表观遗传学 基因组印记

在进化上相对保守的表观遗传学印记现在已经清楚，哺乳动物发育早期广泛存在着复制时序差异。

而且，通过对比来自于果蝇胚胎或成虫盘的两种培养细胞系发现了在复制时序上存在有大约20％的差异，这说明，在高等真核生物的发育过程中，复制时序亦普遍存在变化。

但是，这些改变是对于动物的发育有意义的，还是说它们对于有机体的适应性来说只是不具重要意义的一种随机事件?我们目前对于复制调控机制的了解还不足以采用直接的手段来回答这一问题，取而代之的方法是评估在进化过程中特定细胞种类的复制时序是否赢得选择。

为了达到这个目的，我们把研究扩展到了人的胚胎干细胞分化。

与小鼠中获得的数据一样，我们发现多种人ES细胞系具有几乎完全相同的复制时序谱并在分化成NPC的过程中有大约20％的基因组发生时序改变(T．Ryba、I．H．和D．M．G，未发表)。

与小鼠中相似，复制时序的改变通常都发生在染色体上400～800kb的区域内，这说明，可能存在着一种保守的复制时序改变的单元，而这一单元很可能同步调节着至少2～3个复制子。

与上述相似点相对，人的胚胎干细胞与小鼠胚胎干细胞中进化保守的同源基因间却表现出明显不同的复制时序谱(T．Ryba、I．H．和D．M．G，未发表)。

事实上，这些区域的复制时序谱与来源于胚胎植入后的小鼠外胚层的干细胞——EpiSC(外胚层源于细胞)的谱系更为接近了。

这一观察也在基因组分析水平上为将人胚胎干细胞定义来源于外胚层样阶段的假说提供了支持，而小鼠的胚胎干细胞则来源于处于外胚层样阶段上游的内细胞团(ICM)样阶段(T·Ryba、I-H．和D．M．G，未发表)。

除此以外，人的细胞中早期复制与GC含量的相关性较低，同时人和小鼠基因组间的GC含量远不及复制时序保守(T．Ryba、I．H．和D．M．G，未发表)。

最近还未发表的数据对比了亲缘关系较远的裂殖酵母菌(N．Rhlnd，个人通讯)和出芽酵母菌(K．undstrc，m和B.Brc-wer，个人通讯)，发现这两种酵母菌间虽然缺乏保守的复制起始位点，但却具有相当保守的复制时序程序。

表观遗传学常用的技术
表观遗传学是指通过改变基因表达而不改变DNA序列的方式来影响生物体特征的学科。

在研究表观遗传学时，科学家们采用了许多不同的方法来研究基因表达和表观遗传改变。

以下是几种常用的表观遗传学技术：
1. DNA甲基化检测：DNA甲基化是一种表观遗传改变，它可以通过添加甲基基团而发生。

这可以导致基因沉默或表达，因此DNA甲基化检测可以帮助研究人员了解基因表达如何受到表观遗传改变的影响。

2. 基于组学的研究：组学技术（如转录组学、蛋白质组学和代谢组学）可以帮助研究人员了解基因表达的变化以及表观遗传改变如何影响代谢和蛋白质合成。

3. 克隆、序列和修饰：通过克隆基因、测序基因、以及对基因进行不同类型的修饰，例如添加或删除表观遗传标记，可以帮助研究人员了解表观遗传改变如何影响基因表达和细胞功能。

4. 免疫印迹：免疫印迹是一种检测蛋白质表达水平的方法。

它可以用于研究表观遗传改变如何影响蛋白质表达，以及不同蛋白质如何与表观遗传标记相互作用。

5. CRISPR-Cas9技术：CRISPR-Cas9技术是一种用于编辑基因的方法。

它可以通过改变DNA序列来影响基因表达，从而帮助研究人员了解基因表达如何受到表观遗传改变的影响。

这些技术在表观遗传学的研究中都有广泛应用，对于理解表观遗传变化对生物体的影响具有重要意义。

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表观遗传学表观遗传（epigenetics）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。

这种改变是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质发生的改变，且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定传递。

