基因突变和表观遗传变异
表观遗传研究内容
表观遗传研究内容表观遗传学是一门特别重要的科学，它可以帮助我们更好地理解生物体的基因表达和调控。
表观遗传学研究的内容包括分子模式、基因表达、DNA修饰、转录调控、染色体变异、基因突变和基因网络等。
从分子模式的角度来看，表观遗传学研究主要关注的是在基因调控的过程中，如何利用DNA的结构和功能产生基因表达的调节功能，这就是DNA修饰的概念。
DNA修饰可以发挥多种功能，其中最重要的功能是影响基因的活性，通过影响基因状态控制基因表达，从而影响生物体的发育过程。
转录调控是基因表达的重要调节机制，它可以影响基因转录酶的活性，从而改变基因表达水平。
转录调控涉及到多种不同的分子调控机制，包括DNA修饰、RNA修饰、蛋白质-蛋白质相互作用和非编码RNA等。
这些机制能够促进基因表达的调节，参与控制基因表达，影响基因转录的过程。
染色体变异是指基因座的变化，它的发生可以改变一个基因的功能，甚至可以改变一个基因的表达。
染色体变异可以发生在DNA序列中，也可以发生在基因结构上，其中最常见的变异是点突变和插入/缺失变异。
染色体变异可以改变基因表达的水平，甚至可以改变基因的功能，参与控制生物体的发育过程。
基因突变是指DNA序列的变异，它可以影响基因的表达和功能。
基因突变可以发生在DNA序列中，也可以发生在基因结构上，其中最常见的变异是点突变和插入/缺失变异。
基因突变可以引起基因表达的变化，影响生物体的发育过程，也可以引起疾病。
基因网络研究旨在探索生物体中基因和蛋白质之间的交互作用，可以揭示基因表达的网络机制，用于了解基因调控的机理。
基因网络的研究一般以微阵列技术为基础，该技术可以同时检测大量基因的表达，可以用于鉴定调控基因，预测基因之间的交互作用，揭示基因网络的结构和功能，从而更好地理解生物体的发育和行为。
表观遗传学是一门相当重要的学科，它利用多种科学技术研究基因表达和调控的分子机制。
表观遗传学研究的内容涉及到DNA修饰、转录调控、染色体变异、基因突变和基因网络等。
基因组稳定性和维持的分子机制和调控
基因组稳定性和维持的分子机制和调控基因组稳定性是指细胞染色体的结构、数量和功能的稳定性，维持基因组稳定性是细胞正常分裂和细胞生长的前提，同时也是预防基因突变和染色体易位的关键步骤。
基因组的稳定性由多种因素维持，其中包括DNA修复、染色质修饰、转录后修饰、RNA监视、表观遗传和细胞周期调控等多种分子机制。
本文将详细探讨这些分子机制的作用和调控。
1. DNA修复DNA修复是指细胞修复DNA损伤的过程，是维持基因组稳定性的第一道防线。
DNA损伤的来源很多，包括自然放射线、化学物质、紫外线、热等，而且每天每个细胞中都会产生数千次DNA损伤。
如果这些损伤没有被修复，就可能导致细胞突变和凋亡，从而影响基因组的稳定性。
DNA修复主要分为四类，包括直接损伤修复、间接损伤修复、错配修复和交叉连接修复。
这些修复机制是相互协作的，形成一个复杂的修复网络。
直接损伤修复：直接损伤包括双链断裂、单链断裂和碱基损伤等，细胞通过不同的机制对这些损伤进行修复。
其中双链断裂是最严重的一种DNA损伤，它会导致染色体的严重变化和细胞凋亡，因此需要高效的修复机制。
双链断裂主要通过同源重组、非同源末尾连接和DNA捆绑蛋白介导的双链断裂重合机制等修复。
间接损伤修复：间接损伤主要指由离子辐射、自由基和电离等导致的DNA旁效应。
间接损伤主要通过碱基修复酶、核苷酸切割酶、DNA芯片切割酶、DNA链转移酶和DNA聚合酶等来进行修复。
错配修复：错配修复是指修复DNA链上的错误碱基，其主要机制包括同源重组、DNA芯片切割和错配修复酶介导的错误碱基切除。
这种修复模式是在DNA重复时发生的，而且通常与染色体良性异常有关。
交叉连接修复：交叉连接修复是针对由化学物质和某些治疗手段引起的双链断裂和单链断裂。
