遗传学课件第9章+基因表达调控及表观遗传学
表观遗传学教学课件
04
表观遗传学研究方法
基因组学技术
基因组测序
通过全基因组测序技术，可以检测基因组中的变异和表观遗传修饰，了解基因表达的调 控机制。
甲基化测序
甲基化测序技术可以检测基因组中DNA甲基化的水平，研究甲基化与基因表达的关系。
生物信息学分析
数据挖掘
利用生物信息学方法对大规模基因组 数据进行挖掘，寻找表观遗传修饰与 基因表达之间的关联。
详细描述
非编码RNA在表观遗传学中发挥重要作用， 它们通过与mRNA相互作用，影响基因表达 的转录和转录后水平。非编码RNA的异常表 达与多种疾病的发生和发展密切相关。
组蛋白修饰
总结词
组蛋白修饰是指组蛋白上的化学基团， 如乙酰化、甲基化和磷酸化等。
VS
详细描述
组蛋白修饰能够影响染色质的结构和基因 表达，与细胞分化、发育和肿瘤形成等生 物学过程密切相关。组蛋白修饰的异常与 多种疾病的发生和发展密切相关。
80%
药物研发
表观遗传学研究有助于发现新型 药物靶点，推动药物研发的创新 和进步。
表观遗传学面临的挑战与问题
技术难题
表观遗传学研究涉及多种复杂技 术，如高通量测序、染色质免疫 沉淀等，技术难度较大，需要专 业人员操作。
数据解读与分析
表观遗传学研究产生大量数据， 如何准确解读和分析这些数据是 一个挑战。需要发展新的数据分 析方法和算法。
个体化治疗
表观遗传学研究有助于实现个 体化治疗，即根据患者的表观 遗传学特征，制定个性化的治 疗方案。例如，针对特定基因 的靶向治疗等。
疾病预防
表观遗传学研究还有助于疾病 的预防。例如，通过调整饮食 和生活方式等，可以改变个体 的表观遗传学特征，从而预防 某些疾病的发生。
基因表达调控和表观遗传学
基因表达调控和表观遗传学基因是控制生物体发育、生长和功能的最基础的遗传单元。
但是，基因并不是静态地存在于细胞核中，而是被调控着表达，并实现每个细胞和整个生命体系的功能。
基因表达调控是指在基因转录和翻译的过程中，通过转录因子、核糖体等多种分子机制从外部环境和内源性信号中完成对基因表达的精确调节，以确保基因的正常表达，维持生命活动的平衡。
而表观遗传学，则是通过修饰染色体结构和DNA 本身的化学改变，来影响基因表达以及后代细胞和个体的遗传特征。
基因表达调控的分类基因表达调控有两种基本的模式：正向调控和负向调控。
正向调控是指蛋白质转录因子与DNA结合后，启动基因的转录和翻译过程，使其表达和合成；而负向调控则是指结合蛋白质转录抑制因子与DNA，阻止基因转录和翻译的进行。
这两种模式的调控因素可以是外源性信号、内源性因素、细胞周期等多种生物因素。
基因表达调控的分子机制基因表达调控的分子机制主要是通过转录因子、启动子、剪切体等多种分子复合物的结合和相互作用，来实现对基因表达的正常和精确调节。
在转录因子的调节下，基因启动子可被开放，RNA聚合酶能正常转录DNA，逐步形成RNA链，而后在核质中进行翻译，启动运行细胞分子的生产和代谢活动。
同时，剪切体的作用则能够取决于RNA的修饰方式，以及RNA的分子结构，进行后续的转译调控。
表观遗传学的种类表观遗传学是指不涉及DNA序列本身改变的基因遗传学领域，而是指基于DNA核苷酸和蛋白质之间的化学修饰，从而影响基因表达和功能。
表观遗传学的种类主要包括甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、转录后修饰等。
甲基化是指DNA和某些蛋白质上添加甲基基团，从而影响基因或染色体结构可达到调控目的。
组蛋白修饰则是指调节或重塑染色体之间的相互作用，从影响基因包装和通路的方式来实现基因表达的控制。
而染色质重塑通过染色质突变、显微操作、某些细胞周期等手段，对染色质结构进行重塑，以更好地实现对基因的调控和功能调整。
基因表达调控ppt
车辆维护保养制度一、检查柴油、冷却水及废气处理箱用水是否充足，有无渗漏油、水现象。
二、检查柴油机机油量是否符合要求。
三、检查车辆是否有缺损件、各附件联接良好是否可靠。
四、排除行驶中出现的故障。
五、每次收车必须清洗废气处理箱防爆栅栏。
六、清洗空气滤清器；七、清洁、擦洗车辆。
第三节车辆一级保养(紧固、润滑)一、仔细清洗车辆各总成外部。
二、清洗空气滤清器，清除滤芯积尘，必要时更换滤芯，清洗废气处理箱及柴油机进气箱防爆栅栏拆开后清洗；三、检查柴油机、变速箱、后桥内润滑油面高度及油质，必要时添加或更换；检查液压油箱油面高度及油质，必要时添加或更换；四、检查各部件连接情况，如有松动，加以紧固，连接件损坏，予以更换。
