遗传学表观遗传学.ppt

遗传学表观遗传学
第1页，本讲稿共35页
第2页，本讲稿共35页
第3页，本讲稿共35页
Chromosome
染色体（Chromosome ）是细胞内具有遗传性质的物体，易被碱性染料染成深色，所以叫染色体(染色质组的科学家分别公开发表于《自然》与《科学》杂志。
1999年至2006年，完成了全部23条染色体的测序工作。
第13页，本讲稿共35页
后基因组时代的概念和前沿技术
1、功能基因组学：是基因组时代的核心和焦点。其所要解决的问题包括如何识别基因组组成元素及注释重要元素的功能。
2、生物信息学 ：利用生物学数据和计算机技术对这些基因组资料进行大规模比较，寻找其最大相似性（同源性），或搜索序列上的局部特征，或研究由同一个祖先基因特化而来的对应基因。
3、比较基因组学 ：基因组的各个基因及其产物之间互相关联，互相作用。对同一物种不同个体的基因组进行比较，以及对不同物种的基因组进行比较，不仅可以揭示生命的起源、进化等重大生物学问题，还具有潜在的实用价值 。
第14页，本讲稿共35页
4、结构基因组学 即借助计算机技术，模拟出未知基因的蛋白质产物的立体结构，从而根据结构与功能的关系进行预测，还可以深入探求蛋白质为何具有特定的生物学功能。结构类识别的方法包括晶体衍射法、“穿线”法、三维模体搜索法等。
5、蛋白质组学：蛋白质随发育阶段、特定组织甚至所处环境的变迁而变化，反映了蛋白质后加工等作用，蕴藏着巨大的动态的生命活动信息量。基因序列分析难以处理的没有任何可比较序列的“孤儿”基因，有望从蛋白质组的表达变化规律中找到其生物学功能的线索，进而揭示出其在整个功能网络中的地位。蛋白质组的核心技术包括质谱分析技术。
6、整体生物学 ：是后基因组学研究的高层次发展。孤立研究某个基因组成分或其产物的功能常常难以说明问题，必须确定其在生物学功能网络上的地位，例如将其纳入生化途径中才能体现其完整的生物学功能 。
7、DNA芯片 、基因敲除 、药物基因组学
第15页，本讲稿共35页
表观遗传学的诞生
1939 年Waddington在《现代遗传学导论》一书中提出epigenetics ，当时认为表观遗传学是研究基因型产生表型的过程。
1996 年，国内学术界开始介绍epigenetics 研究，其中译名有表遗传学、表观遗传学、表型遗传修饰等10 余种，其中，表观遗传学、表遗传学在科技文献中出现的频率较高。
表观遗传学( epigenetics) —研究没有DNA序列变化的可遗传的基因表达的改变 。
第16页，本讲稿共35页
1、表观遗传学调控的分子机制 基因表达正确与否，既受控于DNA 序列，又受制于表观遗传学信息。表观遗传学主要通过DNA 的甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA 调控等方式控制基因表达 。
（1）DNA 甲基化DNA ：甲基化是由酶介导的一种化学修饰，即将甲基选择性地添加DNA 上，虽未改变核苷酸顺序及组成，但基因表达却受影响。其修饰有多种方式，即被修饰位点的碱基可以是腺嘌呤N6 位、胞嘧啶的N4 位、鸟嘌呤的N7 位和胞嘧啶的C5 位，分别由不同的DNA 甲基化酶催化。
第17页，本讲稿共35页
在真核生物DNA 中，5- 甲基胞嘧啶是唯一存在的化学性修饰碱基，CG 二核苷酸是最主要的甲基化位点。DNA 甲基化时，胞嘧啶从DNA 双螺旋突出，进入能与酶结合的裂隙中，在胞嘧啶甲基转移酶催化下，有活性的甲基从S- 腺苷甲硫氨酸转移至胞嘧啶5‘ 位上，形成5- 甲基胞嘧啶( 5mC)。DNA 甲基化不仅可影响细胞基因的表达，而且这种影响还可随细胞分裂而遗传并持续下去。
在生物发育的某一阶段或细胞分化的某种状态下，原先处于甲基化状态的基因，也可以被诱导去除甲基化，而出现转录活性 。
第18页，本讲稿共35页
哺乳动物有2 类DNA甲基化酶:一是DNMT3A和DNMT3B，负责无甲基化DNA 双链上进行甲基化和发育需要的重新DNA 甲基化，同时还参与异常甲基化的形成； 二是DNMT1， 主要参与复制后的半甲基化，即DNA 分子中未甲基化的一条子链甲基化，以保持子链与亲链有完全相同的甲基化形式，这就构成了表观遗传学信息在细胞和个体间世代传递的机制。
DNA 去甲基化是在去甲基化酶的催化下利用碱基切除和连接等步骤进行的核酸替代过程，受RNA 分子调节。
第19页，本讲稿共35页
胞嘧啶碱基上的DNA甲基化
第20页，本讲稿共35页
（2） 组蛋白修饰 组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白，是一类小分子碱性蛋白质。组蛋白有两个活性末端: 羧基端和氨基端。羧基端与组蛋白分子间的相互作用和DNA缠绕有关，而氨基端则与其他调节蛋白和DNA 作用有关，且富含赖氨酸，具有极度精细的