这种修复通过同源重组、非同源末尾连接和DNA捆绑蛋白介导的双链断裂重合机制等不同机制完成。
2. 染色质修饰染色质修饰指调控染色体结构和功能的一系列化学改变，包括甲基化、乙酰化、泛素化、磷酸化等多种形式。
基因突变与表观遗传
班级：酿酒151 姓名：张彦学号：2015080050基因突变与表观遗传前言：从300万年前不能直立行走的早期猿人，到今天“肤白貌美大长腿”的小鲜肉。
人类经历了岁月漫长的演化过程，从遗传学来讲就是不断地遗传与变异的过程。
被我们所熟知的可遗传变异主要有三种：基因重组、染色体变异与基因突变。
但是，近年来在生命科学领域中发展迅猛的表观遗传学正在一次又一次刷新人们的认知，“获得性遗传”很有可能作为一个辅助机制来完善“自然选择”理论。
关键词：表观遗传基因突变机制一、背景基因突变首先由T.H.摩尔根于1910年在果蝇中发现。
随着分子遗传学的发展和DNA核苷酸顺序分析等技术的出现，已能确定基因突变所带来的DNA分子结构改变的类型，包括某些热点的分子结构，并已经能够进行定向诱变。
经典遗传学认为，遗传信息储存于核酸序列中，并通过生殖将遗传信息传递给下一代。
它所揭示的“基因型决定表型”的遗传模式被人们广泛接受。
然而，不符合此模式的遗传现象却令人困惑。
为什么遗传信息完全相同的同卵双胞胎会在生长发育过程中表现出不尽相同的外表特性？为什么每个细胞拥有相同的遗传物质却分化为不同组织？表观遗传学就是在这些经典遗传学无法解释的现象中逐渐发展起来的。
早在1942年，著名的英国发育生物学家Wellingdon就将表观遗传学定义为研究基因型产生表型（现象和机制）的学科，首次提出了在基因型与表型环境与生命体间存在有一个新的不由DNA排序决定的遗传信息界面。
这种可遗传的表型变化不涉及DNA序列的变化，而且这种改变是可遗传的。
很显然，这对经典的遗传观念正形成极大的冲击。
当我们追溯到更早之前，拉马克是第一批支持获得性遗传的科学家之一，“用进废退”就是他的观点。
虽然在具体意义上来说，每一个由拉马克提出的“拉马克主义的”命题都是错的。
可是，我们仍要注意到，虽然表观遗传中并不是所有现象都是拉马克主义的，但现实生活中，所有拉马克式的遗传现象本质上都很可能是表观遗传。
生物体的进化与表观遗传学
生物体的进化与表观遗传学进化是生物界广泛存在的一个现象，指的是物种随时间逐渐发生改变以适应环境变化的过程。
而表观遗传学则是研究环境因素如何影响基因表达的学科。
本文将探讨生物体的进化与表观遗传学之间的关系，并介绍一些相关的研究进展。
一、进化与表观遗传学的基本概念进化是地球上生命多样性的基础，通过适应环境的过程，物种可以在漫长的时间内进化出更适应生存的特征。
进化是由基因组遗传变异和选择的相互作用所驱动的。
而表观遗传学则关注的是不涉及DNA序列变化的遗传变异，主要指基因表达和表型的可塑性。
表观遗传学能够解释为何同一基因组的个体在不同环境中会呈现出不同的表现形式。
二、环境对表观遗传的影响环境因素能够通过表观遗传机制改变基因表达模式，进而影响个体的性状。
例如，环境中的营养水平、温度、氧气浓度等都可以调控基因的转录水平和甲基化模式，进而改变个体的表型表达。
这种被环境引发的表观遗传变化可以是可逆的，也可以被后代继承。
三、表观遗传对进化的贡献表观遗传的可塑性有助于物种适应不同的环境条件。
如果一个表观遗传调控的特征在某种环境中可以提供更大的生存和繁殖优势，那么这个特征很可能会在该环境下被选择和保留。
然后，随着后代的繁衍，这个特征会逐渐变得更常见，从而影响整个物种的进化。
四、表观遗传与遗传突变的关系在进化中，遗传突变被认为是物种多样性和适应性的重要来源。
然而，表观遗传也能够在相对较短的时间内产生新的表型变异。
这些通过环境诱导的表观遗传变异，能够起到一个"快速适应"的作用。
表观遗传和遗传突变两者相互作用，共同影响物种的进化与适应。