重要检查部件有以下：1、柴油机及变速箱、后桥与车架的连接；2、前后桥半轴与轮毂之间的连接；3、检查传动轴紧固情况；4、各轮螺母的紧固情况；5、前、后板弹簧的紧固情况；6、废气处理系统及进气系统的紧固情况；7、车厢与车架的紧固情况；8、转向纵、横拉杆铰链的连接；9、驾驶室与车架的联接。
五、检查并调整风扇和发动机皮带松紧程度(在皮带中部用手压下时，皮带应被压下15mm~25mm)，如过松或过紧都应予以调整。
第四节二级保养保养间隔：每行驶5000km保养项目：一、一级保养的所有项目；二、清洗机油滤清器和曲轴箱，并更换机油；三、用清洁的柴油或煤油清洗柴油滤清器滤芯和壳体，如有堵塞变形应予以更换。
四、用清洁柴油清洗柴油箱；五、清除活塞顶部积炭；六、检查调整气门间隙，必要时进行研磨；七、检查喷油压力以及雾化情况，必要时进行修理或更换零部件；八、检查离合踏板和制动踏板自由行程，必要时进行调整；九、检查制动摩擦片及制动鼓之间的间隙，必要时进行调整；十、保养启动电机和发动机；十一、检查前束和方向盘自由转动量，必要时进行调整；第五节三级保养(全面解体、消除隐患)保养间隔：每行驶20000km保养项目：一、按二级保养所有项目进行保养；二、拆检柴油机总成，包括曲轴主轴承径向间隙，曲轴轴向间隙、配气相位、供油提前角、油嘴提前角、油嘴喷油压力，清洗气缸体、机油汲油盘滤网及主轴道；三、拆检调整离合器总成，润滑分离轴承及变速箱第一轴承；四、拆检变速箱总成，更换润滑油，润滑转向立柱上端轴承；五、拆检并清洗变速箱、后桥、差速器，按要求调节轴承松紧程度和锥齿的啮合情况，更换润滑油；六、拆检停车制动及工作制动制动器；七、保养启动电机、水泵等；八、拆检转向器，润滑转向节及纵、横拉杆各接头。
遗传学表观遗传学PPT课件
分别催化组蛋白泛素化和去泛素化反应，参与转录调控和DNA损伤修 复。
染色质重塑过程及影响因素
ATP依赖的染色质重塑复合物
01
利用ATP水解产生的能量改变核小体结构，使DNA易于接近转
录因子。
组蛋白变体
02
替换常规组蛋白，改变染色质结构和功能。
非编码RNA
03
简要介绍lncRNA的发现、分类及特点。
lncRNA在表观遗传学中 的角色
详细阐述lncRNA在染色质修饰、转录调控 等表观遗传过程中的作用，以及其与疾病发
生发展的关系。
其他类型非编码RNA在表观遗传学中的影响
要点一
circRNA等其他类型非编码RNA 概述
简要介绍circRNA等其他类型非编码RNA的发现及特点。
microRNA在表观遗传学中作用
microRNA概述
简要介绍microRNA的发现、生物合成及作用机制。
microRNA在表观遗传学中的作用
阐述microRNA如何通过影响染色质修饰、DNA甲基化等表观遗传过程参与基因表达 的调控。
长链非编码RNA（lncRNA）在表观遗传学中的角色
lncRNA概述
要点二
其他类型非编码RNA在表观遗传 学中的影响
阐述这些非编码RNA如何通过影响表观遗传过程参与基因 表达的调控，以及它们与疾病发生发展的关系。
06
表观遗传学在医学领域应用前景
肿瘤发生发展过程中表观遗传学改变
DNA甲基化异常
在肿瘤中，DNA甲基化模式的改变是一种常见的表观遗传学现象， 可导致基因表达的异常激活或抑制。
THANKS
感谢观看
催化甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸转移到DNA的胞嘧啶残基上，形成5-甲基胞嘧啶。
遗传学课件第9章+基因表达调控及表观遗传学
染色体上基因的重排是DNA水平基因表达调控的另 一形式，也叫体细胞重排（somatic recombination） ，是抗体多样性发生的机制之一。通过体细胞重排 ，淋巴细胞前体细胞中的DNA序列被剪接，形成重 排的基因，从而产生高度的抗体多样性，以对抗自 然界不同的抗原。
负控制阻遏体系研究得较多的是大肠杆菌的色氨 酸（trp）操纵子。
色
氨
酸
操
调节基因
纵
子
问题：如果调节基因
调
trpR突变，会怎样？
节
基
Hale Waihona Puke 因表 通过这种调控方式，细 达 胞只在需要Trp时才制
造Trp，这是Trp操纵子
在第一水平上的调控。
在缺乏色氨酸的状态下，色氨酸操纵子的转录速率 是在有色氨酸存在的状态下的70倍。 由此可见， 色氨酸操纵子在第一水平上调控的重要性。
真核生物基因表达的特点是细胞 的全能性和基因表达的时空性。
看家基因（housekeeping genes）：负责合成 一些与维持细胞生命及增殖所必需的一些蛋 白质如组蛋白、核糖体蛋白、代谢酶、结构 蛋白等的基因。也就是说，在各类不同的细 胞中均表达的一组基因，高等真核生物中其 数目约在10 000左右。
