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第3节
基因选择性表达导致细胞的差异化
第二课时
一、表观遗传机制调控基因表达
×
亲代
两侧对称花形态有差异
辐射对称花
子一代
子二代
背景知识：
花的对称类型是按照形态学进行生物分类的重要依据，一般而言，花对称方式不同意味着属于不同物种。
两侧对称花
辐射对称花
一、表观遗传机制调控基因表达
两侧对称花
辐射对称花
两侧对称花
辐射对称花
柳穿鱼
金鱼草
已知：金鱼草花的对称类型由cyc基因控制。推测：柳穿鱼存在类似基因
一、表观遗传机制调控基因表达
柳穿鱼DNA中找到了与cyc基因相似度达87%的核苷酸序列，称为Lcyc基因
提示科学文献中基因的碱基序列只写非模板链的
追问：野生型和突变型柳穿鱼在该基因碱基序列上有差异吗？
柳穿鱼花的野生型（两侧对称）和突变型（辐射对称）在Lcyc基因上只有一个碱基差异，且不位于编码蛋白质的序列之中
差异
碱基
疑惑：表达的蛋白质应该一样呀
一、表观遗传机制调控基因表达
不同发育阶段野生型柳穿鱼花中Lcyc基因转录（深色）情况如上图所示。
突变型柳穿鱼中不同发育阶段均未检测到Lcyc基因的转录。
追问：野生型和突变型柳穿鱼中Lcyc基因的表达情况不同，这是什么原因导致的呢？
一、表观遗传机制调控基因表达
突变型柳穿鱼中Lcyc基因不表达，这可能与该基因发生甲基化有关。
排除其它可能抑制Lcyc基因表达的因素之后，我们就可以说：突变型柳穿鱼中Lcyc基因发生甲基化，导致该基因不能表达。
一、表观遗传机制调控基因表达
DNA甲基化
在酶的催化下，DNA中的某些胞嘧啶会发生甲基化，阻碍转录的发生，使甲基化部位的基因不能表达。
一、表观遗传机制调控基因表达
DNA甲基化
一、表观遗传机制调控基因表达
基因型相同，表型不同
背景知识
已知：小鼠基因Avy是由基因A变化而来（两者差异在非编码序列，编码序列是相同的）， Avy 和A表达能合成黄色色素，a基因表达能合成黑色色素。
低表达
高表达
一、表观遗传机制调控基因表达
追问
Avy甲基化能遗传吗？
Avya黄色
Avya斑驳色
Avya伪黑色
Avya×aa，亲子代中aa个体均省略
一、表观遗传机制调控基因表达
Avya黄色
Avya斑驳色
Avya伪黑色
Avya×aa，亲子代中aa个体均省略
问题
实验的自变量有哪些？
根据实验结果判断：Avy甲基化是通过父本还是母本传递的？
一、表观遗传机制调控基因表达
Avya黄色
Avya斑驳色
Avya伪黑色
Avya×aa，亲子代中aa个体均省略
问题
什么因素会在不改变基因的情况下影响基因表达呢
一、表观遗传机制调控基因表达
与生活的联系
有研究表明，吸烟会使人体的体细胞内DNA甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。而且，吸烟还可能导致精子中DNA甲基化水平明显升高，精子活力下降。
说明：
DNA的的甲基化一般会抑制相关基因的表达
组蛋白和DNA结合形成染色体。组蛋白质修饰可以改变其与DNA的结合情况，从而促进或抑制基因的表达
一、表观遗传机制调控基因表达
组蛋白修饰
组蛋白修饰真核细胞染色质的基本结构是由DNA和五种组蛋白(H1、H2A、H2B、H3和H4)组成的核小体。核小体之间由一段短的DNA相连,形成在电子显微镜下可观察到的“串珠”结构(图1-28)。
一、表观遗传机制调控基因表达
RNA干扰
一、表观遗传机制调控基因表达
RNA干扰
在进行转录后，产生的RNA可能形成局部双链。宿主细胞中的一种特殊的核酸酶(Dicer)可以识别这种“异常的”双链RNA，并将其切割成21~25 bp的RNA片段(siRNA)。siRNA可与一些蛋白质结合形成复合体。复合体中siRNA的一条链被降解，另一条链可与其碱基互补的 mRNA结合,使这条mRNA被切割,从而阻断了翻译过程,这个过程称为RNA干扰。
一、表观遗传机制调控基因表达
一、生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象，叫作表观遗传
柳穿鱼Lcyc基因的甲基化抑制了基因表达，小鼠Avy基因前端的甲基化抑制了基因表达
二、表观遗传修饰的方式有DNA的甲基化、组蛋白的甲基化、乙酰化等
三、环境因素可以引起表观遗传修饰
一、表观遗传机制调控基因表达
四、表观遗传普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中
同卵双胞胎的微小差异
蜂群中蜂王和工蜂
视蛋白由三个基因编码：OPN1LW（负责长波光的感知）、OPN1MW（负责中等波长光的感知）和OPN1SW（负责短波光的感知），每个视锥细胞的两份基因中只有一份可以表达，一个视锥细胞上只有一种视蛋白。
从基因工程到基因编辑
2017年实现的“基因编辑" ( gene editing )，是一种比较精确地对生物体基因组特定基因进行操作的基因工程技术，可以理解为像编辑文档中的文字一样，对DNA分子中某个或若干个特定脱氧核苷酸进行替代、删除或增加。目前应用较广的基因编辑工具是CRISPR/Cas9系统，它使得科学家能够按照设计，在活细胞中比较精准地改变几乎所有的特定基因。
从基因工程到基因编辑
简单地说，该向导RNA能够与目标生物基因组中特定DNA片段的一条单链进行碱基互补配对。向导RNA与Cas9结合后，在目标生物的DNA 上“巡航"，寻找到目标DNA片段后，向导RNA就与目标DNA的一条链互补配对结合,使Cas9正确定位，并对目标DNA的两条链进行切割，使之断裂。
从基因工程到基因编辑
1．有人认为:“表型（性状)改变一定是基因中碱基序列的改变引起的。”你是否认同 请阐明理由。
2. DNA甲基化是指在DNA碱基上选择性添加甲基，是表观遗传中常见的现象之一。某些基因非编码区的-CCGG-位点被甲基化后，使______酶不能与之结合，抑制转录过程，从而导致生物的______发生改变。去甲基化后，该基因恢复功能。
RNA聚合
表现型
从基因工程到基因编辑
3. 研究发现：小鼠胚胎中只要来自父方的A、a基因均不会甲基化（原来甲基化的基因去甲基化），来自母方的A、a基因均被甲基化。现有纯合矮小雌鼠（aa）与纯合正常雄鼠（AA）杂交，则F1的表现型为______，F1雌雄个体随机交配，F2的表现型及比例为______。
4. 控制小鼠毛色的灰色基因可突变成黄色基因，也可突变成黑色基因，说可基因突变具有______特点。
不定向
正常：矮小=1：1
全部正常
THANKS

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