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第2章 第三节
基因的选择性表达
及表观遗传现象
为什么基因会有差异表达呢？
受精卵
分裂生长分化
各种细胞组织器官
红细胞、上皮细胞
肌肉组织、神经组织
心脏、肺、皮肤
寻找证据
思考：
1. 随着受精卵和胚胎的发育，细胞逐步分化，基因表达数目有明显的变化，说明了什么问题？
2. 生物体在生长发育的不同时期，形态发生了明显的变化，基因表达的数目也不同，基因的表达与细胞分化有什么关系？
不同细胞表达的基因种类不同，细胞表达的基因种类影响细胞分化。
果蝇眼部结构
Essential Cell Biology 5th
果蝇胚胎Eve蛋白的表达
红细胞
胰岛B细胞
皮肤表皮细胞
功能
运输氧气
蛋白质
血红蛋白
调节血糖浓度
胰岛素
保护
角蛋白
不同种类的细胞的功能和对应的蛋白质
细胞类型
基因
蛋白质
1
2
3
细胞类型
一、基因的选择性表达导致细胞的分化
1.细胞分化的本质是基因选择性表达的结果
细胞分化过程中，基因表达的数目和表达水平都发生了变化。也就是说，不同细胞表达的基因数目和基因表达水平都不尽相同，这就是基因的选择性表达。
F A A2
胎儿 90% 5~10%
成人 1% 97% 2%
血红蛋白种类
阶段
人体不同时期血红蛋白种类和比例
一、基因的选择性表达导致细胞的分化
2.基因的选择性表达受基因和环境的共同控制与影响。
基因表达 调控
适应环境
防止浪费
在基因序列不变的前提下，基因的表达却发生了变化，原因是什么呢？
Randy L Jirtle；Epigenomics (2014) 6(5), 447–450
寻找证据
DNA 甲基化是指给DNA 的碱基添加甲基（—CH3）
甲基化
胞嘧啶
5-甲基胞嘧啶
胞嘧啶甲基化反应
思考：
1.从小鼠毛色变化来看，编码毛色相关蛋白的A 基因DNA 序列及调控A 基因表达的a 序列都没有变化，小鼠的毛色却发生了变化，说明什么问题？
思考：
2. DNA 的甲基化对小鼠毛色的影响，在小鼠的子代中仍然出现，进而导致小鼠毛色的变化，说明了什么？
Hugh D. Morgan et.al;Nature genetics 1999
DNA 甲基化会改变基因的表达，导致基因控制的性状发生改变。而且，这种DNA甲基化对基因表达的影响还可以传递给子代。
因此，性状的改变并非完全由基因改变引起。
二、表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
二、表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
某些基因中碱基序列不变但表型改变的现象属于表观遗传。
组蛋白修饰
组蛋白修饰是指组蛋白的某些氨基酸被加上或去掉一些化学基团，包括添加甲基、乙酰基，或去掉甲基、乙酰基等。
小资料
乙酰化
甲基化
磷酸化
泛素化
甲基供体
染料木素
乙醇
辐射
高甲基化
高甲基化
高甲基化
高甲基化
去甲基化
去甲基化
双酚A
体外培养
Randy L Jirtle；Epigenomics (2014) 6(5), 447–450
1942年
1987年
1994年
没有DNA序列变化的可遗传的基因表达改变
1999年
表观遗传学的发展
表观遗传学的应用
DNA甲基化检测为癌症早期诊断提供参考
危险系数
健康
确诊后
确诊前0~1年
确诊前1~2年
确诊前2~3年
确诊前3~4年
Xingdong Chen et.al. NATURE COMMUNICATIONS | (2020) 11:3475
表观遗传学的应用
GSK126
化学式
Nature . 2012 vol. 492
GSK126浓度
H3K27me3甲基化程度（%相对于对照）
肿瘤体积（mm3)
对照
50mg/kg/天
150mg/kg/天
300mg/kg/每周两次
时间（天）
小结
基因的选择性表达
细胞分化
表观遗传
基因碱基序列不变
DNA甲基化
组蛋白修饰
基因的
表达变化
表型变化
导致
导致

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