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(共20张PPT)
基因的选择性表达及表观遗传现象
基因的选择性表达导致细胞的分化
Avy基因 mRNA ASP蛋白
遗传信息的表达：基因通过指导蛋白质的合成来控制生物体的性状
毛囊黑素细胞：
胰岛β细胞：
胰岛素基因 mRNA 胰岛素
思考：小鼠毛囊黑素细胞中有胰岛素基因吗？
突变
基因的选择性表达导致细胞的分化
分析小鼠不同类型细胞中基因和mRNA的检测结果
1、这4种细胞中基因种类有差别吗？
2、这4中细胞合成的蛋白质有差别吗？如果有，分析原因。
基因的选择性表达导致细胞的分化
【资料1】随着受精卵和胚胎的发育，基因表达数目有明显的变化.
基因的选择性表达
基因的选择性表达导致细胞的分化
思考：基因的选择性表达有什么意义？
1、是细胞分化的根本原因，保证机体的正常发育。
2、各种蛋白质在需要时才合成，以适应多变的环境。
基因的选择性表达导致细胞的分化
mRNA 蛋白质 生物体性状
转录 翻译 体现
（DNA）
基因
细胞分化
选择性表达
影响
影响
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
纯种黄色体毛小鼠与纯种黑色体毛小鼠杂交，F1表型如何
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
黄色
伪黄色
探究：F1小鼠为何会出现不同毛色？
任务一
首先，F1小鼠均处于相同的培养条件下，目的是排除环境因素对性状的影响；
再者，测序结果显示不同F1小鼠的Avy基因完全一致，目的是排除了基因突变发生；
分析出现该现象可能的原因：
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
【资料2】 LTR（一种全身持续表达的强启动子序列）的DNA序列中富含CpG二核苷酸序列，其胞嘧啶（C）的5'碳位会在DNA甲基化转移酶的作用下共价结合一个甲基基团，这一过程被称为DNA甲基化。DNA发生甲基化后会导致染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式发生改变，从而影响基因的表达。启动子区DNA序列甲基化后，其与RNA聚合酶的结合能力会下降，进而使其控制的下游基因转录下降甚至丧失。
推测：F1的表型与Avy基因的甲基化水平有关。
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
说明：
白色：未甲基化
黑色：甲基化
实验验证：甲基化检测
结论：Avy基因的甲基化影响小鼠的毛色。
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
【资料3】在Avy/a小鼠胎儿期，由于母鼠食物中一些可诱发基因组DNA甲基化成分的作用，使LTR发生不同程度的甲基化，导致其驱动ASP基因表达能力的改变。伴随着Avy位点中IAP的LTR序列甲基化程度的上升，毛囊细胞会重新选择使用周期性启动子来驱动ASP基因的转录，这就是Avy/a小鼠毛色表型变化的原因所在。
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
说明：DNA的甲基化与环境有关
Randy L Jirtle；Epigenomics (2014) 6(5), 447–450
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
任务二：
探究Avy基因甲基化是否可以遗传
♀ F1 × avyavy (纯种黑毛)♂
结论：
Avy基因甲基化可以遗传
实验证据：
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
【资料4】研究表明，甲基转移酶DNMT1能够识别是否有CpG序列的甲基化仅存在于一条链中。当甲基转移酶发现了这种不平衡，它会把“失去”的甲基化加到新合成的链上。如此，当细胞增殖时，子代细胞就会拥有跟母代细胞一样的甲基化特征了。
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
表观遗传：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。
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
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。
DNA修饰
组蛋白修饰
非编码RNA调控
染色质重塑
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
从表观遗传的角度解释细胞分化现象：
表观遗传修饰包括 DNA 的甲基化及组蛋白的化学修饰等多种方式，这些分子修饰虽然对碱基的排列顺序没有任何影响，但它们能决定基因是否进行表达及其表达量，并且这些表观遗传修饰能从亲代细胞传递至子代细胞。这是基因选择性表达的分子机理，也是细胞分化的实质性原因。
组蛋白K4
位点甲基化
组蛋白K27
位点甲基化
DNA甲基化
表观遗传的应用
DNA甲基化检测为癌症早期诊断提供参考
表观遗传的应用
GSK126
化学式
GSK126浓度
H3K27me3甲基化程度（%相对于对照）
对照
50mg/kg/天
150mg/kg/天
300mg/kg/每周两次
美国药监局已经批准了两个抑制甲基转移酶DNMT1的药物作为抗癌药用于临床。它们是5-阿扎胞苷（商品名：维达扎，Vidaza）和2-氮杂-5’-脱氧胞苷（商品名：达珂，Dacogen）
肿瘤体积（mm3）
本章小结
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