录。另外，真核细胞基因具有的启动子——相当于转录的开关，可以被修。如果给启动子中的胞嘧啶加上甲基基团（—CH3），会使染色质高度螺旋化，凝縮成团，这个基因就无法被识别，失去转录活性，因而不能完成转录。这个过程称为DNA的甲基化，相当于给DNA戴上帽子，使基因内存储的信息无法被读取。可见，DNA内存储的信息能否被读取，还与DNA甲基化的状况和组蛋白乙酰化的程度有关。人们的生活经验，无论是精神上还是身体上的，都能改变组蛋白乙酰化和DNA甲基化的程度，从而对人们的精神生活和身体状况产生影响。3.非编码RNA基因组研究发现，在构成人类基因组的碱基对中，只有约2%的序列用于编码蛋白质，除去约7%的非转录区，其余91%的基因组序列转录产生非编码RNA（ncRNA）。近年来，人们对ncRNA的研究主要集中在小分子ncRNA。DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA三者是相对独立的调控系统，但在某些生理情况下也会产生相互作用，形成调控网络。三、那些年我们遇到的表观遗传例1.(全国卷模拟题）小鼠体色的黄色和灰色是一对相对性状，受一对等位基因A、a控制。科学家发现用甲基化饲料饲喂的动物，其后代甲基化水平升高，引起后代性状改变，甲基化点可随DNA的复制而遗传。科学家要验证小鼠的体色是否受所喂的饲料影响，是否会遗传给下一代？其中实验组除喂标准饲料外，从受孕前两周起还添加了富含甲基的叶酸、乙酰胆碱等补充饲料，而对照组孕鼠只喂标准饲料。请根据下列杂交组合及杂交结果回答问题。实验小组做了如下实验:实验1:黄色×灰色→F1灰色（只喂标准饲料）实验2:黄色×黄色→F1黄色（只喂标准饲料）实验3:黄色×黄色→F1棕褐色（除标准饲料，加了甲基叶酸、乙酰胆碱等）（1）体色的黄色和灰色这对相对性状中，为显性性状，实验1组亲本的基因型是。（2）实验3子代中出现了棕褐色可能的原因是:。（3）请设计方案验证你的解释:。参考答案:（1）灰色AAaa（2）喂养的饲料引起小鼠出现新的性状，是由于小鼠体内DNA甲基化引起的，会遗传给下一代（3）F1棕褐色小鼠雌雄相互交配，孕期只喂标准饲料，后代全为棕褐色，说明新增性状是因为个体DNA甲基化水平升高，引起后代性状改变，甲基化点可随DNA的复制而遗传。例2.研究发现，某些特定的行为和生活经历能够被遗传。如小鼠在闻到以前给予它们父辈电击而产生恐惧感的气味时，会表现出恐惧。下列与这个实例有关的是（）A.小鼠被喂以高脂肪的食物而出现肥胖症B.双胞胎遗传信息基本相同，患病的可能性也相似C.亲代早期的生活经历会在遗传物质上打下烙印，并可传递下去D.果蝇的亲代用某种药物处理，使DNA（基因）发生改变，后代果蝇也表现出与亲代一样变化解析：A选项只描述了亲代性状改变，而没有讲到该性状的遗传；B选项强调的是双胞胎遗传信息基本相同，而题干的例子中讲述的是表观遗传现象；D选项中，亲代用药物处理，DNA发生改变，描述的是基因序列发生改变，这不是表观遗传。答案：C例3.蜂王与工蜂均由基因型相同的雌蜂幼虫发育而来，但是两者在体型、寿命、功能等方面存在着巨大差异。据研究，蜂王的分化发育是一种表观遗传现象。两者出现差异的原因是（）A.雌蜂幼虫的生活环境发生变化B.蜂王的生活习惯发生了变化C.蜂王的活动使得性状改变，并影响到后代相应的性状D.DNA甲基化影响其中的遗传信息表达解析：蜂王与工蜂的命运差异发生在出生3天后，这时，护理蜂会在雌蜂幼虫中挑选很少一部分继续喂食蜂王浆，这些幼虫将发育成长为蜂王；其他幼虫则被停止喂食蜂王浆，改为喂食花粉和花蜜，这些幼虫将发育成长为工蜂蜂王分化的例子中，后天喂食条件的不同，可导致具有相同遗传背景（DNA序列相同）的雌蜂幼虫个体间的基因表达模式（DNA序列修饰的不同）出现差异，从而导致雌蜂成虫最终表型（蜂王/工蜂）的差异。最容易误选的是A选项，可以理解为雌蜂幼虫的生活环境并未发生变化而是摄取的食物发生改变。答案：D表观遗传学是指非基因序列改变所致基因表达水平的变化，即环境变化引起的性状改变，影响基因表达，但不改变DNA序列。表观遗传的3个主要特征：①可遗传性；②可逆性；③DNA的核苷酸序列不变。