表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的關(guān)系精選(九篇)
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第1篇：表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的關(guān)系范文
在Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)后的50多年里，基因工程藥物在治療人類疾病中逐漸占據(jù)一席之地，人類基因組計(jì)劃的完成為基因治療開辟了更廣闊的空間。近年來隨著遺傳學(xué)的新興學(xué)科——表觀遺傳學(xué)在人類疾病治療方面獲得了越來越多的證據(jù)[1]。它從分子水平上揭示復(fù)雜的臨床現(xiàn)象，為解開生命奧秘及征服疾病帶來新希望。
表觀遺傳學(xué)是研究沒有DNA序列變化的情況下，生物的表型發(fā)生了可遺傳改變的一門學(xué)科[2]。表觀遺傳學(xué)即可遺傳的基因組表觀修飾，表觀修飾包括：DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、X染色體失活、基因組印記、非編碼RNA調(diào)控等[3]，任何一方面的異常都可能導(dǎo)致疾病，包括癌癥、染色體不穩(wěn)定綜合征和智力遲鈍[4]等。表觀遺傳的改變是可逆的，這就為治療人類疾病提供了樂觀的前景。本文從表觀遺傳學(xué)與人類疾病、環(huán)境與表觀遺傳學(xué)的關(guān)系以及表觀遺傳治療3個(gè)方面進(jìn)行綜述。
1 表觀遺傳學(xué)修飾與人類疾病
1.1 DNA甲基化相關(guān)疾病
DNA甲基化是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)的催化下，將甲基基團(tuán)轉(zhuǎn)移到胞嘧啶堿基上的一種修飾方式。它主要發(fā)生在富含雙核苷酸CpG島的區(qū)域，在人類基因組中有近5萬個(gè)CpG島[5]。正常情況下CpG島是以非甲基化形式(活躍形式)存在的，DNA甲基化可導(dǎo)致基因表達(dá)沉默。DNMTs的活性異常與疾病有密切的關(guān)系，例如位于染色體上的DNMT3B基因突變可導(dǎo)致ICF綜合征。有報(bào)道[6]表明，重度女襲性牙周炎的發(fā)生與2條X染色體上TMP1基因去甲基化比例增高有關(guān)。DNMT基因的過量表達(dá)與精神分裂癥和情緒障礙等精神疾病的發(fā)生也密切相關(guān)。風(fēng)濕性疾病等自身免疫性疾病特別是系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)與DNA甲基化之間關(guān)系已經(jīng)確定[7]，在SLE病人的T細(xì)胞發(fā)現(xiàn)DNMTs活性降低導(dǎo)致的異常低甲基化。啟動(dòng)子區(qū)的CpG島過度甲基化使抑癌基因沉默，基因組總體甲基化水平降低導(dǎo)致一些在正常情況下受到抑制的基因如癌基因被激活[8]，都會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞癌變。
1.2 組蛋白修飾相關(guān)疾病
組蛋白的修飾包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化、羰基化等，組成各種組蛋白密碼。其中，研究最多的是乙?；?、甲基化。一般來說，組蛋白乙?；瘶?biāo)志著其處于轉(zhuǎn)錄活性狀態(tài);反之，組蛋白低乙?；蛉ヒ阴；砻魈幱诜寝D(zhuǎn)錄活性的常染色質(zhì)區(qū)域或異染色質(zhì)區(qū)域。乙酰化修飾需要乙?；D(zhuǎn)移酶(HATs)和去乙酰化酶(HDACs)參與。組蛋白修飾酶異常可導(dǎo)致包括癌癥在內(nèi)的各種疾病，例如，H4K20的三甲基化是癌癥中的一個(gè)普遍現(xiàn)象。甲基化CpG2結(jié)合蛋白2(MeCP2)可使組蛋白去乙?；瘜?dǎo)致染色質(zhì)濃縮而失活，其中Rett綜合征就是MeCP2的突變所致。
1.3 染色質(zhì)重塑相關(guān)疾病
