第十一章表观遗传学

第十一章表观遗传学

重点内容提示：

一、表观遗传学

表观遗传学是于遗传学相对应的一门科学，是指DNA序列不发生转变但基因表达却发生了可遗传的改变，它包括三个层次的含义：一是可遗传性，二是基因表达的可变性，三是无DNA序列的转变或不能用序列转变来讲明。

二、表观遗传修饰

1．DNA甲基化。DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，将一个甲基添加在DNA分子的碱基上，最多见的是加在胞嘧啶上。DNA甲基化是最先发觉DNA修饰途径之一，它直接制约基因的活化状态， DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化诱导基因的从头活化和表达，对基因表达起重要调剂作用，爱惜基因组的稳固性。DNA甲基化与肿瘤疾病的发生进展有重要的关系，抑癌基因CpG 甲基化可致使抑癌基因的表观遗传学转录失活，直接参与肿瘤的发生机制，是肿瘤研究的新型生物学指标。

2．组蛋白修饰。组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化和磷酸化，组成多种多样的组蛋白密码，作为一种识别标志，为其他蛋白与DNA的结合产生协同或拮抗作用。

3．DNA相关沉默。反义RNA、非编码RNA和RNA干扰均能异染色质形成，引发RNA的相关沉默。

三、遗传印记

1．遗传印记。是指不同亲本来源的一对等位基因之间存在功能上的不同，它在长期进化中形成，哺乳动物的正常发育起着重要作用。DNA甲基化是产生遗传印记的要紧缘故。

2．遗传印记特点。一是遗传印记遍及基因组，二是遗传印记的内含子小，雄性印记基因重组率高于雌性印记基因。三是印记基因组织特异性表达，四是遗传印记活着代中能够逆转。

四、X染色体失活

在哺乳动物中，雌雄性个体X染色体的数量不同，这种动物一X染色体失

活方式来解决X染色体剂量的不同。在雌性哺乳动物中，两条X染色体有一个是失活的，成为X染色体剂量补充。X染色体失活的选择和起始发生在胚胎发育的初期，此进程被称为X失活中心所操纵，是一种反义转录调控模式。那个中心存在着X染色体失活特异性转录基因，当失活的命令下达时，那个基因酒会产生一个17kb不翻译RNA与X染色体结合，引发失活，X失活中心具有“记数”的功能，既维持每一个二倍体中仅有一条X染色体有活性，其余全数失活。

五、表观遗传与疾病和衰老

表观遗传转变是渐变的而非突变的遗传进程，也可称为表观遗传漂变。常见的表观遗传学异样有染色体不稳固、智力发育障碍和癌症。

表观基因组在发育、生长和衰老进程中存在着一个动态转变的进程，DNA 甲基化水平增高和降低，都与人的衰老进程相关，衰老进程中某些细胞会发生年龄相关的转变，形成与年龄相关的疾病。

六、表观遗传学的生物学意义

表观遗传学是对“中心法那么”的补充，熟悉到核酸不是存储遗传信息的惟一载体，有些因素阻碍基因的正常转录和翻译，对表观遗传中各类因子的突变致使的疾病的研究有助于人类了解表观遗传机制，进而指导疾病的医治和新药的研制。

第十二章基因操作、定位与克隆

重点内容提示：

一、重组DNA技术

重组DNA技术是此刻分子生物学的核心技术之一，利用它能够令人类依照需要选择目的基因，在体外进行重组，再利用必然的基因转移方式将重组的DNA 导入另一细胞或生物体内，使之在受体细胞中增殖和表达。重组DNA 技术的要紧工具是工具酶和载体。

1．限制性核酸内切酶。能识别双链DNA分子中某些特定位点，从核酸分子内部切割磷酸二酯键生成DNA片段的一种酶。都是从原核生物中发觉分离提纯的，分为三类。

2．DNA连接酶。限制酶切割产生的突出结尾很短，两个互补结尾间的氢键

连接很弱，需要通过DNA连接酶在两个相关分子间作用弥合切口易于形成共价键将两个片段连接起来。

3．载体。在体外重组DNA必需有一工具能将外源DNA输送到宿主细胞内以进行扩增和表达的工具，确实是载体。经常使用载体有：质粒、λ噬菌体、黏粒、细菌人工染色体和酵母人工染色体。