●非编码RNA介导mRNA降解非编码RNA不编码蛋白质，但能在基因组水平对基因表达进行调控。如介导mRNA降解、转录后基因沉默、干扰细胞分化等形式。已知干扰小RNA(siRNA)介导的基因沉默主要发生在两个水平上，即转录后水平的mRNA的降解以及染色体水平上形成异染色质。例4.年，全球首款siRNA(小分子的双链RNA)药物由FDA批准上市，用于由hATTR引起的多发性神经病患者的治疗。治疗原理大体如下:在RISC复合物中，siRNA的双链发生解旋，正义链被核酸酶降解，反义链被保留。接下来，RISC中的反义链与靶基因的mRNA互补配对结合，并诱导互补结合的mRNA被RNA酶降解，从而抑制基因的表达。下列相关叙述中，错误的是（）A．siRNA完全水解可以得到6种物质B．siRNA以及tRNA中都存在氢键C．在神经细胞中，RNA聚合酶催化的产物都是mRNAD．上述治疗原理是通过抑制翻译过程从而抑制基因的表达解析:本题主要考查RNA的组成成分、氢键、转录以及翻译等知识点。siRNA完全水解可以得到6种物质，即4种碱基、核糖以及磷酸。siRNA以及tRNA中都存在氢键。在神经细胞中，mRNA、tRNA以及rRNA都是转录的产物。上述治疗原理是通过抑制翻译过程从而抑制基因的表达。答案：C●miRNA引起转录后沉默微小RNA(miRNA)是能够引起基因转录后沉默的另一种重要RNA分子。微小RNA的功能主要有两个方面:一是和siRNA一样装载成RISC(RNA诱导的沉默复合体)后，使互补的mRNA降解。其次，miRNA可抑制mRNA翻译，降低靶基因的蛋白水平但不影响其mRNA水平。例5真核细胞中的miRNA是一类由内源基因编码的RNA分子，它能识别靶mRNA并与之发生部分互补结合，从而调控基因的表达。据此分析，下列说法正确的是（）A.真核生物细胞中所有miRNA的核苷酸序列都相同B.根据miRNA的碱基类型，其结构只能是单链C.miRNA通过阻止靶基因转录来调控基因表达D.miRNA的调控将会影响细胞分化的方向解析：题中miRNA能识别靶mRNA并与之发生部分互补结合，从而调控基因的表达，即miRNA与翻译模板mRNA发生碱基互补配对，阻止翻译，而不是阻止转录过程，最终影响细胞分化的方向，D正确。●miRNA与蛋白复合物阻止翻译例6，浙江高考年4月第25题.miRNA是一种小分子RNA，某miRNA能抑制W基因控制的蛋白质（W蛋白）的合成。某真核细胞内形成该miRNA及其发挥作用的过程示意图如下。下列叙述正确的是（）A.miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因的起始密码相结合B.W基因转录形成的mRNA在细胞核内加工后，进入细胞质用于翻译C.miRNA与W基因mRNA结合遵循碱基互补配对原则，即A与T、C与G配对D.miRNA抑制W蛋白的合成是通过双链结构的miRNA直接与W基因的mRNA结合所致答案：B该题目的大背景是基因表达的表观遗传调控，图示为非编码miRNA抑制W基因控制的蛋白质（W蛋白）的合成。转录时RNA聚合酶与该基因的某一启动部位相结合，而不是与mRNA上的起始密码相结合，A错误；miRNA与W基因mRNA结合发生在RNA之间，也遵循碱基互补配对原则，即为A与U、C与G，C错误；据图可知miRNA蛋白质复合物与W基因mRNA结合，而不是miRNA直接与W基因的mRNA结合所致，D错误。●X染色体失活养着小宠物的朋友有时会发现，自己养的小兔子、小仓鼠或者是小花猫，毛色常常有好几种颜色，各种毛色的花斑随机分布。这些花斑色的小动物的性别一般是雌性。这个有趣的生物学现象背后的机制是表观遗传学中一种特殊的现象：X染色体失活(X—Choromosomeinactivation，xci)。母猫身上有可能会是花花的，既有棕色又有黄色，而公猫只有一种颜色，棕色或者黄色。决定毛色的基因只存在于X染色体上，一条X染色体只能携带一种颜色的信息。黄色和棕色是一对等位基因，也就是说，一条X染色体上带的要么是黄色毛基因要么是棕色毛基因。例7第22届国际生奥:下列有关橙色/黑色花斑猫遗传规律的描述哪个是正确的?A.有一半的雄猫是花斑猫B.花斑色的表现型是基因互作的结果C.