染色質(zhì)重塑是DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑復(fù)合物的共同作用。它通過影響核小體結(jié)構(gòu)，為其他蛋白提供和DNA的結(jié)合位點(diǎn)[9]。其中染色質(zhì)重塑因子復(fù)合物主要包括SWI/SNF復(fù)合物和ISW復(fù)合物。染色質(zhì)重塑復(fù)合物如果發(fā)生突變，可導(dǎo)致染色質(zhì)不能重塑，影響基因的正常表達(dá)，導(dǎo)致人類疾病。如果突變引起抑癌基因出現(xiàn)異常將導(dǎo)致癌癥，例如：小兒科癌癥中檢測(cè)到SNF5的丟失。編碼SWI/SNF復(fù)合物相關(guān)的ATP酶的基因ATRX、ERCC6、SMARCAL1的突變可導(dǎo)致B型Cockayne綜合征、Schimke綜合征甚至腫瘤。ATRX突變可引起DNA甲基化異常，從而導(dǎo)致數(shù)種遺傳性的智力遲鈍疾病如:X連鎖α2地中海貧血綜合征和SmithFinemanMyers綜合征，這些疾病與核小體重新定位的異常引起的基因表達(dá)抑制有關(guān)[10]。
1.4 X染色體失活相關(guān)疾病
哺乳動(dòng)物雌性個(gè)體不論有多少條X染色體，最終只能隨機(jī)保留一條的活性。X染色體失活由X失活中心(Xic)調(diào)控，Xic調(diào)控X染色體失活特異性轉(zhuǎn)錄基因(Xist)的表達(dá)。X染色體的不對(duì)稱失活可導(dǎo)致多種疾病，例如男性發(fā)病率較高的WiskottAldrich綜合征是由于WASP基因突變所致。X染色體的PLP基因突變失活常導(dǎo)致PelizaeusMerzbacher病;X染色體的MeCP2基因突變失活導(dǎo)致Rett綜合征[11]。在失活的X染色體中，有一部分基因因逃避失活而存在2個(gè)有活性的等位基因，使一些抑癌基因喪失功能，這是引發(fā)女性癌癥的一個(gè)重要原因[12]。
1.5 基因組印記相關(guān)疾病
基因組印記是指二倍體細(xì)胞的一對(duì)等位基因(父本和母本)只有一個(gè)可以表達(dá)，另一個(gè)因表觀遺傳修飾而沉默。已知在人體中有80多種印記基因。印記丟失導(dǎo)致等位基因同時(shí)表達(dá)或有活性的等位基因突變，均可引起人類疾病。一些環(huán)境因素，如食物中的葉酸也會(huì)破壞印記。印記丟失不僅影響胚胎發(fā)育，并可誘發(fā)出生后的發(fā)育異常。如果抑癌基因中有活性的等位基因失活可導(dǎo)致癌癥的發(fā)生，如IGF2基因印記丟失導(dǎo)致的Wilms瘤[13]。15號(hào)染色體的表觀遺傳異?？蓪?dǎo)致PraderWilli綜合征(PWS)和Angelman綜合征(AS)，PWS是由于突變導(dǎo)致父本表達(dá)的基因簇沉默，印記基因(如SNURF/SNRPN)在大腦中高表達(dá)所致;AS是由于母本表達(dá)的UBE3A或ATP10C基因的缺失或受到抑制所致。Beckwithweideman綜合征(BWS)是11號(hào)染色體表觀遺傳突變引起印跡控制區(qū)域甲基化的丟失，導(dǎo)致基因印記丟失引起[14]。
1.6 非編碼RNA介導(dǎo)相關(guān)疾病
功能性非編碼RNA分為長鏈非編碼RNA和短鏈非編碼RNA。長鏈RNA對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變起著重要的作用。短鏈RNA對(duì)外源的核酸序列有降解作用以保護(hù)自身的基因組。小干涉RNA(siRNA)和微小RNA(miRNA)都屬于短鏈RNA，在人類細(xì)胞中小片段的siRNA也可以誘導(dǎo)基因沉默。miRNA能夠促使與其序列同源的靶基因mRNA的降解或者抑制翻譯，在發(fā)育的過程中起著關(guān)鍵性作用。轉(zhuǎn)錄的反義RNA可以導(dǎo)致基因的沉寂，引起多種疾病，如使地中海貧血病人的正常球蛋白基因發(fā)生甲基化。由于miRNA在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)顯著下調(diào)，P53基因可通過調(diào)控miRNA34ac的表達(dá)治療腫瘤。在細(xì)胞分裂時(shí)，短鏈RNA異常將導(dǎo)致細(xì)胞分裂異常，如果干細(xì)胞發(fā)生這種情況也可能導(dǎo)致癌癥。
2 環(huán)境表觀遺傳學(xué)