概述在表观遗传中，DNA序列不发生变化，但基因表达却发生了可遗传的改变。

DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位以共价键结合一个甲基基团。

正常情况下，人类基因组中的“垃圾”序列的CpG二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态；与之相反，人类基因组中大小为100-1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且与56%的人类基因组编码基因相关。

人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组CpG岛约为28890个，大部分染色体每1 Mb就有5-15个CpG岛，平均值为每Mb 含10.5个CpG岛，CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系。

由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。

特点DNA双螺旋结构的发现和重组DNA技术、PCR技术的产生促进了分子遗传学的发展。

几十年来，人们一直认为基因决定着生命过程中所需要的各种蛋白质，决定着生命体的表型。

但随着研究的不断深入，科研人员也发现一些无法解释的现象：马、驴正反交的后代差别较大；同卵双生的两人具有完全相同的基因组，在同样的环境中长大后，他们在性格、健康等方面却会有较大的差异。

这些现象并不符合经典遗传学理论预期的结果，提示在某些情况下，基因的碱基序列不发生改变，但生物体的一些表型却可以发生了变化。

此外，研究还发现有些特征只是由一个亲本的基因来决定，而源自另一亲本的基因却保持“沉默”。

人们对于这样一些现象都无法用经典的遗传学理论去阐明。

遗传学中的一个前沿领域：表观遗传学（Epigenetics），为人们提供了解答这类问题的新思路。

表观遗传学摘要：表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。

表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化（DNA methylation），基因组印记（genomic impriting），母体效应（maternal effects），基因沉默（gene silencing），核仁显性，休眠转座子激活和RNA编辑（RNA editing）等。

表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。

表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化（DNA methylation），基因组印记（genomic impriting），母体效应（maternal effects），基因沉默（gene silencing），核仁显性，休眠转座子激活和RNA编辑（RNA editing）等。

目录[隐藏]• 1 简介• 2 染色质重塑• 3 基因组印记• 4 染色体失活• 5 非编码RNA表观遗传学简介表观遗传学表观遗传学是与遗传学(genetic) 相对应的概念。

遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如DNA甲基化和染色质构象变化等；表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。

所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。

正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的CpG二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为100—1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且与56％的人类基因组编码基因相关。

人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组CpG岛约为28890个，大部分染色体每1 Mb就有5—15个CpG 岛，平均值为每Mb含10．5个CpG岛，CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系[9]。

第十三章表观遗传学第一节概述相同的基因型不同的表型一．表观遗传学(epigenetic)：DNA的序列不发生变化、基因表达改变、并且这种改变可稳定遗传。

二．表观遗传学研究的内容：1.基因选择性转录、表达的调控。

2.基因转录后调控。

(表观遗传通常被定义为DNA的序列不发生变化但是基因表达却发生了可遗传的改变，也就是说基因型未变化而表型却发生了改变，这种变化是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质的改变，并且这种改变在发育和细胞增殖的过程中能稳定的传递下去。

表观遗传学研究内容具体来说主要包括DNA甲基化表观遗传、染色质表观遗传、表观遗传基因表达调控、表观遗传基因沉默、细菌的限制性基因修饰等。

从更加广泛的意义上来说，DNA甲基化、组蛋白甲基化和乙酰化、基因沉默、基因组印记、染色质重塑、RNA剪接、RNA编辑、RNA干扰、x染色体失活等等都可以归入表观遗传学的范畴，而其中任何一个过程的异常都将影响基因结构以及基因表达，导致某些复杂综合症、多因素疾病或癌症。

) 三．表观遗传修饰从多个水平上调控基因表达：1.RNA水平：非编码RNA可通过某些机制实现对基因转录以及转录后的调控，例如microRNA、RNA干扰等2.蛋白质水平：通过对蛋白质的修饰或改变其构象实现对基因表达的调控，例如组蛋白修饰3.染色质水平：通过染色质位置、结构的变化实现对基因表达的调控，例如染色质重塑以上几个水平之间相互关联，任何一方面的异常都将影响染色质结构和基因表达。