乳糖操纵 子的作用 机制
在缺乏乳糖分 子存在时（上 半部分）和有 乳糖分子时 （下半部分）
问题：lacI－ 中，为什么无 论有否乳糖分 子存在，3个 结构基因均大 量表达？
表观遗传学课件(带目录)
表观遗传学课件一、引言表观遗传学是研究基因表达调控机制的一门学科，它涉及到基因序列不发生变化，但基因表达却发生了可遗传的改变。
这种调控机制对于生物体的生长发育、细胞分化、疾病发生等过程具有重要作用。
本文将对表观遗传学的基本概念、调控机制及其在疾病中的应用进行详细阐述。
二、表观遗传学的基本概念1.基因表达调控：基因表达调控是指生物体通过一系列机制，控制基因在特定时间和空间的表达水平。
基因表达调控是生物体生长发育、细胞分化、环境适应等生命现象的基础。
2.表观遗传修饰：表观遗传修饰是指在基因的DNA序列不发生改变的情况下，通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等机制调控基因表达的过程。
3.表观遗传学的研究内容：表观遗传学主要研究基因表达调控的分子机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、非编码RNA调控等。
三、表观遗传学的调控机制1.DNA甲基化：DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶的催化下，将甲基基团转移至DNA分子的过程。
DNA甲基化通常发生在基因的启动子区域，抑制基因表达。
2.组蛋白修饰：组蛋白修饰是指在组蛋白分子上发生的一系列化学修饰，如乙酰化、磷酸化、甲基化等。
这些修饰可以改变组蛋白与DNA的结合状态，从而调控基因表达。
3.染色质重塑：染色质重塑是指染色质结构发生变化，使基因的表达状态发生改变的过程。
染色质重塑可以通过改变核小体结构、DNA甲基化、组蛋白修饰等方式实现。
4.非编码RNA调控：非编码RNA是指不具有编码蛋白质功能的RNA分子，包括miRNA、lncRNA、circRNA等。
这些RNA分子可以通过与mRNA结合、调控转录因子活性等方式调控基因表达。
四、表观遗传学在疾病中的应用1.癌症：表观遗传学在癌症研究中的应用主要涉及肿瘤发生、发展和治疗。
研究发现，癌细胞的表观遗传修饰模式发生改变，导致肿瘤相关基因的表达异常。
通过研究这些表观遗传修饰，可以为癌症的早期诊断、预后评估和治疗提供新靶点。
遗传学--基因的表达与调控 PPT课件
(2) 核糖体RNA基因（ribosomal RNA genes，简称rDNA）与转移 RNA基因（transfer RNA genes，简称tDNA）:
这类基因只能转录、产生相应的RNA，而不翻译成多肽链，rDNA是专
门转录核糖体RNA的（rRNA），rRNA与相应的蛋白质结合形成核糖体， 为mRNA翻译成多肽链提供场所，tDNA专门转录转移RNA（tRNA）， tRNA的作用是激活氨基酸，因为在多肽链合成时，氨基酸先要被激活， 然后被转移到核糖体上，按照mRNA的信息组装多肽链。显然该类基因 与蛋白质合成密切相关，而且都是多拷贝，因此这类基因即使少数拷贝 发生变化，一般也不会带来严重后果。
1978年，在噬菌中还发现了重叠基因（overlapping gene），一个基因序列可被包含在另一个基因中，两个基因 的序列可以部分重叠
还发现了假基因（pseudogene），同已知的基因相似， 与结构基因的核苷酸顺序大部分同源，处于不同的位点，由 于缺失或突变而不能转录或翻译,也不能正常表达，是没有 功能的基因。
二、基因的微细结构 （一）拟等位基因的概念。 拟等位基因（pseudoalleles）：在同一基因座上，不同的点分别发生了突 变，这些不同的突变点在功能上具有等位性，在表型上具有顺反 结构的差别，但可以通过重组产生野生型。 如：某一对基因的两个突变点 a + 、 + b 突变1： a
+ a2 + a2
突变型2
F1
要看F1 有没有互补作用，有互补作用是二个基因，无互补作用是一个基 因，即 ① 反式排列如为野生型：突变分属于两个基因位点； ② 反式排列如为突变型：突变分属于同一基因位点。 本泽尔：提出顺反子，表示功能的最小单位和顺反的位置效应。
《遗传学》课件ppt
谢谢聆听
长发育异常、生殖障碍以及多种躯体畸形等问题。对于染色体疾病的诊断，通常需要进行遗传学咨询、家族史 调查、临床表现观察以及遗传学检测等综合评估。治疗方面，目前尚无根治方法，但可以通过对症治疗、康复 训练以及社会心理支持等手段，提高患者的生活质量和社会适应能力。