對(duì)多基因復(fù)雜癥狀性疾病來說，單一的蛋白質(zhì)編碼基因研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能解釋疾病的發(fā)生機(jī)理，需要環(huán)境與外界因素的作用才會(huì)發(fā)病。疾病是外界因素與遺傳因素共同作用的結(jié)果。流行病學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)，人類疾病與環(huán)境有明確的關(guān)系，高血壓、中風(fēng)、2型糖尿病、骨質(zhì)疏松癥等疾病的發(fā)病率與環(huán)境有著密切的關(guān)系[15]。特別是在發(fā)育初期，不利的環(huán)境、 營養(yǎng)的缺乏都有可能導(dǎo)致出生低體重、早產(chǎn)、胎兒發(fā)育不成熟等[16]。環(huán)境與DNA甲基化的關(guān)系一旦建立，將為環(huán)境射線暴露與癌癥發(fā)生提供依據(jù)[17]。
環(huán)境污染等不利因素均有可能增加基因的不穩(wěn)定性，每個(gè)人對(duì)環(huán)境和飲食的敏感性可因先天遺傳不同而不同，環(huán)境因素與個(gè)體遺傳共同作用，決定潛在表觀遺傳疾病的危險(xiǎn)性。有人推測(cè)上述因素肯定會(huì)在我們基因組上遺留下微量的基因表遺傳學(xué)痕跡[1]。隨著年齡增長，DNA甲基化等化學(xué)修飾改變也在長時(shí)間中錯(cuò)誤積累，這也有助于解釋為什么很多疾病總是在人進(jìn)入老年后才發(fā)生。由此可見，如果改變不良生活習(xí)慣、減少環(huán)境污染，都有可能降低表觀遺傳疾病的發(fā)病率。因此研究環(huán)境與表觀遺傳改變的關(guān)系對(duì)于預(yù)防和治療人類疾病都有著重要的意義。
3 表觀遺傳學(xué)藥物
人類許多疾病都可能具有表觀遺傳學(xué)的改變，表觀遺傳學(xué)治療研究如火如荼。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多藥物可以通過改變DNA甲基化模式或進(jìn)行組蛋白的修飾等來治療疾病。目前，很多藥物處于研制階段，盡管其有效性尚未得到充分證實(shí)，但給癌癥、精神疾病以及其他復(fù)雜的疾病的治療帶來了希望。
3.1 組蛋白去乙酰化酶抑制劑
目前發(fā)現(xiàn)的組蛋白去乙?；敢种苿?HDAC Inhibitor)有近百種。其中FK228主要作用機(jī)制是抑制腫瘤細(xì)胞內(nèi)組蛋白去乙?；?HDAC)活性，引起乙?；M蛋白的積聚，從而發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯、促進(jìn)細(xì)胞凋亡或分化等作用[18]。FK228單獨(dú)用藥或與其他藥物或方法聯(lián)合應(yīng)用表現(xiàn)出良好的抗腫瘤作用，同時(shí)還可阻礙血管生成，具有抑制腫瘤轉(zhuǎn)移、逆轉(zhuǎn)耐藥性、調(diào)節(jié)免疫力等作用。FK228還具有治療炎癥、免疫性疾病、視網(wǎng)膜新生血管疾病及神經(jīng)系統(tǒng)等多種疾病的藥理學(xué)作用。
3.2 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑
核苷類DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑作用機(jī)理是在體內(nèi)通過代謝形成三磷酸脫氧核苷，在DNA復(fù)制過程中代替胞嘧啶，與DNMTs具有很強(qiáng)的結(jié)合力。核苷類似物5氮雜胞苷(5azacytidine)是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的甲基化抑制劑，最初被認(rèn)為是細(xì)胞毒性物質(zhì)，隨后發(fā)現(xiàn)它可抑制DNA甲基化和使沉默基因獲得轉(zhuǎn)錄性，用于治療高甲基化的骨髓增生異常綜合征，低劑量治療白血病。其他核苷類DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑有5氮2脫氧核苷(5aza2′deoxycytidine)，Zebularine(5azacytidine的衍生物)[19]，5Fluoro2′deoxycytidine，RG108，Procainamide，Psammaplins(4aminobenzoic acid衍生物)，MG98(寡聚核苷酸)等。DNA甲基化抑制劑Procainamide可用于抗心律失常。另外在茶葉和海藻中提取的EGCG也顯示具有體外活性。臨床中應(yīng)用反義寡核苷酸對(duì)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行抑制正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