五、表观遗传在进化理论中的应用近年来，对表观遗传学的研究不断深入，对进化理论的理解也产生了重要影响。
通过表观遗传机制，物种能够在进化的不同阶段中产生较快和可逆的适应性变化，为进化过程提供了更加灵活的解释。
研究人员对表观遗传学的进一步了解，有助于揭示生物体进化的更多细节和机制。
遗传学名词解释
1. 表现度（Expressivity）：一些基因在不同个体中表达不一致，具有个体差异性。
具有相同基因型个体间基因表达的变化程度。
2. 拟表型(Phenocopy)：环境改变所引起的表型变化，有时与基因改变引起的表型变化类似。
3.完全显性（complete dominance）：F1表现与亲本之一相同，而非双亲的中间型或者同时表现双亲的性状。
4. 不完全显性(incomplete dominance)：杂合子中显性形状不能完全掩盖隐性性状的现象。
5.镶嵌显性(Mosaic dominance)：F1同时表现双亲性状。
6.共显性（Codominance）：如果双亲的性状同时在F1个体上表现出来，这种显性表现称为共显性，或叫并显性。
7. 致死基因(lethal allele)：指那些使生物体不能存活的等位基因。
8.隐性致死(recessive lethal)：杂合时不影响个体的生活力，但在纯合状态有致死效应的基因叫隐性致死基因。
如植物中的白化基因等。
9.显性致死(dominant lethal)：杂合状态即表现致死作用的基因。
如显性基因Rb引起的视网膜母细胞瘤，人的结节性硬化症。
10.配子致死（gametic lethal）：在配子期致死。
11.合子致死(zygotic lethal)：在胚胎期或成体期致死。
12. 等位基因（allele）：二倍体生物中，位于同源染色体相同基因座位上，以不同方式影响同一性状的两个基因。
13.复等位基因(multiple allele)：指在群体中，占据同源染色体相同基因座位的两个以上的等位基因。
14. 自交不亲和性（self-incompatibility）：指不能进行自花受精或同一品系内异株花粉受精，而不同基因型株间授粉可结实的现象。
15. 连锁(linkage)：若干非等位基因位于同一染色体而发生连系遗传的现象。
16. 连锁群（linkage group）：在染色体中具有不同的连锁程度并按线性顺序排列的一组基因座位。
遗传修饰与表观遗传学
遗传修饰与表观遗传学遗传修饰和表观遗传学是现代生物学中的两个热门话题。
它们都涉及到基因表达调控的问题，但是两个概念之间存在很大的区别。
本文将从遗传修饰和表观遗传学的概念、机制、应用等方面进行讨论。
一、遗传修饰遗传修饰是指基因序列本身发生的改变，包括基因突变、插入、缺失等，这些改变会直接影响基因的表达。
基因突变是指 DNA 序列发生突变，导致蛋白质编码序列发生改变；插入指 DNA 分子在某个位置上额外添加一小段 DNA 序列；缺失是指某个基因或 DNA 片段在基因组中丢失。
多种因素可以导致遗传修饰，包括自然诱变、外源性物质的致突变作用等。
人们通过基因诊断技术可以检测和预防一些遗传性疾病，如唐氏综合症、血友病等。
二、表观遗传学表观遗传学是指在不改变 DNA 序列的情况下，通过化学修饰或RNA干扰等方式来调控基因表达。
这种方式不会影响基因本身序列，但会直接影响基因表达、蛋白质翻译等后续过程。
表观遗传学主要通过 DNA 甲基化、组蛋白修饰、RNA 干扰等方式对基因进行调控。
DNA 甲基化是指在DNA 分子中添加一个甲基基团，使得基因转录活性下降；组蛋白修饰是指一些化学基团在组蛋白上发生化学修饰，从而影响染色质的构象以及基因调控；RNA 干扰是指利用 RNA 通过靶向特定的 mRNA，来抑制或诱导基因表达调控。
表观遗传学的变化在多种生物学过程中都会起到关键作用，例如胚胎发育、免疫应答等。
