【教学资源】解惑而后传道︱表观遗传学知识与教学谈

文摘   2024-10-15 22:52   安徽  


1.表观遗传是什么?
表观遗传的英文单词是Epigenetics,“EPi”意为“在.......之外的”,所以整个单词意为在基因之外的遗传,具体包含了两层含义:
(1)碱基序列保持不变,只是在基因层面上发生修饰;
(2)可遗传的。
两者缺一不可。这也就说明表观遗传不属于孟德尔遗传,因为孟德尔遗传是基因层面的遗传,而表观遗传属于基因修饰层面的遗传。

2.表观遗传有哪些类型?

2.1副突变

副突变是在转录层面发生的修饰,本质为RNA干扰(RNAi),主要机制为siRNA 和microRNA的沉默机制。

在这个例子中,之所以子一代B-1B’呈现浅绿色,就是因为B’基因干扰了B-1基因的表达,使得植株只表现出了B’基因控制的形状。

具体原理是:B’转录产生的RNA在MopⅠ(一种副突变介导因子)的作用下形成双链RNA,随后ZmDCL3酶切割成siRNA(siRNA是一种长约21-25bp的小RNA),siRNA结合并激活RISC(一种RNA诱导的沉默复合体),siRNA与B-1的RNA碱基互补配对,随后激活的RISC将其沉默。


另外一种RNA沉默机制是miRNA(22bp左右的非编码单链RNA分子)引导的,具体机制如下:首先由基因组转录形成长链pri-miRNA,经双链RNA核酸酶Drosha作用形成70-100bp长度的pre-miRNA,pre-miRNA随后被Exportin5介导从细胞核转运至细胞质,被双链RNA核酸酶Dicer作用加工形成单链成熟miRNA。MiRNA与RISC结合,随后与靶mRNA结合并将其降解。



因此RNA干扰的本质是通过影响基因的表达产物而发挥作用,并没有作用于特定基因,而是使基因表达不能进行到底。

2.2RNA编辑

RNA编辑是指DNA序列未变,但其转录产物RNA发生的碱基加入、丢失或替换等现象。如:载脂蛋白的表达,载脂蛋白是血液中运输脂质的蛋白质,载脂蛋白基因突变可形成不同表型的载脂蛋白,诱发一系列疾病。同时研究发现,载脂蛋白也受RNA编辑的调控:载脂蛋白B(ApoB)基因具有29个外显子,肝细胞转录产生的RNA第2153个密码子为CAA,翻译产生4563个氨基酸残基的蛋白,而肠细胞中发生了RNA编辑,CAA变为了终止密码子UAA,翻译产生的蛋白质只有2152个氨基酸残基。


2.3组蛋白修饰

组蛋白修饰是指组蛋白在相关酶的作用下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修饰的过程。未修饰前,组蛋白缠绕在DNA分子上,使之成为紧密结构并调节基因的活化度——基因表达时将其松开暴露出碱基序列,不表达时则紧密缠绕;发生修饰后,表观遗传因子会结合到组蛋白尾部影响其缠绕DNA的松弛度及基因的活化度。


2.4染色质重塑

染色质重塑指在DNA复制、基因重组和表达等过程中,染色质的包装状态、核小体中组蛋白以及对应的DNA分子发生改变的机理。

具体机制由如下两种假设:



2.5基因组印记

在组织和细胞中,基因的表达具有亲本选择性,即只有一个亲本的基因表达,另一个亲本的等位基因不表达或表达程度很低,不表达或表达程度很低的基因被称为印记基因。







XIST基因和TXIS基因时位于X染色体上的一对碱基序列相反的基因。Xi染色体的Tsix基因启动子被甲基化无法表达,Xist基因正常表达,转录出的RNA结合到X染色体各处,导致染色体失活;而Xa染色体的Tsix基因可正常表达,转录产生的RNA与Xist的RNA互补配对,使得染色体保持活性。

接下来,梁老师科普了一下基因印记的引发的遗传病以及一些有趣的现象,如亲缘印记的影响等,若将其作为拓展知识科普给学生,可以提高课堂的趣味性。








最后,梁老师表达了对老师们的期盼,生物学科的发展日新月异,很多知识都在不断更新,这对老师的学习能力提出了很大要求,希望我们都能如梁老师所愿,解惑而后传道,将新时代生物学教学推向一个新高度。

辑稿 | 朱晨兵
来源 | 生命教育观察

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