3.3 聯(lián)合治療
DNA甲基化抑制劑與HDAC抑制劑聯(lián)合應(yīng)用治療疾病可能具有協(xié)同作用。進(jìn)行表觀修飾治療后的細(xì)胞可能對(duì)于化療、干擾素、免疫治療更具有敏感性。在癌癥的治療方面，應(yīng)當(dāng)包括遺傳治療和表觀遺傳治療兩個(gè)方面，同時(shí)運(yùn)用兩種或兩種以上表觀修飾的方法對(duì)病人進(jìn)行治療對(duì)人類疾病意義重大。
3.4 其他方法
人胚胎干細(xì)胞保留有正?；蛴∮?，這些干細(xì)胞可能具有治療意義[20]。另外，在女性細(xì)胞中非活性的X染色體中存在正常的野生型基因，如果選擇正確的靶點(diǎn)，就有可能激活這個(gè)正常但是未被利用的野生型基因，從而對(duì)其進(jìn)行基因治療。有報(bào)道[21]運(yùn)用RNAi技術(shù)沉默胰島β細(xì)胞相關(guān)基因，抑制胰島淀粉樣形成可能用來治療糖尿病。短鏈脂肪酸(SCFAs)丙戊酸鈉用于抗癲癇，丁酸可用來治療結(jié)腸癌[22]等。siRNA可在外來核酸的誘導(dǎo)下產(chǎn)生，通過RNA干擾(RNAi)清除外來核酸，對(duì)預(yù)防傳染病有重要作用。目前，RNA干擾已大量應(yīng)用于包括腫瘤在內(nèi)的疾病研究，為一些重大疾病的治療帶來了新的希望。
4 結(jié) 語
從表觀遺傳學(xué)提出到現(xiàn)在，人們對(duì)表觀遺傳學(xué)與人類疾病的發(fā)生有了更深入的認(rèn)識(shí)。人類表觀基因組計(jì)劃(human epigenome proiect，HEP)已經(jīng)于2003年開始實(shí)施，其目的是要繪制出不同組織類型和疾病狀態(tài)下的人類基因組甲基化可變位點(diǎn)(methylation variable position ，MVP)圖譜。這項(xiàng)計(jì)劃可以進(jìn)一步加深研究者對(duì)于人類基因組的認(rèn)識(shí)，為表觀遺傳學(xué)方法治療人類復(fù)雜疾病提供藍(lán)圖[1]。但是，表觀遺傳學(xué)與人類生物學(xué)行為(臨床表型)有密切關(guān)系，人類對(duì)表觀遺傳學(xué)在疾病中的角色研究還處于初級(jí)階段。應(yīng)更進(jìn)一步研究表觀遺傳學(xué)機(jī)制、基因表達(dá)以及與環(huán)境變化的關(guān)系，有效減少表觀遺傳疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，努力探索這片造福人類的前沿領(lǐng)域。
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第2篇：表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的關(guān)系范文
關(guān)鍵詞：表觀遺傳學(xué)；染色體失活；DNA甲基化；組蛋白修飾；基因組印記
遺傳學(xué)是指基于基因序列改變所致基因表達(dá)水平變化，如基因突變、基因雜合丟失和微衛(wèi)星不穩(wěn)定等；而表觀遺傳學(xué)則是指基于非基因序列改變所致基因表達(dá)水平變化，如DNA甲基化和染色質(zhì)構(gòu)象變化等；表觀基因組學(xué)則是在基因組水平上對(duì)表觀遺傳學(xué)改變的研究。
通俗的講，表觀遺傳學(xué)是研究在沒有細(xì)胞核DNA序列改變的情況時(shí)，基因功能的可逆的、可遺傳的改變。也指生物發(fā)育過程中包含的程序的研究。在這兩種情況下，研究的對(duì)象都包括在DNA序列中未包含的基因調(diào)控信息如何傳遞到（細(xì)胞或生物體的）下一代這個(gè)問題。在分子水平上，表觀遺傳學(xué)解釋了DNA序列所不能解釋的諸多奇怪的現(xiàn)象。如：同一等位基因可因親源性別不同而產(chǎn)生不同的基因印記疾病，疾病嚴(yán)重程度也可因親源性別而異。表觀遺傳的現(xiàn)象很多，主要包括：染色體失活、DNA甲基化、組蛋白修飾、基因組印記等。
1 染色體失活