四．表观遗传学的研究意义：1.表观遗传学补充了“中心法则”所忽略的两个问题，即哪些因素决定了基因的正常转录和翻译以及核酸并不是存储遗传信息的唯一载体。

2.表观遗传信息可以通过控制基因的表达时间、空间和方式来调控各种生理反应。

所以许多用DNA序列不能解释的现象都能够找到答案。

3.与DNA序列的改变不同，许多表观遗传的改变是可逆的，这使表观遗传疾病的治愈成为可能。

第二节表观遗传修饰一.DNA甲基化(DNA methylation)DNA甲基化是目前研究得最清楚、也是最重要的表观遗传修饰形式。

表观遗传学第五章 基因组印记Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC内容纲要r1. 基因组印记r2. 那些基因是印记基因？ r3. 印记是如何判读的？ r4. 印记基因的介绍r5. 配子发育过程中印记机制是如何启动的？ r6. 印记的维持和修改生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC基因印记r1. 由表观遗传修饰决定的，来源于双亲 (Parentof-origin) 的特异性表达的基因。

|A. 两个等位基因中只有一个印记基因表达 |B. 可遗传的修饰，并且不改变基因序列的组成r2. 由双亲基因组功能的不对称性所决定生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC基因印记|来自父系的等位基因的表达被抑制|来自母系的等位基因表达 (mono-allelic)r2. 母系印记基因:|来自母系的等位基因的表达被抑制|来自父系的等位基因表达 (mono-allelic)生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTCr1. 父系印记基因:印记基因r1. 在小鼠中已发现>80个印记基因|一般认为在人中具有大致相等数量的印记基因 |基因表达谱的分析结果表明可能有更多的印记基因r2. 主要功能: 出生前的生长发育;|父系基因的表达 à 胚胎发育能力增强 |母系基因的表达 à 胚胎发育能力削弱r3. 在特定细胞系及神经发育方面有重要功能Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物基因组印记的相关理论|1. 许多印记基因与胎儿 (fetus) 和胎盘 (placenta)的生长和 发育相关 |2. 父系：希望后代健康，能够延续基因的存在。

基因组印记的概念是基因组印记（Genomic imprinting）是一种遗传现象，指的是物种个体的特定基因副本在遗传传递过程中出现基因组中特定一部分基因被特殊修改的现象。

