植物表观遗传调节模式.pptVIP

2.3基因沉默基因沉默（genesilencing）也称基因沉寂，是真核生物细胞基因表达调节的重要手段之一。基因沉默常缘于异染色质（heterochromatin）形成，被沉默的基因区段高度浓缩。受控于ncRNA的RNAi（RNA干扰）与转录后基因沉默在分子层次上实际是同一现象。基因沉默的反应过程包括组蛋白N-端赖氨酸残基的去乙酰基化、甲基化修饰、以及甲基化组蛋白与其结合蛋白（MBP）诱发异染色质形成等。第30页，共42页，星期日，2025年，2月5日第1页，共42页，星期日，2025年，2月5日经典遗传学认为，核酸是遗传的分子基础，生命的遗传信息储存在核酸的碱基序列。如人类基因组（genome）有20000多个基因，但在成人体内的200种左右细胞中每种细胞内都只有一部分特定基因会表达。通俗地说，每个个体内虽然所有细胞都含相同的遗传信息，但由于基因表达模式不同，这些本来由同一个受精卵分裂而成的细胞经过分化后成了具有不同功能和形态的细胞，从而组成了不同的组织和器官。这种DNA序列不发生改变的情况下，基因表达发生可遗传改变的现象，就被定义为表观遗传（epigenetic）现象。第2页，共42页，星期日，2025年，2月5日在经典遗传学创立几十年后，Waddington于1942年提出表观遗传学的概念，并将其定义为研究生物发育机制的学科。最初，人们认为表观遗传只是一种表型，但随着生命科学研究的发展，基因组学不能解释的问题越来越多，表观遗传学在这样的情况下不断发展。20世纪70年代中期，人们对表观遗传的理解开始变化，Holliday对其进行了系统表述，即现在广为接受的表观遗传学概念———研究非DNA序列变化所致的可遗传的基因表达变化。在分子生物学空前发展的形势下，表观遗传学也在分子水平上得到了更为系统的研究，人们不仅发现了多种表观遗传修饰方式，而且探究了其错综复杂的生物学作用。表观遗传学现已成为生命科学领域的研究热点之一，形成了独立的分支学科。第3页，共42页，星期日，2025年，2月5日表观遗传现象就是由环境因素引起的生物细胞内遗传物质变化的结果。在相当长一段时间内，表观遗传学的研究集中在甲基化（methylation）、小RNA（smallRNA）和染色质重塑（chromatinremodeling）等方面。此外，许多论文中描述了副突变（paramutation）、亲代印记（parentalimprinting）、性别相关的基因剂量补偿效应（genedosagecompensationeffect）和转基因沉默（transgenesilencing）等典型的表观遗传现象。第4页，共42页，星期日，2025年，2月5日表观遗传学的调节机制主要包括:（1）DNA甲基化（DNAmethylation）；（2）组蛋白修饰（histonemodification）；（3）非编码RNA（noncodingRNA，ncRNA）作用等。这些调节模式易受环境影响，因此表观遗传学更加关注环境诱导的表观遗传变异。第5页，共42页，星期日，2025年，2月5日1表观遗传调节模式1.1DNA甲基化及其生理生化效应DNA高度甲基化首先会影响DNA结构，进而阻遏基因转录，引起基因沉默。真核细胞内甲基化状态有3种：持续的低甲基化状态（如持家基因的甲基化）、诱导的去甲基化状态（如一些发育阶段特异性基因的修饰）和高度甲基化状态（X染色体的甲基化修饰）。第6页，共42页，星期日，2025年，2月5日DNA甲基化的具体反应过程是DNA甲基转移酶（DNAMethyltransferase，DNMT）将S-腺苷甲硫氨酸上的甲基转移到DNA双链中胞嘧啶的第5位碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）。催化该反应的DNA甲基转移酶主要有4种：DNMT1、DNMT3A、DNMT3B和DNMT3L。在DNA复制完成后，DNMT1是催化甲基转移至新合成的DNA链上的甲基化位点反应中最主要的酶，这一现象称为维持甲基化（maintenancemethylation）；而DNMT3A和DNMT3B则负责催化核酸链上新的甲基化位点发生反应，称为形成甲基化（denovomethylation）。DNMT3L在DNA甲基转移酶家族中属于不具有甲基转移酶活性的调节酶，其主要作用是调节其他甲基转移酶的活性。第7页，共42页，星期日，2025年，2月5日第8页，共42页，星期日，2025