3.5 生物体存在表观遗传现象 课件（共17张PPT）

(共17张PPT)
第三章 遗传的分子基础
第五节 生物体存在表观遗传现象
资料1：克隆猫CC与母亲毛色不同
一、基因序列不变，表型可能改变
1、表型的决定
生物体的基因通过控制蛋白质的合成决定了生物的性状；
生物体的表现型由基因型和环境共同控制；
环境往往会改变生物的表型而不会改变生物的遗传信息。
资料2：孕鼠接触有毒物质会改变子代的表现型，这种表型改变可延续几代
怀孕小鼠暴露于化学物质
F1在子宫
F1
F2
F3
环境对表型的改变
不遗传子代：不改变遗传信息也不改变子代遗传信息的表达
可遗传子代：不改变遗传信息但改变子代遗传信息的表达
遗传学
基因
性状
环境和生活习惯
表观遗传学
基因改变
基因不变
变异
表型改变
基因、环境、表型之间的关系
二、改变了的表型有些可以遗传
1、表观遗传：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—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。生物学家将这种遗传现象称为表观遗传现象（epigenetic phenomena)。
是指DNA序列不发生变化但基因表达却发生了可遗传的改变，即基因型未发生变化而表型却发生了改变。
2、遗传学：是指基于基因序列改变所致基因表达水平的变化，如基因突变等。
3、表观遗传学：是指基于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。
资料3：基因表达模式
决定细胞类型的不是基因本身，而是基因表达模式，通过细胞分裂来传递和稳定地维持具有组织和细胞特异性的基因表达模式对于整个机体的结构和功能协调是至关重要的。
基因表达模式在细胞世代之间的可遗传性并不依赖细胞内DNA的序列信息。
基因表达模式由表观遗传修饰决定。
4、表观遗传修饰
①、概念：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甲基化程度，即发生在DNA序列外的变化。
乙酰化修饰大多发生在H3、H4的 Lys（赖氨酸） 残基上
过程：染色质组蛋白→结合氨基（-NH2）→DNA片段与组蛋白解开→被RNA聚合酶识别发生转录→完成表达
②、组蛋白乙酰化
组蛋白乙酰化
结果：激活转录→完成基因表达→改变生物表型
组蛋白修饰种类
乙酰化-- 一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修饰大多发生在H3、H4的 Lys（赖氨酸）残基上，与基因激活有关。
甲基化-- 发生在H3、H4的Lys（赖氨酸）和Asp（天冬氨酸）残基上，可以与基因抑制有关，也可以与基因激活相关，这往往取决于被修饰的位置和程度。
磷酸化-- 发生与Ser（丝氨酸）残基，一般与基因活化相关。
泛素化-- 一般是C端Lys（赖氨酸）修饰，启动基因表达。
SUMO（一种类泛素蛋白）化-- 可稳定异染色质。
其他修饰
③、DNA的甲基化
在结构基因的5’端启动子区域, CpG【胞嘧啶(C)-磷酸(p)-鸟嘌呤(G)】二连核苷常常以成簇串联形式排列，该区域称为CpG岛，大小为500-1000bp，约56%的编码基因含该结构。CpG岛是甲基化的主要位点，5mC（5-羟甲基胞嘧啶）会直接阻碍转录因子与DNA的结合，还会与一些蛋白质形成转录抑制复合物，导致基因沉默。
DNA的甲基化
DNA甲基转移酶1重组蛋白
胞嘧啶
5-甲基胞嘧啶
腺苷甲硫氨酸
DNA甲基化示意图
过程：真核基因启动子→结合甲基基团（-CH3）→染色质高度螺旋化→无法被识别，失去转录活性→不能表达
活性转录
非活性转录
结果：阻断转录→阻止基因表达→改变生物表型
表观遗传密码的两个主要组成部分
DNA甲基化
组蛋白修饰
即使遗传信息完全一样的两个个体，由于表达修饰上的差异，也会表现传完全不同的性状
基因的表达与否，不仅取决于基因序列中信息的正确或缺失与否，而且还取决于基因的修饰状态（程度）
资料4：表观基因的改变还能影响一个人的基因，在极端例子中，影响能持续两到三代人。例如，科学家们对在二战中曾经历饥荒的怀孕女子的子女和孙辈进行研究，结果显示这些女子的后代大多体型较矮，容易患糖尿病和精神病，这些趋势就是由表观基因变化而导致的。“从本质上来说，表观基因的变化能对一代人带来短期改变，”斯佩克特说，“饥荒不会立即改变人的基因，但由此导致的表观基因的变化能让人生下更瘦或是更胖的子女，发生在子女身上的改变是最能适应新环境的改变。这些改变至少会持续两到三代之后改变可能会消失，也可能继续。”
父本
减数分裂
精子
形成配子时，亲代DNA上的表观遗传修饰多数被擦除消失，极少数保留
母本
卵细胞
受精作用
受精卵
减数分裂
着床
妊娠
胚胎发育
胚胎发育过程中，因母本的内外环境的差异和改变产生新的表观遗传修饰
获得亲本的表观遗传性状产生自身的表观遗传性状
表观遗传的遗传机制并不是很清楚，还有许多问题亟待解决。
4、表观遗传的遗传机制
猜测
中科院孙强课题组“利用体细胞核移植技术以及使用了表观遗传调节剂，克服了体细胞核移植最初的技术屏障，成功地克隆出两只长尾猴，这是一个新的里程碑。”
5、表观遗传的意义：
可以使生物打破DNA变化缓慢的限制，使后代能迅速获得亲代应对环境因素做出的反应而发生的变化，这对生物种群的生存和繁衍可能是有利的，也可能是有害的，如不良的环境和生活习惯对后代产生不利的影响。
【巩固1】有研究表明，吸烟会使人体细胞内的DNA甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。男性吸烟者的精子中DNA的甲基化水平明显升高，精子活力下降。DNA甲基化是指在甲基转移酶的催化作用下将甲基转移到正常的碱基上的过程。甲基化不改变基因的遗传信息，但该基因表达受到抑制。下列说错误的是（　　）
A．甲基转移酶发挥作用需要与DNA分子进行结合
B．癌症发生的机制可能是抑癌基因甲基化的结果
C．若某基因发生了甲基化，则该基因所控制的性状不变
D．构成染色体的组蛋白发生甲基化等修饰也会影响基因的表达
C
2．生物体存在表观遗传现象，下列相关叙述错误的是（ ）
A．基于非基因序列的改变所致表达水平的变化
B．DNA的甲基化影响基因的翻译过程
C．表观遗传可能有害，也可能有利
D．表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律
3．表观遗传学是指细胞内基因序列没有改变，但基因的表达发生可遗传变化的现象。对此现象的叙述错误的是（ ）
A．同卵双胞胎之间的差异是由表观遗传引起的
B．细胞质中的调控因子对基因的表达起调节作用
C．正常的细胞分化可以体现出细胞层次上的表观遗传
D．若基因的启动部位被修饰，则可能遏制了RNA聚合酶的识别
B
A