这种修改是通过DNA上的化学标记引起的，主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰。

基因组印记是一种父母亲染色体上特定区域的表观遗传变异，通过修改基因的方式，在父亲或母亲的基因副本上引入特定的化学标记。

这种化学标记可影响某些基因的表达，从而在对应基因副本上产生差异的表观表达模式。

这种父或母亲特异的基因表达方式可以在个体发育和生理过程中发挥重要作用。

基因组印记对于正常发展和生殖健康都非常关键。

众所周知，父亲和母亲的遗传物质都参与到孩子的基因组合中。

但是，在某些基因上，只有来自父亲的基因表达，而母亲的基因则被“沉默”。

反之亦然，某些基因只有来自母亲的表达，而父亲的则被“沉默”。

这种基因组印记的存在使得个体在遗传上形成了一种特殊的父母亲染色体间的影响力竞争。

基因组印记的重要性在于它对个体的发展和生理过程起着关键作用。

例如，某些基因组印记可能控制个体的生长和分化过程，对胚胎发育、器官形成和调节体细胞的功能发挥重要作用。

不仅如此，基因组印记还可以影响个体的行为和认知发育。

一些研究表明，基因组印记可能与肿瘤的形成和神经发育相关疾病有关。

基因组印记是一种复杂而动态的遗传现象，它可能受到环境因素的影响。

一些研究表明，外界环境中的营养不良、药物暴露、化学物质和毒素都可能对基因组印记产生影响。

这种环境因素对基因组印记的改变可能会导致遗传物质的错配和功能异常，对个体的发育和健康造成长期和持久的影响。

总体而言，基因组印记是一种通过特殊的表观遗传机制产生的遗传现象。

它通过永久性修改基因副本上的化学标记，使得个体在基因表达上出现父母亲特异的差异。

这种差异可能对个体的发育、生长、生殖和健康产生重要影响。

基因组印记的研究不仅可以深化我们对遗传学的理解，还可以揭示出某些疾病的发生机制，并为未来疾病预防和治疗提供新的思路和方法。

遗传历年名解1.04 百慕大原则:全球共有，国际合作，及时公布，免费共享。

为1996年各国科学家在白目大群岛讨论并通过的，充分体现了“人类基因组计划”的精神。

2.04 CARTER效应：在某种多基因遗传病的发病上存在性别差异时，表明不同性别的发病阈值不同。

群体中患病率较低的但阈值较高的性别的先证者，其亲属再发风险相对增高；群体中患病率相对高，但阈值较低性别的先证者，其亲属再发风险相对较低，称卡特效应。

如先天幽门狭窄。

（P77）3.04 05 08 遗传印记：一个个体来自双亲的某些同源染色体或等位基因存在功能上的差异，因此当他们发生相同的改变时，所形成的表型却不同。

也称基因组印记，亲代印记。

（P64）4.04 优生学：研究使用遗传学的原理和方法以改善人类遗传素质的科学，使人类能够获得体质健康，智力优秀的后代为目的。

（253）5.04 多重PCR：又称多重引物PCR或复合pcr，它是在同一PCR反应体系里加上二对以上引物，同时扩增出多个核酸片段的PCR反应，其反应原理，反应试剂和操作过程与一般PCR 相同。

主要用于多种边缘微生物的同时检测或鉴定和病原微生物，某些遗传病及癌基因的分型鉴定。

6.04 proto-oncogenic：proto-oncogene:原癌基因，调控细胞生长和增殖，具有转变为癌基因潜能的正常基因。

7.04 epigenetics：表观遗传学，在基因的核苷酸序列不发生突变的情况下，基因的修饰如DNA甲基化、组蛋白的乙酰化等也可能导致基因的活性发生改变，使基因决定的表型发生变化并传递少数世代。

（P13）8.04 gene frequency：基因频率: 在一个群体中某一特殊型的等位基因在所有等位基因总数中所占的比率，由基因型频率推算得出。

9.04 dynamic mutation：动态突变，基因组中某些短串联重复序列，尤其基因编码序列或侧翼序列的三核苷酸重复扩增引起单基因遗传性状的异常，这种三核苷酸的重复次数可随着世代交替的传递而呈现逐代递增的累加突变效应，为动态突变。

基因组印记名词解释基因组印记是指以DNA为原料，由一定的结构和方式而形成的生物记录。

它们是细胞的进化历史，由古代细胞经过几十亿年的演化而形成的模式。

该模式结合了发育生物学、遗传学、分子生物学和其他生命科学研究中的概念，可以描述一个物种在它的特定历史时间内被进化和维持的过程，以了解不同物种之间的关系，以及人类和其他物种之间的关系。

基因组印记有着多种形式，可以划分为三类：发育印记、表观遗传学印记以及分子遗传学印记。

发育印记指的是物种的发育过程中，形成的形态和结构特点。

这种印记可以帮助描述和分析动物的进化历史，用于识别物种。

表观遗传学印记指的是基因组中有着特殊表观效应的基因和组合，它们可以调控和影响基因组中特定基因的表达。

最后，分子遗传学印记指的是基因组中的某些分子特征，比如基因的次序或特定标记，它们可以用来鉴别物种的祖先本身的特殊特征。

基因组印记在进化及系统发育研究上有着重要的意义，因为它们可以提供有关一个物种进化及发育的详细信息。

同时，研究者还可以利用基因组印记来比较不同物种之间的相似性和差异性，从而推断它们之间的亲缘关系。

基因组印记也可用于生物通用性检测与鉴定，用于特定物种的识别，也可用于动物及植物在环境变化中的生物迁移研究。

基因组印记也可以用于病原微生物的识别，微生物病毒的基因组印记可以用于对病毒的风险评估，以此来识别潜在的病毒或细菌。

同时，基因组印记也可用于植物的认证，用来识别植物品种、判断品种的可传输性，以及优化植物种质资源的利用。

基因组印记不仅用于描述物种的历史和进化，而且也可以被用于鉴定和标记物种，甚至可以用于预测物种的未来变化情况。

它是一种深入了解物种真实起源和种群演化历史的有力工具。

因此，基因组印记功能的开发和研究不仅有助于鉴定物种，还有助于更好地理解物种的进化和变化情况，进而为更好的生物多样性保护，物种保护，气候变化适应提供重要的理论支持和实践经验。

