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故弄玄虚的表观遗传

 zhengjinbb1981 2019-01-31

生命科学里有许多名词听起来很炫、很玄、很深奥、很神秘、很高大上。其实是一层薄薄的窗户纸,真正知道他的内涵并不神秘。比如:转录、翻译、顺反子、位置花斑效应、溶源性细菌、操纵子、转座子、反转座子、表观遗传等等,非常非常多。下面就捅一下“表观遗传”这层窗户纸。


【1】表观遗传的概念 

 

     在基因的DNA序列不发生改变的情况下,基因表达水平与功能发生改变,并产生可遗传的表型。或者研究在有丝分裂及减数分裂过程中无法用DNA序列改变来解释的基因功能的可继承性改变。


    通过以上概念可知,表观遗传可以通过有丝分裂或减数分裂而遗传下去的基因功能的改变。这是一种不以NDA序列差别为基础的细胞核遗传

 

【2】捅破表观遗传的神秘面纱 

 

     根据以上表观遗传的概念,我们还是不清楚表观遗传是什么。其实表观遗传就是细胞在分裂过程逐渐分化的分子机理,也就是我们常说的基因的选择性表达,只不过表观遗传研究的是基因选择性表达或选择性沉默的具体机理而已,也就是基因表达的调控


    遗传编码的信息提供了生命必须的蛋白质模板,而表观遗传则是何时、何地、用何种方式去应用遗传学编码的信息。表观遗传告诉我们:生物绝不仅仅是基因的简单累加,生物体可以从亲本那里继承DNA序列之外的一些东西。

 

【3】表观遗传调控手段 



DNA甲基化通常是抑制基因的表达,甲基化部位主要是DNA分子中富含CPG的区域(称为CPG岛)中的C(胞嘧啶5号碳原子)被甲基化。

 



组蛋白是染色质一级结构包装的主要蛋白质,DNA分子缠绕在组蛋白分子上,因此组蛋白的修饰也会影响基因的表达。常见的组蛋白修饰包括:甲基化、酰基化、泛酰化等。

 

 

基因中的内含子部分可以发生变化,例如在某些情况下会作为外显子参与编码蛋白质。最新研究发现,一些曾今被认为是垃圾DNA(非基因片段)也具有转录活性,产生的某些非编码RNA可以调控基因的表达。

 

雌性生物(含有两条X染色体)中一条X染色体会发生随机失活而成为巴氏小体。举个例子(这个例子是我想象的),比如一个基因型为XRXr的猫,其中R控制黑色毛,r控制白色毛,由于猫的体细胞中有的体细胞XR失活,有的体细胞Xr失活,这个猫的颜色就表现为花斑(黑白相间)。

 

基因印记是个十分有趣的现象。比如,一个人的某对染色体一条来自母方,一条来自父方,虽然这两条染色体上携带的基因相同,但是,表达活性却不同,这是因为来自父方的染色体和来自母方的染色体被标上了不同记号(通常是甲基化),称为基因印记。也就是来自父母双方基因表达机会是不对等的,不一定是显性基因就一定会表达。比如:同卵双胎中男性比女性相似度高,这是因为男性只有一条X染色体,而女性含有两条X染色体,一条来自母方,另一条来自父方,同卵双胎的两个女孩,虽然都含有相同的两条X染色体,但是一个来自父方X上的基因活性高,而另一个来自母方X染色体上的基因活性高,这种情况下,同卵双胎的两个女孩表型就有一定差异。

 

细胞中还存在某一些非编码RNA,称为干扰RNA,这种RNA是由某些非编码基因表达的。干扰RNA会与某一特定基因转录产生的mRNA部分序列通过碱基互补配对形成双链RNA,从而阻止了该基因的翻译,使该基因的沉默,是一种基因敲落的手段。

 

我们知道效应B细胞会产生特异性的抗体专门针对某一种抗原,这样就产生一个问题,抗原种类那么多,机体是如何产生那么多种抗体的呢?:其实这也是表观遗传方面的问题。这个问题早已被日本学者利根川进研究清楚了。抗体多样性的原因是通过基因重排实现的。何为基因重排?这又是一个看似复杂的概念,实际却非常简单的方式,就是编码一个抗体的基因不在一起,分散在很多地方(同一染色体的不同区域,或不同染色体上),这样通过不同“地方”基因进行排列组合来进行编码抗体,这样就可以产生无限多种类的抗体。


【4】拉马克进化论死灰复燃?

 

科学家研究发现,在外界环境作用下,可以引起表观遗传,比如产生某个基因的甲基化修饰,这样外界环境引起的变异就可以遗传了,这不就是一种获得性遗传吗?因此,关于生物的进化可能是非常复杂的问题,目前以环境选择理论为主,但是环境诱导也有可能在某些不起眼的角落起着微弱的作用,或者在某些性状进化上起着巨大的作用。当然进化理论还有中性突变理论。


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