在哺乳動(dòng)物中，雌雄性個(gè)體X 染色體的數(shù)目不同，這類動(dòng)物需要以一種方式來解決X 染色體劑量的差異。在雌性哺乳動(dòng)物中，兩條X 染色體有一個(gè)是失活的，稱為X染色體的劑量補(bǔ)償。人類存在相同的現(xiàn)象，女性有兩條X染色體，而男性只有一條X染色體，為了保持平衡，女性的一條X染色體被永久失活。X染色體失活的選擇和起始發(fā)生在胚胎發(fā)育的早期，這個(gè)過程被X 失活中心(X - inactivation center) 所控制。這個(gè)失活中心存在著X染色體失活特異性轉(zhuǎn)錄基因Xist (X - inactive - specifictranscript) ，當(dāng)失活的命令下達(dá)時(shí)，這個(gè)基因就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)17 kb 不翻譯的RNA 與X 染色體結(jié)合，引發(fā)失活。Xist基因編碼Xist RNA，Xist RNA包裹在合成它的X染色體上，引發(fā)X染色體失活；隨著Xist RNA在X染色體上的擴(kuò)展，DNA甲基化和組蛋白的修飾馬上發(fā)生，這對(duì)X染色體失活的建立和維持有重要的作用。X 染色體失活是表觀遺傳學(xué)最典型的例子，它可以通過有絲分裂或減數(shù)分裂遺傳給后代。人們可以通過了解染色體失活的原理來解釋遺傳規(guī)律。
2 DNA 甲基化
所謂DNA甲基化是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，在基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共價(jià)鍵結(jié)合一個(gè)甲基基團(tuán)。它是基因組DNA 的一種主要表觀遺傳修飾形式，是調(diào)節(jié)基因組功能的重要手段。CpG常成簇存在，人們將基因組中富含CpG的一段DNA 稱為CpG島，通常長度在1～2 kb 左右。人類基因組中大小為100～1 000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG島總是處于未甲基化狀態(tài)，并且與56%的人類基因組編碼基因相關(guān)。CpG島常位于轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)附近，在DNA 甲基化過程中胞嘧啶突出于DNA 雙螺旋并進(jìn)入與胞嘧啶甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)合部位的裂隙中，該酶將S-腺苷甲硫氨酸(SAM) 的甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶的5′位，形成5 - 甲基胞嘧啶。由于DNA甲基化與人類發(fā)育和腫瘤疾病的密切關(guān)系，特別是CpG島甲基化所致抑癌基因轉(zhuǎn)錄失活問題，DNA甲基化已經(jīng)成為表觀遺傳學(xué)和表觀基因組學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容。體內(nèi)甲基化狀態(tài)有3種：持續(xù)的低甲基化狀態(tài)、誘導(dǎo)的去甲基化狀態(tài)和高度甲基化狀態(tài)。DNA 甲基化主要是通過DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶家族來催化。DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶分兩種：維持甲基化酶和重新甲基化酶。在細(xì)胞分化的過程中，基因的甲基化狀態(tài)將遺傳給后代細(xì)胞。但在哺乳動(dòng)物的生殖細(xì)胞發(fā)育時(shí)期和植入前胚胎期，其基因組范圍內(nèi)的甲基化模式通過大規(guī)模的去甲基化和接下來的再甲基化過程發(fā)生重編程，從而產(chǎn)生具有發(fā)育潛能的細(xì)胞。
3 組蛋白修飾
組蛋白是真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，是一類小分子堿性蛋白質(zhì)。組蛋白有兩個(gè)活性末端：羧基端和氨基端。染色體的多級(jí)折疊過程中，需要DNA 同組蛋白結(jié)合在一起。這種常見的組蛋白外在修飾作用包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP 核糖基化、羰基化等，它們都是組蛋白密碼的基本元素。與DNA 密碼不同的是，組蛋白密碼和它的解碼機(jī)制在動(dòng)物、植物和真菌類中是不同的。我們從植物細(xì)胞保留有發(fā)育成整個(gè)植株的全能性和去分化的特性中，就可以看出它們?cè)诮⒑捅３直碛^遺傳信息方面與動(dòng)物是不同的。乙?；揎棿蠖嘣诮M蛋白H3 的Lys9 、14 、18 、23 和H4 的Lys5 、8、12 、16 等位點(diǎn)。