基因组印记方法
基因组印记呀，这可是个超有趣的东西呢。

基因组印记简单来说就是一种特殊的基因表达调控方式。

就好像基因也有自己的小脾气，有些基因呢，它只听爸爸或者妈妈的“话”，只表达来自爸爸或者妈妈的那个基因拷贝，而把另一个拷贝就给沉默掉啦。

那怎么知道哪些基因有这种印记呢？科学家们有好多巧妙的方法哦。

一种常见的就是通过观察基因的甲基化状态。

甲基化就像是给基因戴了个小帽子，如果某个基因在来自爸爸或者妈妈的染色体上甲基化状态不一样，那这个基因很可能就是印记基因啦。

比如说，在某个基因的爸爸给的那个拷贝上甲基化很多，这个基因可能就不表达了，而妈妈给的那个没那么多甲基化，就正常表达，或者反过来。

这就像基因上的一种特殊标记，告诉细胞该听谁的“指挥”。

还有一种方法是通过研究一些特殊的遗传现象。

比如说某些遗传病，它只在从爸爸或者妈妈那里遗传过来的时候才发病。

这时候就可以怀疑是不是基因组印记在捣乱啦。

就像有个调皮的小捣蛋鬼藏在基因里，只有特定的遗传途径才会让它把病给引发出来。

另外呢，现在的技术可发达啦，像高通量测序技术也能帮助研究基因组印记。

通过对大量的基因序列进行测序分析，能够发现那些在表达上有偏向性的基因，也就是可能存在印记的基因。

这就像是大海捞针一样，在海量的基因信息里把那些特别的基因给找出来。

表观遗传表观遗传是研究基因在不改变DNA序列的前提下，通过某些机制引起可遗传的基因表达或细胞表现型的变化。

现象很多：DNA甲基化、基因组印记、母体效应、基因沉默、核仁显性、休眠转座子激活和RNA编辑等。

1．DNA甲基化DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。

正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的CpG二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为100—1000 bp 左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且与56% 的人类基因组编码基因相关。

由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。

通过增加位于CpG岛上的DNA的甲基，使胞嘧啶转化为5-甲基胞嘧啶。

5-甲基胞嘧啶同正常的胞嘧啶一样与鸟嘌呤配对，然而，基因组某些区域的甲基化较多，甲基化较高的区域通过不完全清楚的机制使得转录的活力减小。

甲基化的胞核嘧啶也可以从父母一方的生殖细胞保留在受精卵中，标记染色体遗传自双亲（遗传印记）。

细胞分化过程中DNA甲基化将导致组蛋白性状的变化。

某些酶（如DNMT1 ）对甲基化胞嘧啶有较高的亲和力。

如果这种酶达到DNA的“半甲基化”部分（两条DNA链中只有一个甲基胞嘧啶），这种酶将催化另一部分。

2．组蛋白修饰组蛋白修饰包括乙酰化，甲基化，泛素化，磷酸化和修饰作用。

组蛋白甲基化也证实了由相关因素导致的对接模块作为一种修饰方式的推断。

组蛋白H3赖氨酸9的甲基化与组成型转录沉默染色质（组成型异染色质）有关。

乙酰化是这些修饰中研究得最多的。

组蛋白乙酰化与基因活化以及DNA复制相关，组蛋白的去乙酰化和基因的失活相关。

乙酰化转移酶（HATs）主要是在组蛋白H3、H4的N端尾上的赖氨酸加上乙酰基，去乙酰化酶（HDACs）则相反，不同位置的修饰均需要特定的酶来完成。