03 基因表达调控与表观遗传学
基因表达调控机制
阐述基因歧视的概念、表现形式 和危害，包括在就业、保险、教 育等领域的歧视现象。
原因分析
分析基因歧视产生的社会、文化 和心理等方面的原因，以及现有 法律法规在防止基因歧视方面的 不足。
应对措施建议
提出防止基因歧视的政策建议， 包括完善法律法规、加强宣传教 育、推动基因科技合理应用等。
辅助生殖技术中伦理道德问题思考
染色体的形态结构
染色体的功能
染色体是遗传物质的主要载体，通过 复制、转录和翻译等过程，控制生物 体的遗传性状。
染色体在细胞分裂的不同时期呈现不 同的形态，包括染色质丝、染色单体、 四分体等。
染色体数目异常及遗传效应
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染色体数目异常的类型 包括整倍体和非整倍体，如单体、三体、多倍体 等。
染色体数目异常的原因 主要是由于细胞分裂过程中染色体的不分离或丢 失所致。
高通量测序技术
利用微流控边测序。
第三代测序技术
基于单分子荧光测序或纳米孔测序，无需PCR扩增，具有读长长、速 度快、成本低等优点。
生物信息学在分子遗传学中应用
基因组组装与注释 利用生物信息学方法对基因组序列进行组装、拼接和注释， 解析基因结构和功能。
个性化医疗
基于患者的基因组信息， 制定个性化的治疗方案 和用药指导，提高治疗 效果和减少副作用。
基因治疗
《表观遗传学简介》课件
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基因芯片：通过基因芯片技术检测 基因表达水平
蛋白质组学：通过蛋白质组学技术 研究蛋白质表达和功能
转录组学技术
技术原理：通过高通量测序 技术，分析基因表达和调控
转录组学：研究基因表达和 调控的科学
应用领域：疾病诊断、药物 研发、环境监测等
技术优势：高通量、高灵敏 度、高准确性
研究进化机制：表 观遗传学可以研究 进化的机制，从而 为进化生物学提供 新的理论和方法。
表观遗传的机制
DNA甲基化
概念：DNA甲基化是指在DNA分子中，某些碱基被甲基化修饰的过程 作用：DNA甲基化可以影响基因的表达，从而影响生物体的发育和疾病 甲基化酶：DNA甲基化酶是催化DNA甲基化的酶，包括DNA甲基转移酶和去甲基化酶 甲基化位点：DNA甲基化主要发生在CpG岛和基因启动子区域，影响基因的表达
蛋白质组学技术
蛋白质组学技术是研究蛋白质表达、结构和功能的重要手段
蛋白质组学技术包括质谱分析、蛋白质芯片、蛋白质相互作用分析等
蛋白质组学技术可以揭示蛋白质在细胞中的表达、修饰、相互作用和功能 蛋白质组学技术在表观遗传学研究中具有重要作用，可以帮助我们了解表观遗传修饰对蛋 白质功能的影响
表观遗传学研究的新技术
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表观遗传学简介
汇报人：PPT
目录
PART One
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PART Three
表观遗传的机制
PART Two
表观遗传学的定义
PART Four
表观遗传学与疾病
PART Five
表观遗传学的研究 方法
PART Six
表观遗传学的前景 与展望
单击添加章节标题
基因表达调控的表观遗传学调控机制及其在疾病爆发中的作用
基因表达调控的表观遗传学调控机制及其在疾病爆发中的作用表观遗传学是指不涉及DNA序列的遗传信息的传递方式，主要指基因的表达调控。
表观遗传学调控机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰等多种方式。
这些机制相互作用，组成了复杂的调控网络，对基因表达起着至关重要的作用。
在疾病爆发中，表观遗传学的异常也是一个不可忽视的因素。
一、基因表达调控的表观遗传学调控机制1. DNA甲基化DNA甲基化是指在DNA中加入一个甲基分子，使基因表达受到调控。
在DNA甲基化方面，诸如DNA甲基转移酶（DNMT）等分子参与其中，将甲基转移至DNA序列中特定的胞嘧啶碱基处。
对于DNA甲基化的背后机制，研究表明DNA甲基化可能通过阻碍转录因子的结合，致使基因表达受到调控。
2. 组蛋白修饰组蛋白修饰也是表观遗传学调控机制之一。
它通过化学修饰（如甲基化、乙酰化、泛素化等）等方式改变组蛋白的结构，最终影响基因表达。
研究认为组蛋白修饰的影响紧密联系于基因表观遗传。