甲基化修飾主要在組蛋白H3 和H4 的賴氨酸和精氨酸兩類殘基上。研究也顯示，在進(jìn)化過程中組蛋白甲基化和DNA甲基化兩者在機(jī)能上被聯(lián)系在一起。在引起基因沉默的過程中，沉默信號(hào)(DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重新裝配)是如何進(jìn)行的目前仍處于研究階段。當(dāng)DNA量增加時(shí)，阻抑作用可消除，轉(zhuǎn)錄便開始進(jìn)行。這說明組蛋白的阻抑作用不是抑制RNA聚合酶，而是組蛋白與DNA相結(jié)合后，將DNA束縛住使其不能轉(zhuǎn)錄。
4 基因組印記
第3篇：表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的關(guān)系范文
關(guān)鍵詞 骨髓增生異常綜合征 表觀遺傳學(xué) DNA甲基化 組蛋白去乙酰化
中圖分類號(hào)：R979.19 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1533（2013）03-0013-04
Current status of epigenetic targeting treatment of myelodysplastic syndrome
DING Qianqian*， CHEN Qinfen**
（Department of Hematology， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）
ABSTRACT DNA methylation and histone deacetylation are the important part of epigenetics abnormalities of myelodysplastic syndrome （MDS）. Currently epigenetically active drugs， including DNA methyltransferase inhibitors and histone deacetylase inhibitors， have become a novel targeting epigenetic modifiers therapy in MDS field. This review summarizes the current status of epigenetic treatment of MDS in order to provide reference information for clinical practice.
KEY WORDS myelodysplastic syndrome； epigenetics； DNA methylation； histone deacetylation
表觀遺傳學(xué)（epigenetics）是研究基因的核苷酸序列不發(fā)生改變、但基因的表達(dá)發(fā)生了可遺傳的變化的一門遺傳學(xué)分支學(xué)科?！癳pigenetics”一詞最早由Waddington于1942年提出[1]，是一種與遺傳學(xué)（genetics）相對(duì)應(yīng)的概念，主要研究基因型和表型的關(guān)系。Holiday[1]在1987年對(duì)表觀遺傳學(xué)作出了更為系統(tǒng)的論述，即指“沒有DNA序列變化、但可遺傳的基因表達(dá)改變”。表觀遺傳學(xué)的分子機(jī)制包括DNA甲基化（DNA methylation）、組蛋白修飾（histone modification）、染色質(zhì)重塑（chromatin remodeling）和RNA干擾（RNA interference）4種。骨髓增生異常綜合征（myelodysplastic syndrome， MDS）是一組起源于造血干細(xì)胞的異質(zhì)性髓系克隆性疾病，其特點(diǎn)是髓系細(xì)胞分化及發(fā)育異常，表現(xiàn)為無效造血、難治性血細(xì)胞減少和造血功能衰竭，可高風(fēng)險(xiǎn)向急性髓系白血?。╝cute myeloid leukemia， AML）轉(zhuǎn)化。MDS的發(fā)生是一個(gè)多因素、多步驟的過程，除有一系列的細(xì)胞遺傳學(xué)改變外，表觀遺傳學(xué)的異常在MDS的發(fā)病機(jī)制中也起著非常重要的作用。由于表觀遺傳改變具有可逆性，故能逆轉(zhuǎn)表觀遺傳異常的藥物成為近年MDS治療的新策略[2]。