最近几年，人们还发现表观遗传学与一些心血管疾病、肿瘤发生等疾病的发生有密切关系。
三、两者区别遗传修饰和表观遗传学都涉及到基因表达的调控问题，但两个过程间有以下区别：1. 机制不同：遗传修饰是基因序列本身的改变，而表观遗传学则是不改变 DNA 序列直接对基因进行调控。
2. 稳定性不同：遗传修饰往往是稳定的，影响持久，而表观遗传学往往是可逆的，环境、营养状况等因素都会影响其变化。
3. 传承方式不同：遗传修饰通常以垂直继承方式传递，表观遗传学则存在水平继承的现象。
第二章 基因突变和表观遗传变异
碱基的修饰剂改变DNA化学结构从而导致突变 • 有的诱变剂并不是掺入到ＤＮＡ中，而是通 过直接地修饰碱基的化学结构，改变其性质 而导致诱变，如亚硝酸、羟胺、烷化剂（芥 子气、甲基甲黄酸和亚硝基胍等）等。
基因突变的后果
• • • • 1.转换和颠换的后果： 错义突变（missense mutation）：密码子的改变引起一个与原来完全不同的氨基酸的改变。 无义突变（nonsense mutation）：当碱基替换使mRNA上的密码子成为终止密码子时，就 出现无义突变。如无义突变出现在基因中间，翻译进行到无义密码子时，肽链停止伸长， 因而无义突变通常产生较大的表型效应。 同义突变（silent mutation）：虽然由于突变密码子不同了，但它们仍然编码相同的氨基 酸，这样蛋白质的结构并没有发生改变。 中性突变（neutral mutation）:虽然由于突变产生了不同的氨基酸，但这个氨基酸与原来 的氨基酸有类似的结构和性质，因而并没有改变蛋白质的性质和功能。另外，中性突变也 可能是由于发生突变的氨基酸对蛋白质的功能并没有重要的作用，因而也就没有引起表型 改变。 2.移码突变的后果： 移码突变包括插入突变和删除突变。插入或删除1或2个碱基对将引起mRNA读码框的改变， 因而引起蛋白序列的较大改变。另外，发生移码后，正常的翻译终止信号消失，蛋白质被 提前或推迟终止，因此所产生的蛋白质将失去活性。 3.缺失突变的后果： 所产生的蛋白质不完整或发生错误，因而多数情况下也将失去活性。
•
• • • •
回复突变和抑制因子突变
• 突变有时是可逆的，如果从野生型改变为突变型表型，即从 A-a的突变叫正向突变（forward mutation）,则从突变型回复 到野生型或假野生型的表型，即从a-A的改变叫回复突变 （reverse mutation or back mutation）。 • 在回复突变中有时并不是精确地回复到原来的序列，而是第 二个突变掩盖了原来突变型的表型，这样的回复突变叫抑制 因子突变（suppressor mutation）。抑制因子突变可以部分 或全部地恢复基因产物的活性，它可以是发生在正向突变的 同一基因或同一顺反子内，也可以发生在正向突变的基因或 顺反子外。
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必修一1 着丝粒取代着丝点新教材用着丝粒取代着丝点，是与时俱进，力求体现生物科学的新进展。
以前，染色体上纺锤丝附着区域常使用着丝粒或着丝点，着丝粒多出现在遗传学文献中，着丝点多出现在细胞学文献中。
现在，着丝点这一术语逐渐被动粒取而代之;着丝粒这一术语则被沿用下来。
着丝粒和动粒都是染色体结构的重要部分，两者紧密联系，位置关系固定，结构成分相互穿插，功能密切相关。
着丝粒是染色体主缢痕的染色质部位，能够把两个姐妹染色单体连在一起并在后期分离。
动粒是纺锤丝附着位点，与染色体移动有关，在前期和中期每一个染色体有两个动粒位于着丝粒两侧。
2 脂肪必修1旧教材没有关于脂肪概念的描述。
必修1 新教材26页∶脂肪是由三分子脂肪酸与一分子甘油发生反应而形成的酯，即三酰甘油（又称甘油三酯）。
评析∶旧教材提到脂肪，但没有脂肪的概念，学生对脂肪不甚了解，经常在学习中遇到问题，提出疑问。