3. 非编码RNA此外，非编码RNA也被认为是表观遗传学调控机制之一。
非编码RNA在近年来的研究中被认为与某些基因表达的缺陷、异常有关。
二、表观遗传学在疾病中的作用表观遗传学的异常与多个疾病的发生发展有关。
研究表明，表观遗传学在乳腺癌、艾滋病、糖尿病等多种疾病中发挥重要作用。
1. 乳腺癌乳腺癌是女性中最常见的恶性肿瘤之一。
研究表明，DNA甲基化和组蛋白修饰对乳腺癌的发生发展发挥着关键性的作用。
近期的研究还表明，与乳腺癌的发生发展相关的非编码RNA与表观遗传学调控相应密切。
2. 艾滋病艾滋病是一种由人类免疫缺陷病毒（HIV）引起的病毒性感染，目前全球范围内，艾滋病已成为严重的公共卫生问题。
研究表明，HIV-1在侵袭宿主细胞后能够调节DNA甲基化和组蛋白修饰，从而进一步调整病毒的基因表达。
这些机制促进HIV-1在宿主细胞中的复制。
3. 糖尿病糖尿病是一类代谢性疾病，以高血糖、高胰岛素和胰岛细胞受损为特征。
《表观遗传学》PPT课件-2024鲜版
染色质构象捕获技 术
结合高通量测序和生物信息学分析，研究非编码RNA与染 色质构象的关系及其对基因表达的调控作用。
2024/3/27
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07
表观遗传学前沿与展望
2024/3/27
27
表观遗传学领域的研究热点
表观遗传学定义
研究基因表达或细胞表现型的变化， 而非DNA序列改变的科学。
发展历程
从经典遗传学到分子遗传学，再到表 观遗传学，人类对基因表达调控的认 识不断深入。
2024/3/27
4
表观遗传学与遗传学的关系
2024/3/27
遗传学
01
研究基因序列的遗传与变异规律。
表观遗传学
02
研究基因表达调控的规律，与遗传学相辅相成。
17
表观遗传与生物进化
2024/3/27
表观遗传变异与自然选择
生物体在应对环境压力时，可能通过表观遗传变异产生适应性表型。这些变异可以在不改变DNA序列的情 况下传递给后代，并在自然选择的作用下逐渐在种群中累积。
表观遗传与物种形成
在物种形成过程中，生殖隔离的形成是至关重要的。表观遗传机制可以在不影响DNA序列的情况下，导致 不同种群间基因表达的差异，进而促进生殖隔离的形成和物种的分化。
表观遗传与生物复杂性
生物体的复杂性不仅体现在基因组的多样性上，还体现在基因表达的精细调控上。表观遗传机制通过影响基 因表达的时空特异性和水平，为生物复杂性的产生和维持提供了重要的调控手段。
18
05
表观遗传与人类疾病
2024/3/27
19
肿瘤与表观遗传异常
基因调控和表观遗传学
组蛋白修饰的研究方法：包 括免疫沉淀、质谱分析、基
因编辑等
miRNA对基因表达的调控
miRNA的作用：通过与mRNA结合，抑制基因表达
miRNA的种类：根据来源和功能不同，分为多种类型
miRNA的调控机制：通过与mRNA的互补配对，影响mRNA的稳定性和翻 译效率 miRNA在疾病中的作用：与多种疾病的发生和发展密切相关，如癌症、心 血管疾病等
单击此处添加副标题
基因调控和表观遗传学
汇报人：XXX
目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 基因调控
表观遗传学 表观遗传学与疾病 表观遗传学的研究方法 表观遗传学的应用前景
1
添加目录项标题
2
基因调控
基因表达的调控机制
转录调控：通过调控基因的转录过程，影响基因的表达 翻译调控：通过调控基因的翻译过程，影响基因的表达 转录后调控：通过调控基因的转录后修饰，影响基因的表达 表观遗传调控：通过调控基因的表观遗传修饰，影响基因的表达
甲基化：DNA甲基化，是 一种表观遗传修饰，影响基 因表达
实例：某些疾病的发生与发 展与基因甲基化有关，如癌
症、心血管疾病等
组蛋白修饰
组蛋白修饰的类型：包括甲 基化、乙酰化、磷酸化、泛 素化等
组蛋白修饰的定义：在组蛋 白上添加或去除化学基团， 改变组蛋白的活性和功能
组蛋白修饰的作用：影响基 因表达、细胞分化、发育和
制
单细胞测序技术：通过单细胞 测序技术，研究细胞间表观遗
传差异和基因表达调控机制
动物模型和临床试验
动物模型：使用 动物模型来研究 表观遗传学，如 小鼠、果蝇等
临床试验：在临 床试验中，研究 表观遗传学在疾 病治疗中的应用
分子生物学：基因表达的表观遗传调控
一、DNA甲基化
DNA甲基化(DNA methylation)是研究得最清楚、 也是 最重要的表观遗传修饰形式，主要是基因组 DNA上的胞 嘧啶第5位碳原子和甲基间的共价结合，胞嘧啶由此被修 饰为5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5mC)。