MDS的表觀遺傳異常主要涉及DNA甲基化和組蛋白去乙?；╤istone deacetylation）等。DNA甲基化由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferase， DNMT）催化；組蛋白乙?；瘎t受兩種作用相反的酶即組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histone acetyltransferase， HAT）和組蛋白去乙酰酶（histone deacetylase， HDAC）的調(diào)控[3]。抑癌基因的DNA甲基化或組蛋白去乙?；瘯?huì)導(dǎo)致抑癌基因的靜默，與MDS的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后密切相關(guān)。DNMT抑制劑和HDAC抑制劑的臨床應(yīng)用不僅為MDS治療提供了新的手段，而且也為其他腫瘤的治療提供了借鑒，因?yàn)楸碛^遺傳異常也普遍存在于其他實(shí)體或非實(shí)體腫瘤中[4]。
1 DNMT抑制劑治療MDS
甲基化異常是最常見、也是目前研究得最多的腫瘤表觀遺傳改變。腫瘤細(xì)胞DNA在基因啟動(dòng)子區(qū)域的CpG島的高度甲基化會(huì)改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)象、抑制基因的轉(zhuǎn)錄，從而使基因表達(dá)靜默。迄今為止，美國FDA共批準(zhǔn)過兩個(gè)具有表觀遺傳療效的藥物用于MDS的治療，它們分別是阿扎胞苷（azacytidine， 即5-氮雜胞苷， 5-AZA）和地西他濱（decitabine， 即5-氮雜-2’-脫氧胞苷， DAC）[5]。這兩個(gè)藥物均為核苷類DNMT抑制劑，可通過磷酸化后摻合到基因組DNA中與DNMT形成共價(jià)復(fù)合物、抑制DNMT與DNA結(jié)合而發(fā)揮轉(zhuǎn)甲基活性、最終誘導(dǎo)DNA去甲基化[3，6]。
1.1 5-AZA
5-AZA于1963年被合成，此后曾進(jìn)行用于治療AML的臨床研究并被證明有效[7]，2004年5月被美國FDA批準(zhǔn)用于MDS治療[8]，是第一個(gè)靶向表觀遺傳的DNMT抑制劑，批準(zhǔn)依據(jù)是一項(xiàng)代號(hào)為“美國癌癥與白血病研究組B（Cancer and Leukemia Group B， CALGB）9221”的隨機(jī)、對(duì)照臨床研究數(shù)據(jù)[8-10]。該研究納入191例《國際預(yù)后評(píng)分系統(tǒng)（International Prognostic Scoring System， IPSS）》評(píng)分為高危、中危-2和中危-1并伴進(jìn)行性血細(xì)胞減少的MDS患者，比較了5-AZA與最佳支持治療（best supportive care， BSC）的療效。結(jié)果顯示，接受5-AZA皮下注射75 mg/（m2·d）共7 d、每4周重復(fù)1個(gè)療程治療患者的生活質(zhì)量明顯改善、輸血需求明顯減少且高危MDS患者向AML轉(zhuǎn)化或死亡的時(shí)間明顯延遲。在另一項(xiàng)代號(hào)為“AZA-001”的國際多中心、平行、開放試驗(yàn)中，358例高危MDS患者被隨機(jī)分成5-AZA治療組和傳統(tǒng)治療（BSC、小劑量阿糖胞苷、強(qiáng)誘導(dǎo)化療）組。結(jié)果顯示，5-AZA組患者的總生存期明顯改善：5-AZA組和傳統(tǒng)治療組的中位生存期分別為24.5和15個(gè)月（p＝0.000 1），2年生存率分別為51%（42.1%～58.8%）和26%（18.7%～34.3%）。5-AZA組的完全緩解率達(dá)17%、總有效率為49%，均優(yōu)于傳統(tǒng)治療組[11]。這些數(shù)據(jù)表明，5-AZA治療可有效延長高危MDS患者的總生存期及進(jìn)展至AML或死亡的時(shí)間。5-AZA治療也可有效延長老年高危MDS患者的總生存期及進(jìn)展至AML或死亡的時(shí)間[12]。Musto等[13]回顧性分析了74例接受5-AZA治療的低?；蛑形?1 MDS患者的情況，發(fā)現(xiàn)總反應(yīng)率為45.9%，其中64例患者經(jīng)4個(gè)療程治療后的總反應(yīng)率為51.6%、中位反應(yīng)時(shí)間為6個(gè)月、中位隨訪15個(gè)月時(shí)的生存率為71.0%，證明5-AZA治療不僅可以延緩高危MDS進(jìn)展、而且對(duì)低危MDS患者也有一定的療效。