新教材给出了脂肪的概念，教材的旁边又增添了图示，这种做法，有利于学生理解脂肪的构成，降低学习的难度。
3 蛋白质变性必修1旧教材没有明确提出蛋白质变性的概念。
必修1新教材32页∶蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下某特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。
评析∶新教材给出的概念中，更明确了蛋白质变性后蛋白质空间结构的破坏，生物活性的丧失，更好区分蛋白质变性和蛋白质盐析。
4 被动运输必修1旧教材70页∶物质进出细胞，既有顺浓度梯度的扩散，统称为被动运输。
必修1新教材65页∶物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
评析∶旧教材在被动运输概念中侧重顺浓度的重要性，新教材在被动运输概念中则侧重不消耗能量的表述。
5 自由扩散必修1旧教材70页∶物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散。
必修1新教材66页∶物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫作自由扩散，也叫简单扩散。
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亚硝酸（introus acid, NA）有氧化脱氨作用， 可使G →黄嘌呤（X）仍和C配对，故不产生突变； 但C脱氨→ U，使C∶G转换成A∶T；
A脱氨→次黄嘌呤H，使A∶T转换成G∶C。
碱基修饰剂的诱变作用
(1) 亚硝酸 (2) 羟胺 (3) MMS/EMS
（2）羟胺只特异地和胞嘧啶起反应，在 第4个C原子上加-OH，产生4-OH-C，此 产 物可以和A 配对，使C∶G转换成T∶A
(1) 亚硝酸（introus acid, NA）有氧化脱氨作 用，可使G第2个碳原子上的氨脱去，产生黄嘌呤 （xanthine,x），次黄嘌呤 (H) 仍和C配对，故 不产生转换突变。但C和A脱氨后分别产生U和次 黄 嘌 呤 H ， 产 生 了 转 换 ， 使 C∶G 转 换 成 A∶T ， A∶T转换成G∶C
移码突变（frameshift mutation）
回复突变（reverse mutation），
一类是正向突变（forward mutation）突变方向是从 野生型向突变型；另一种是回复突变，其突变方向是 从突变型向野生型
抑制突变（suppressor mutation）突变的作用还可以通 过其它位点的突变（A B）而得到补偿或校正。
(3)烷化剂如甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥 (NM),甲基黄酸甲脂（MMS）,亚硝基胍 （NG）等，它们的作用是使碱基烷基化， EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷 化，结果产生的O-6-E-G和 O-4-E-T分别 和T、G配对，导致G∶C对转换成A∶T对； T∶A对转换成C∶G
烷化剂如甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黄酸甲 脂（MMS）,亚硝基胍（NG）等， 使G → O-6-M-G=T配对，导致G∶C对转换成A∶T； 使T →O-4-M-T ≡ G配对，导致T∶A对转换成C∶G；
9.2 基因突变的分子基础
9.2.1.自发突变的分子基础 突变率（mutation rate）指在单位时间内某种突变