（二）适应性表达
➢ 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活， 基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基 因(inducible gene)。
➢ 可诱导基因在特定环境中表达增强的过程， 称为诱导(induction)。
➢ 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基 因是可阻遏基因(repressible gene)。可阻遏 基因表达产物水平降低的过程称为阻遏 (repression)。
侵袭能力。
在肿瘤细胞总体甲基化水平降低的同时也伴 有某些CpG岛甲基化程度升高，主要表现为调控 基因启动子的异常甲基化，由此导致的调控基因的 沉默是癌症产生的重要途径。如在循环系统的肿瘤 细胞中就发现许多基因的过度甲基化，这导致肿瘤 抑制基因、DNA修复基因和转移抑制基因的失活 ，并使这些基因成为突变靶点，失去对细胞周期和 细胞分化的控制。
基因表达的多级调控
基因激活 拷贝数 重排 甲基化程度
转录起始 转录后加工 mRNA降解
蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解等
❖生物遗传信息表达正确与否，既受 控于DNA 序列，又受制于表观遗传 学信息。
遗传学：表观遗传学教学课件
基因表达模式
• 决定细胞类型的不是基因本身，而是基因 表达模式，通过细胞分裂来传递和稳定地 维持具有组织和细胞特异性的基因表达模 式对于整个机体的结构和功能协调是至关 重要的。
• 基因表达模式在细胞世代之间的可遗传性 并不依赖细胞内DNA的序列信息。
• 基因表达模式有表观遗传修饰决定。
Waddington's epigenetics
• CMT3 (CHROMOMETHYLASE3) – 5'-CHG-3' sites
• (H= A, C or T) • Interacts with histone mark
• CMT2 (CHROMOMETHYLASE3) – 5'-CHH-3' sites
DRM 1, DRM 2 (DOMAINS REARRANGED 1 and 2) - 5'-CHH-3' sites
Photo credit: DrL
Mosaicism: An Individual with Two Different Eye Colors
“Diego”
Mosaicism: An Individual Eye with Two Colors
Epigenetic programming in plants helps silence transposons and maintain centromere function
2、衰老
无论DNA甲基化水平增高还是减低，都与人的 衰老过程相关。
3、免疫紊乱 在狼疮病人的T细胞中，甲基转移酶活性降低，DNA
存在异常的低甲基化。 4、神经精神疾病
精神分裂症和情绪障碍与DNMT基因相关。基因高甲 基化抑制脑组织中Reelin蛋白的表达，Reelin蛋白是 维持正常神经传递、大脑信息存储和突触可塑性所必 需的蛋白 。
基因表达的调控机制和表观遗传学
基因表达的调控机制和表观遗传学基因表达是生物学中一个重要的过程，它对于生物的发育、功能和适应环境都有着至关重要的作用。
而基因表达的调控机制则是影响基因表达的重要因素之一，表观遗传学作为一个新兴的生物学领域则在研究基因表达调控中扮演了重要的角色。
一、基因表达的调控机制基因表达的调控机制主要包括转录水平和转录后水平的调控。
（一）转录水平的调控转录水平的调控主要是指在基因表达的转录阶段中，通过激活或抑制转录因子的作用来控制基因表达。
例如，在细胞中，一些特定的蛋白质分子可以激活某个基因的表达，从而使该基因在转录时被更加频繁地复制和表达。
这就是基因表达调控的一种方式。
（二）转录后水平的调控转录后水平的调控与转录之后的RNA后修饰密切相关。
事实上，RNA后修饰是基因表达调控的一个重要方面。
在RNA后修饰的过程中，可以通过RNA剪切、RNA退火和RNA稳定等机制来对基因表达进行调控。
例如，通过退火的方式，可以使一些长RNA产生结构性变化，从而影响其对于RNA编辑酶的识别。
二、表观遗传学表观遗传学是研究基因在表达过程中的调控机制的一个新兴领域。