花斑色的表现型与基因重组有关D.花斑色的表现型是X染色体随机失活的结果E.橙色雄猫和黑色雌猫交配的后代是花斑色解析：猫的毛色性状是由X染色体上的一对等位基因决定的，XB基因决定黑色性状，Xb基因决定橙色性状。对于雄性猫来说，XBY表现为黑色猫，XbY表现为橙色猫;对于雌性猫而言，XBXB表现为黑色猫，XbXb表现为橙色猫。所以A错误。一对等位基因遵循的是分离定律，不涉及基因重组，所以C选项错误。生活中除了看到橙色和黑色的猫之外，还有黑白相间、橙白相间甚至三色猫，是由于除了X染色体上存在决定毛色的基因之外，在常染色体上还存在着其他基因影响猫的毛色表型，如白化基因、斑点基因、淡化基因等。如果白化基因表达程度高，则会抑制黑色基因和橙色基因的表达，毛色表现为白色。基因的互作导致了猫毛色的多样性，并且通常在生活中见到的三色猫都是雌猫。所以B项是错误的。在XY性别决定机制的生物中，雌性个体的体细胞中含有两条X染色体，细胞通过随机失活某条X染色体来调控某些蛋白的表达量，这种现象称为X染色体失活。上述题目中基因型为XBXb的雌猫，在胚胎发育过程中需要通过X染色体失活的表观遗传效应来控制自身基因的表达。如果细胞中带有XB基因的染色体失活，则表达Xb基因，性状为橙色，反之为黑色。而早期经历X染色体失活后的胚胎细胞所分裂而来的子代细胞都保持相同的X染色体失活现象，从而产生了橙色和黑色相间的花斑猫。橙色雄猫和黑色雌猫交配的后代雌性为花斑色，雄性为黑色，所以E错误的。答案：D例8雌性哺乳动物在胚胎发育早期，体细胞中的X染色体中有一条随机失活（部分基因不表达），造成某些性状异化，玳瑁猫即是典型的例子。其毛色常表现为黄色和黑色（B/b基因控制)，随机嵌合。相关叙述错误的是()A.玳瑁猫一般是雌猫，雄猫很罕见B.玳瑁猫皮肤不同毛色的区域，毛色基因的表达情况不同C.玳瑁雌猫的子代雄猫中黄色和黑色两种毛色大约各占一半D.玳瑁雄猫的产生都是由于初级卵母细胞减数第一次分裂时同源染色体未分离造成的解析:据题中信息“体细胞中的X染色体中有一条随机失活（部分基因不表达）”，可认为:猫在胚胎发育早期，雌猫体细胞中的2条X染色体中1条随机失活，表现为玳瑁猫，雄猫一般只有1条X染色体，罕见为玳瑁猫;由于X染色体随机失活，玳瑁雌猫皮肤不同毛色的区域，毛色基因的表达情况不同；玳瑁雌猫为杂合子，子代雄猫黄色和黑色的比例是1:1；玳瑁雄猫(XBXbY)由含XBXb的卵细胞和含Y的精子结合形成，或由含XB的卵细胞和含XbY的精子结合形成，或由含Xb的卵细胞和含XBY的精子结合形成，因此玳瑁雄猫的产生可能是初级卵母细胞或者初级精母细胞减数第一次分裂时同源染色体未分离造成的，D错误。答案：D●XBXb血友病携带者可能患病吗？血友病的发生是由于血液中缺乏凝血因子。因为凝血因子的基因编码在X染色体上，所以这是一种伴性遗传的疾病。一般来说，基因型为杂合子的女性不会发病，因为血友病是隐性遗传病。但是，在部分重型血友病女性患者中，由于合成凝血因子的组织是肝脏，如果在肝脏组织中，刚好携带正常凝血因子编码基因的X染色体不巧失活了，那么就会发生杂合子基因型的女性血友病患者。四表观遗传的意义表观遗传调节参与多种生命活动，如配子形成、胚胎发育、能量代谢、基因表达调控、DNA损伤修复等，研究发现DNA甲基化、染色体结构、组蛋白修饰等都可以影响选择性剪切（在基因转录翻译的过程中，pre-mRNA的选择性剪切是蛋白质多样性的来源），此外，选择性剪切又可以通过影响组蛋白修饰酶的活性从而影响组蛋白修饰。这也说明DNA甲基化、染色体结构、组蛋白修饰并不是孤立存在的。表观基因组在配子发生和早期胚胎发育中经历一个重编过程，由于表观遗传修饰具有可逆性，表观基因组易受各种环境因子（如化学物质、营养、行为等）的影响而改变因此，表观基因组研究将提供跨代传递环境影响的可能机制，表观遗传修饰可以调控细胞自噬的发生，包括组蛋白乙酰化对细胞自噬激活或抑制的负反馈调控，通过DNA甲基化调节自噬相关基因活性来影响细胞自噬的发生，miRNA通过靶向调节自噬相关基因表达来影响组蛋白修饰，从而调控细胞自噬的发生及作用过程。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇
