表观遗传学的试题例析

表观遗传学的试题例析

肖安庆1颜培辉2

（1广东省深圳市盐田高级中学深圳518083；2广东省深圳市教育科学研究院深圳51800）

摘要通过高考模拟试题例析了DNA甲基化、组蛋白修饰与染色质重塑、基因组印记、染色体失活和非编码RNA调控5种表观遗传学方式。

关键词表观遗传学例析高考模拟题

表观遗传学是指生物体基因序列保持不变、但基因表达和表现型发生可遗传的现象。该知识点是2017年版高中生物学课程标准新增加的重要概念，对学生形成正确的生命观念和科学思维具有重要意义。笔者收集和改编了有关表观遗传的试题,分析了DNA 甲基化、组蛋白修饰与染色质重塑、基因组印记、染色体失活和非编码RNA调控这5种方式。

1DNA甲基化

DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶催化下，将DNA中的某些胞嘧啶甲基化的过程，是表观遗传学最常见的方式。

例1（北京市海淀区2018届高三第二次模拟考试第2题）许多基因的启动子内富含CG重复序列。若其中部分胞嘧啶甲基化转化成5-甲基胞嘧啶,就会抑制基因的转录。下列叙述中，正确的是（C）

A.DNA单链上相邻的C和G之间通过氢键连接

B.胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变

C.胞嘧啶甲基化会阻碍RNA聚合酶与启动子结合

D.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关

解析：本题以DNA甲基化抑制基因的转录为背景,考查了学生理解能力和获取信息的能力。在DNA 单链上相邻的C和G之间通过“脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖”连接，而不通过氢键连接;胞嘧啶甲基化导致的是基因转录被抑制，不能指导蛋白质合成；由于基因的表达水平与基因的转录有关,所以与基因的甲基化程度有关;从题干中获取有效信息是解决本题C选项的关键。题干中“胞嘧啶甲基化会抑制基因的转录”这一信息，可理解为：阻碍RNA聚合酶与启动子结合,C正确'

2组蛋白修饰与染色质重塑

组蛋白是染色体上基本的结构蛋白。组蛋白的修饰有甲基化、乙酰化与去乙酰化等方式。这些修饰方式与基因的失活与开启、基因转录的调控、细胞周期和死亡等生理活动有关'

染色质重塑是指染色质位置和结构的变化。当染色质处于解螺旋状态，有利于RNA聚合酶与启动子结合，但在组蛋白修饰等方式作用下,发生染色体重塑。

例2（浙江省嘉兴市2017届高三9月模拟考试第33题改编）组蛋白去乙酰酶抑制剂MS-275是一种广谱抗肿瘤药物，已证实MS-275可以抑制膀胱癌。研究发现，将MS-275与阿霉素（ADM）合用将产生更好的疗效。通过测定对膀胱癌细胞的抑制率可判断疗效。请根据以下材料用具，回答问题。

材料与用具：膀胱癌细胞，细胞培养液，浓度分别为91、叫的MS-275溶液,浓度为n1、n2的ADM溶液，培养皿若干,CO2培养箱等。

（1）分组设计如下表'

表1MS-275与ADM联合抑癌实验分组表组别MS-275浓度ADM浓度

100

2m〔n1

（2）实验思路：①取一定数量的培养皿分成若干组并编号;②每个培养皿中均加入等量的________和________，分别按上述分组设计加入相应试剂;③把培养皿放入_______中,培养适当时间;④分别测定各培养皿中癌细胞的抑制率,统计分析数据，得出结论。

（3）研究表明，MS-275可使癌细胞染色质难以螺旋化。因此MS-275抑制癌细胞增殖,是通过MS-275使膀胱癌细胞停留在细胞周期的_______期。

解析：本题以组蛋白修饰为背景,考查学生的综合应用能力。为验证MS-275与阿霉素合用对膀胱癌细胞的抑制率，题②中应设置细胞培养液对照组和膀胱癌细胞组。为维持培养液的pH,题③中动物细胞培养应放在CO2培养箱中。综合运用有丝分裂的知识，根据题干有关组蛋白修饰的信息，是分析本题（3）的关键。题干“MS-275可使癌细胞染色质难以螺旋化”，可理解为：MS-275使膀胱癌细胞处于解螺旋状态，不进入分裂期,停留在间期。

参考答案：膀胱癌细胞细胞培养液CO2培养箱间。

3基因组印记

基因组印记（遗传印记）是指来自父本或母本的等位基因发生了修饰，精卵结合后等位基因在生长发育过程中发生不同表达的现象。有的印记基因只从父本染色体中表达，有的只从母本染色体中表达。在形成生殖细胞时，来自亲本的印记全部消除,将产生新一轮印记。

例3（广东省惠州市2018届高三第三次调研考试第32题）胰岛素样生长因子2是小鼠细胞Igf-2基因控制合成的多肽分子,对个体生长发育具有重要作用。If-2基因突变为If-2m后失去原有功能,可能产生矮小型小鼠。

（1）据资料显示，该对等位基因位于常染色体上，它们遗传时，出现有趣的“基因印迹”现象，即子代中来自双亲的两个等位基因中只有一方能表达，另一方被印迹而不表达。

据此推断基因型为Iff-2Igf-2、Iff-2Igf-2m、Iff-2m Igf-2m的小鼠表现型分别为________、_________、_________（填“正常型”、“矮小型”或“不能确定”）o

（2）为了探究该基因印迹的规律，科学家设计了以下两组实验：

8Ig匸2Igf-2x早Igf^2m Igf-2m?Ig「2Igf-2x£Igf^2m Igf-2m

Igf-2Igf-2m Tgf-2Igf-2m

正常型小鼠矮小型小鼠

甲组杂交实验乙组杂交实验

根据实验结果，得出的结论：总是被印迹而不表达的基因来自________（填“父“”或“母”）方，来自另一亲本的基因能表达。由此规律推测：将上述甲组杂交实验的子代中的雌雄小鼠交配产生的子代表现型及比例为________o

解析：本题以基因组印记为背景，考查对信息的理解和实验探究能力。题（1）中，基因Igf-2的性状为正常型，Igf-2m为矮小型,基因型Igf-2Igf-2小鼠为正常型，Igf-2m Igf-2m为矮小型。题（1）中“基因印迹现象，即子代中来自双亲的两个等位基因中只有一方能表达，另一方被印迹而不表达”这一信息中，来自亲本的两个等位基因，在基因能表达时是随机的，基因型Igf-2Igf-25的小鼠性状不能确定。题（2）中，需根据甲乙实验现象和结果，通过观察分析的研究方法，作出结论和推测。甲组和乙组的后代基因型相同，性状不同，与各自父本一致,说明被印迹而不表达的基因来自母方；甲组中后代产生Igf~2和Igf~25两种相同的雄配子,Igf~2和Igf—25两种相同的雌配子，由于后代性状由父方决定，因此后代表现型及比例为正常型：矮小型二1：1。

参考答案：（1）正常型不能确定矮小型（2）母正常型：矮小型二1:1。

4染色体失活

X染色体失活是常见的染色体失活形式。在XY性别决定中，雄性动物有1条X染色体，雌性动物有2条X 染色体。为防止基因表达相互干扰,2条X染色体，只有1条具有活性,另一条X染色体的基因发生DNA甲基化或组蛋白修饰而浓缩失活,形成巴氏小体。

例4（山东省淄博市2012届高三第二次模拟考试第2题）雌性哺乳动物在胚胎发育早期，体细胞中的X染色体中有一条随机失活（部分基因不表达）,造成某些性状异化,玳瑁猫即是典型的例子。其毛色常表现为黄色和黑色（B/b基因控制）,随机嵌合。相关叙述不正确的是（D）

A.玳瑁猫一般是雌猫，雄猫很罕见

B.玳瑁猫皮肤不同毛色的区域，毛色基因的表达情况不同

C.玳瑁雌猫的子代雄猫中黄色和黑色两种毛色大约各占一半

D.玳瑁雄猫的产生都是由于初级卵母细胞减数第一次分裂时同源染色体未分离造成的

解析:本题以玳瑁猫染色体失活为背景,考查学生对已有信息的理解与分析能力。根据题中信息“体细胞中的X染色体中有一条随机失活（部分基因不表达"”，可认为：猫在胚胎发育早期，雌猫体细胞中的2条X染色体中1条随机失活，表现为玳瑁猫，雄猫一般只有1条X染色体,罕见为玳瑁猫；由于X染色体随机失活，玳瑁雌猫皮肤不同毛色的区域，毛色基因的表达情况不同;玳瑁雌猫为杂合子,子代雄猫黄色和黑色的比例是1：1;玳瑁雄猫（X B X b Y）由含X B X b的卵细胞和含Y的精子结合形成,或由含X B的卵细胞和含X b Y 的精子结合形成,或由含X b的卵细胞和含X b Y的精子结合形成，因此玳瑁雄猫的产生可能是初级卵母细胞或者初级精母细胞减数第一次分裂时同源染色体未分离造成的,D错误。

5非编码RNA调控

虽然非编码RNA不编码蛋白质，但能在基因组水平对基因表达进行调控,如介导mRNA降解、转录后基因沉默、干扰细胞分化等形式。

例5（四川省大教育联盟2017届高三第三次诊断性考试第6题）真核细胞中的miRNA是一类由内源基因编码的RNA分子，它能识别靶mRNA并与之发生部分互补结合，从而调控基因的表达。据此分析，下列