它致力于解决基因表达的特异性问题，即为什么同样的基因，在不同的生物体内会表达出不同的作用。
此外，表观遗传学也提供了更具体的方法和技术，可以用来识别疾病和预测个体的发展趋势。
（一）基因剪接基因剪接是表观遗传学中一个重要的领域，它主要探究基因中可能存在的多种剪接形式，以及这些剪接形式对于基因表达的影响。
在基因剪接中，可以通过删除或保留“内含子”序列来控制基因表达。
这种方法具有调节基因表达的能力，可以有效地控制基因在不同生物体中的表达差异。
（二）DNA甲基化与组蛋白修饰基因表达调控与DNA甲基化和组蛋白修饰密切相关。
在这种调控机制中，可以通过改变DNA中的甲基化程度和组蛋白修饰状态来调节基因表达。
例如，在DNA甲基化过程中，可以通过改变一些氨基酸残基的化学性质来改变基因结构和功能。
表观遗传调控与基因表达
表观遗传调控与基因表达表观遗传调控和基因表达是生物体内复杂分子网络的重要组成部分。
通过表观遗传调控，细胞在特定环境和发育阶段中能够调整基因表达模式，从而适应环境变化并发挥正常的生理功能。
本文将介绍表观遗传调控的概念、机制和在基因表达调控中的作用。
表观遗传调控是指细胞在不改变DNA序列的情况下，通过改变染色质的结构和化学修饰来调控基因的表达。
染色质是由DNA、蛋白质和其他非编码RNA组成的复杂分子复合物，是基因序列的载体。
细胞利用染色质上的特定修饰和结构变化，调节基因启动子区域的可及性，从而决定是否会发生转录，进而影响蛋白质的合成。
表观遗传调控主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等多种方式。
DNA甲基化是指通过在DNA分子上添加甲基基团来影响基因的表达。
在DNA甲基化中，甲基转移酶酶将甲基基团转移到DNA分子上特定的胞嘧啶位点，从而沉默或激活相关基因的表达。
组蛋白修饰则是指染色体上的蛋白质（组蛋白）通过改变其结构和修饰状态，影响基因的转录和转录后调控。
这些修饰可以包括甲基化、酰化、磷酸化等化学修饰。
非编码RNA则是一类不能编码蛋白质的RNA分子，在调控基因表达过程中发挥重要作用。
表观遗传调控在基因表达调控过程中发挥关键作用。
细胞中的基因表达调控是一个复杂的过程，包括转录、剪接、RNA修饰和翻译等多个阶段。
表观遗传调控通过改变染色质状态和调节基因表达的可及性，影响这些调控阶段的进行。
通过表观遗传调控，细胞可以对内外环境的信号做出快速响应，并保持基因表达的稳定性。
举例来说，DNA甲基化在哺乳动物中广泛存在，具有重要的调控作用。
甲基化的DNA序列往往与基因不活跃或沉默相关。
甲基化位点的改变可以导致基因的激活或抑制，从而影响细胞功能和疾病的发生。
一些疾病，如癌症和遗传性疾病，与DNA甲基化的异常紧密相关。
因此，对于表观遗传调控的研究不仅可以深化我们对基因表达调控机制的理解，还具有重要的临床应用价值。
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9.2 原核基因表达的调控
原核生物基因表达调控的特点: 调控主要是在转录水平上。 原核细胞基因组的一个显著特点是： 多数基因都按功能的相关性，将有关的基 因成群连锁在一起，组成转录单元，协调 地控制其转录，生成单个的多顺反子mRNA， 最后转译成各个相应的蛋白质。
9.2.1 乳糖操纵子(lactose operon)
理解基因表达调控的先驱工作－－乳糖 操纵子。E. coli对乳糖代谢的调控，由 F. Jacob和J. Monod于1961年提出。
E. coli β-半乳糖苷酶合成受葡萄糖调节的过程
当培养基中葡萄糖用尽而存在乳糖时，大量合成β半乳糖苷酶；当再次加回葡萄糖时，停止β-半乳糖 苷酶的合成。可以看出，E. co。
无葡萄 糖时
ATP
腺苷酸 环化酶
cAMP
CRP-cAMP
激活转录
腺苷酸环
葡萄糖 存在时
ATP化酶失活 cAMP G
CRP-cAMP
不能转录
思考： 如果CRP基 因发生突变， lac操纵子的 活性怎样？
综上所述，乳糖操纵子的调节作用归纳如下：
无诱导物时，转录作用被调节基因所产生的阻遏 蛋白阻断。加入诱导物后，诱导物与阻遏蛋白形成复 合物使阻遏蛋白失活，基因开放，转录出多顺反子 mRNA，翻译出3种相关酶。
在调节基因trpR突变缺乏阻遏蛋白的情况下，不管 是否存在色氨酸，都应该会大量合成色氨酸。然而 发现，即使这时添加色氨酸到培养基上，色氨酸生 物合成酶的合成速率仍然减少了10倍，为什么？
原来色氨酸操纵子存在第二水平上的调控。这是由 色氨酸操纵子中一段叫弱化子（attenuator）的序 列的作用所造成的。