4．基因组文库：指将基因组DNA通过限制酶部份水解后，取得许多大小不等的随机DNA片段随机地同相应的载体重组、克隆，所产生的克隆群体代表了基因组DNA所有的序列。

5．cDNA文库：特殊类型细胞表达的mRNA通过度离这些细胞的mRNA合成DNA拷贝被克隆，即克隆到质粒或λ噬菌体载体中。如此的DNA拷贝称为互补DNA（cDNA），克隆了如此的mRNA的DNA拷贝即cDNA克隆。含有全数cDNA的大量克隆就称为cDNA文库。

二、分子杂交

应用特异性探针在复杂的待检DNA中，依据碱基互补配对原理来鉴定其同源DNA的进程。在DNA、RNA和蛋白质不同水平经常使用相应的杂交方式有三种，即Southern印迹、Northern印迹Western印迹。

三、聚合酶链反映

聚合酶链式反映（PCR）是一种体外DNA 扩增技术，是在模板DNA、引物和4种脱氧核苷酸存在的条件下，依托于DNA聚合酶的酶促反映，将待扩增的DNA片段与其双侧互补的寡核苷酸链引物经“高温变性——低温退火——引物延伸”三步反映的多次循环，使DNA片段在数量上呈指数增加，从而在短时刻内取得咱们所需的大量的特定基因片段。

四、基因定位

基因定位是利用必然的方式将一个基因确信到染色体的实际位置上，经常使用方式有连锁分析、体细胞杂交、原位杂交和荧光原位杂交。

五、基因克隆

在基因定位的基础上，用必然的方式进行分离，进一步研究它们的结构与功能。能够先研究表型的功能和功能再定位克隆基因，也能够先进行基因定位在研究基因的功能，还能够利用定位和非定位的信息相结合来克隆基因，即依照一

些基因的位置、表达、功能或同源性性相结合鉴定候选基因。

第十三章人类基因组打算

重点内容提示：

一、人类基因组打算（HGP）

人类基因组打算旨在说明人类基因组23对染色体上30亿个碱基对的序列，发觉所有人类基因及其在染色体上的位置，破译人类全数遗传信息。其研究要紧包括：成立遗传图，构建物理图，最后通过测序完成序列图和基因图。由美国国家科学院（NAS）人类基因组制图和测序委员会制定的最终完成的序列精度要求达到：①错误率低于1/1000；②序列必需是持续的，即没有缺口；③序列所用的克隆能忠实地代表基因组的结构。在HGP的实施进程中又提出了工作框架的概念，即在BAC克隆水平测序的覆盖率不该少于3倍，至少取得基因组90%以上的序列，且错误率应低于1%。

二、遗传图

遗传图，又称为连锁图，是利用连锁分析的方式将每条染色体上基因或遗传标记的相对位置确信下来而构建的基因组图。遗传图中基因座之间的相对距离以遗传距离（cM）来衡量。

三、物理图

物理图包括两方面的内容：一是将散布于整个基因组的序列标签部位（STS）在每条染色体上的排列顺序确信下来；二是在此基础上构建覆盖每条染色体的YAC和BAC邻接克隆群。物理图的图距单位为Mb、kb、或bp。

四、序列图

序列图是通过对全基因组DNA进行序列分析而成立的，是分子水平最高层次、最详尽的物理图，它要求的是一种高效率的规模性测序，并将每一个DNA

片段按其在染色体上的真实位置进行准确的排列，从而取得人类基因组全数碱基排列的原貌。

五、基因图

基因图是在人类基因组中找出全数基因的位置、结构与功能。通过提取特定生长发育时期或特定组织器官中表达的mRNA并进行逆转录即可取得cDNA或称