发生的概率. 9.2.1.1 DNA复制错误 9.2.1.2 自发的化学变化 1. 脱嘌呤（depurination）作用 2. 脱氨（基）(deamination)作用 3. 氧化作用损伤碱基（oxidatively damaged bases） 4. 转座子和插入序列引起的突变
2.碱基的修饰剂
(1) 亚硝酸（introus acid, NA）
(2) 羟胺
(3) 烷化剂，它们的作用是使碱基烷基化
3.DNA插入剂
原黄素（proflavin）
吖啶橙（acridine orange）
溴化3,8-二氨基-5-乙基-6-苯基菲啶鎓
（etnidium bramide）
9.2.1.2 自发的化学变化 1.脱嘌呤作用
2.脱氨基作用:C →U
脱氨基作用: 5mC →T[突变热点]
3.氧化作用损伤碱基
过氧化物原子团（O2-） （H2O2），（-OH）等需氧代谢的副产物
都是有活性的氧化剂， 它们可导致DNA的氧化损伤， T氧化后产生T－乙二醇， G氧化后产生8-氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤、
碱基类似物（5-BU）的掺入——转换
碱基类似物（2-AP）的掺入——转换
碱基类似物
（2-AP）2-AP)也是碱基的类似
物，有正常状态和稀有状态两种异构体，
可分别与T和C配对结合。当2-AP掺入到
DNA复制中时，由于其异构体的变换而
导致A∶T
G ∶C
2. 碱基的修饰剂
DNA结构 与复制
DNA复制中的 保真机制
3’ → 5’ 核酸外切酶 活性——校对功能
碱基的互变异构可造成复制差错
碱 基 的 互 变 异 构 可 造 成 复 制 差 错
DNA复制中碱基互变异构引起的突变
DNA复制中碱基互变异构引起的突变
DNA复制中碱基环出/跳格造成移码突变
DNA复制中碱基环出/跳格造成缺失与重复
9.1 基因突变的类型
1. 体细胞突变与 生殖细胞突变
2. 突变的类型： 形态~，生化~， 失去功能的~： 无效~-渗漏~， 获得功能的~， 致死~条件致死~
3. 突变的性质： 稀有性（10-4~10-9） 可逆性， 突变的多方向性 与复等位基因
突变的多方向性 与复等位基因
中性突变（neutral mutation）多肽链中相应位 点发生的氨基酸的取代并不影响蛋白质的功能; 沉默突变（silent mutation）蛋白质中相应位点 发生了相同氨基酸的取代，即同义突变。
9 基因突变和表观遗传变异
表观遗传变异
修复
直接修复
DNA Pol 3'→5'外切酶活性 光复活—光裂合酶
一般切除修复——UvrABC系统
切除修复
AP内切酶 特殊切除修复 糖基酶
GO系统-MutM,MutY,MutT
错配修复-Dam, MutL,MutH,UvrD
复制后修复 重组修复-RecA
SOS修复-RecA,LexA,UvrAB,UmuC,HimA
ICR的复合物等
9.2.2.1 放射线诱发的突变
电离辐射（X-，-射线）诱发染色体畸变 和基因突变（碱基降解/脱氨……）
射线波长-能量-诱变效应的关系 UV 照射造成嘧啶二聚体-切除-碱基随机插
入=突变
9.2.2.2 化学物质诱变 1.碱基类似物
（1）5-溴尿嘧啶和T很相似，仅在第5 个碳元子上由Br取代了甲基,5-BU有酮 式、烯醇式两种异构体，可分别与A及G 配对结合
8-氧鸟嘌呤(8-O-G)或“ GO”， GO可和A错配，导致G→T。
9.2.1.3 转座子和插入序列引起的基因突变
9.2.1.4 不等交换产生重 复和缺失突变
9.2.2 诱发突变的分子基础
9.2.2.1 放射线的诱发突变 紫外线、 X-射线、 γ射线、 宇宙射线
9.2.2.2 化学物质的诱发突变 1.碱基类似物 (1) 5-溴尿嘧啶（5-bromouracil,5-BU） (2) 氨基嘌呤（2-aminopurine 2-AP） (3) 迭氮胸苷（AZT, azidothymidine）