E. coli细胞代谢乳糖需要两种酶： β-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷透膜酶
只有当培养基中以乳糖作为唯一碳源消耗时才合成这些 酶，在不需要利用乳糖时就不合成，以节省能量。
概念：诱导基因 组成型基因
在有诱导物如 乳糖存在时， 能刺激其表达 的基因
总是能表达，且 其合成速率不受 环境变化或代谢 状态影响的基因
对多顺反子trp操纵子的mRNA测序后发现，在第一个 结构基因（trpE）5′端有一个长162 bp的前导序列。
当前导序列发生部分缺失或突变时，所产生的mRNA 总是最高水平，对操纵子的阻遏不起作用。Yanofsky 称控制这种现象的序列为弱化子。
阻遏蛋白的结合位点是重叠的。阻遏蛋白与操纵基因
结合即会阻止RNA聚合酶与启动子的结合，从而抑制
操纵子基因的表达。
阻碍蛋白
RNA聚合酶
操纵基因
启动子RNA聚合酶结合位点
RNA聚合酶与阻 碍蛋白的结合位 点重叠产生竞争
E. coli为什么优先利用葡萄糖呢？RNA聚合酶在lac起动
子起始RNA合成时需要cAMP受体蛋白(CRP)的协助。
乳糖操纵子中，基因表达水平由操纵基因和阻 遏物控制。然而在色氨酸操纵子中，弱化机制 的加入使基因表达调控达到更高一级的水平。
细菌通过弱化作用辅助了阻遏作 用的不足，因为阻遏作用只能使 转录不起始，对于已经起始了的 转录，则只能通过弱化作用使它 中途停顿下来。阻遏作用的信号 是细胞内色氨酸的多少，而弱化 作用的信号则是细胞内载有色氨 酸的tRNA。
Z
调节基因 i 是如何调节3个结构基因的表达的呢？
乳糖代谢的相关基因图谱
调节基因在机能上有活性或者被抑制，由位于邻接于结 构基因一端的操纵基因（operator gene）所控制。 在单一操纵基因控制下的这样一群邻接的结构基因，称 之为操纵子（operon），是基因表达的协同单位。 操纵子的控制区包括操纵基因、启动子等组成。
CRP-cAMP复合物与CRP位点的结合创造了RNA 聚合酶与启动子结合的条件，促进基因的表达和转录 的起始。 CRP-cAMP是一个正调节因子，它与作为负 调节因子的阻遏蛋白表现相反的调节作用。
9.2.2 色氨酸操纵子(tryptophan operon)
负控制阻遏体系是指代谢产物与阻遏物结合，导 致阻遏物的激活并与操纵基因结合，使基因关闭 ，酶不能合成。这种类型的操纵子常见于与合成 代谢有关的操纵子。
结构基因—编码蛋白质的基因，包括酶，
机体组织成分等。
调节基因—控制结构基因转录起始和产物
合成速率的基因，其蛋白起调 控作用。
乳糖 诱导
β-半乳糖苷酶 β-半乳糖苷透膜酶
乙酰转移酶
z
y
a
这三种酶的合成 受一个共同的调 节基因 i 控制
组成型突变株中，不 管是否有乳糖存在， 三种酶都可大量表达.
Z
A
Y YA
由调节基因i产生的阻碍蛋白属于什么调控？
诱导(induction)、诱导物(inductor)、
阻遏(repression)、阻遏物(repressor)
阻碍蛋白与操纵基因的结合是如何阻止操纵子转 录的呢？
序列分析表明，操纵基因位于-5~+21 bp间，RNA聚合
酶保护区域在-48~+5 bp间，也就是说，RNA聚合酶和
乳糖操纵 子的作用 机制
在缺乏乳糖分 子存在时（上 半部分）和有 乳糖分子时 （下半部分）
问题：lacI－ 中，为什么无 论有否乳糖分 子存在，3个 结构基因均大 量表达？
正调控：是指没有调节蛋白存在时，基因是 关闭的，当加入调节蛋白分子后，基因活性 开启，能进行转录。
负调控：在无调节蛋白时基因表达具有转录 活性，一旦加入调节蛋白，则基因活性被关 闭，转录受到抑制。
第九章 基因表达调控及表观遗传学
转录后调控
a.RNA加工调控：控制初级转录物如何及何时进行剪接 形成可用的mRNA
b.翻译调控：确立哪些mRNA转译成蛋白及何时转译
c.mRNA降解调控：影响某些mRNA种类的稳定性
d.蛋白质活性调控：选择性地使 某些特异蛋白分子激活/失活 /修改/区域化，从而影响蛋 白怎样或何时起作用
负控制阻遏体系研究得较多的是大肠杆菌的色氨 酸（trp）操纵子。
色
氨
酸
操
调节基因
纵
子
问题：如果调节基因
调
trpR突变，会怎样？
节
基
因
表 通过这种调控方式，细 达 胞只在需要Trp时才制
造Trp，这是Trp操纵子
在第一水平上的调控。
在缺乏色氨酸的状态下，色氨酸操纵子的转录速率 是在有色氨酸存在的状态下的70倍。 由此可见， 色氨酸操纵子在第一水平上调控的重要性。