美國FDA批準(zhǔn)的5-AZA治療方案原為皮下注射75 mg/（m2·d）共7 d、每4周重復(fù)1個(gè)療程，至少連續(xù)用4個(gè)療程；2007年1月，美國FDA又批準(zhǔn)了5-AZA的經(jīng)靜脈內(nèi)給藥方案[14]。5-AZA已于2010年被美國國家癌癥綜合網(wǎng)絡(luò)發(fā)表的《臨床實(shí)踐指南》列為對(duì)中危-2和高危MDS患者有Ⅰ類證據(jù)的優(yōu)選治療藥物[15]，是中危和高危MDS、尤其是不能耐受化療的老年MDS患者的重要治療選擇。
1.2 DAC
5-AZA是DAC的一種前體藥物。DAC于1964年被合成，在體外的去甲基化作用較5-AZA高30倍以上，最初亦用于AML治療研究[7]。對(duì)DAC的研究幾乎與5-AZA同時(shí)進(jìn)行[4]。DAC在高劑量時(shí)有細(xì)胞毒作用、在低劑量時(shí)有去甲基化作用，治療MDS有劑量低和毒性低的優(yōu)勢(shì)[16]。DAC于2006年5月被美國FDA批準(zhǔn)用于中危-2和高危MDS治療，是第2個(gè)靶向表觀遺傳的DNMT抑制劑，批準(zhǔn)依據(jù)是一項(xiàng)代號(hào)為“NCT 00071799”的在美國和加拿大共22家醫(yī)院的臨床中心進(jìn)行的國際多中心、隨機(jī)、對(duì)照試驗(yàn)數(shù)據(jù)。該試驗(yàn)納入358例高危MDS患者，結(jié)果顯示與BSC組相比，DAC治療組的總緩解率和總改善率明顯更高，且有8%患者的細(xì)胞遺傳學(xué)改善，說明DAC可以改變MDS的病程[11，17]。2008年9月，中國國家食品與藥品監(jiān)督管理局也批準(zhǔn)DAC用于中危-2和高危MDS治療[18]。
DAC的治療方案有3 d和5 d方案兩種，分別是每8小時(shí)經(jīng)靜脈內(nèi)輸注（＞3 h）1次15 mg/m2連用3 d、每6周為1個(gè)療程和每天經(jīng)靜脈內(nèi)輸注（＞1 h）20 mg/m2連用5 d、每4周為1個(gè)療程。5 d方案的耐受性和治療反應(yīng)率均更好，常見不良反應(yīng)是骨髓抑制、惡心和皮疹等（存在個(gè)體差異）。低危MDS患者接受DAC每天皮下注射20 mg/m2連用3 d或每周3次治療也可獲得良好的療效[19]。
2 HDAC抑制劑治療MDS
組蛋白修飾比DNA甲基化復(fù)雜得多，包括組蛋白的乙?；?、磷酸化、甲基化、泛素化、糖基化、二磷酸腺苷核糖基化和羰基化等，其中研究得最多的是乙?；?。染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄狀態(tài)依賴于組蛋白編碼，HDAC在染色質(zhì)構(gòu)象改變中也起部分作用。組蛋白尾部賴氨酸殘基的局部修飾會(huì)影響染色質(zhì)的構(gòu)象和轉(zhuǎn)錄。通常，組蛋白賴氨酸殘基的乙酰化與轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)（常染色質(zhì)）相關(guān)，而組蛋白的去乙酰化與轉(zhuǎn)錄失活狀態(tài)的染色質(zhì)（異染色質(zhì)）相關(guān)[20]。組蛋白的磷酸化主要影響信號(hào)傳導(dǎo)通路中相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。組蛋白的乙酰化和磷酸化都是可逆的，但組蛋白的甲基化一直被認(rèn)為是不可逆的過程。組蛋白甲基化和DNA甲基化會(huì)聯(lián)合作用和共同參與基因靜默，并通過DNA復(fù)制而傳遞下去[21]。鑒于組蛋白乙酰化具有可逆性的特征，目前MDS的表觀遺傳藥物除DNMT抑制劑外還有HDAC抑制劑。
HDAC抑制劑是通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞分化、抑制腫瘤細(xì)胞增殖和（或）凋亡、調(diào)控細(xì)胞周期而使靜默的抑癌基因重新表達(dá)的[22-23]。HDAC抑制劑可依化學(xué)結(jié)構(gòu)分為4類：①短鏈脂肪酸類物質(zhì)，如丙戊酸（valproic acid）、丁酸酯類物質(zhì)；②異羥肟酸（氧肟酸）類物質(zhì)，如曲古抑菌素A、伏立諾他（vorinostat）、LBH589/LAQ824、PXD101；③環(huán)肽類物質(zhì)，如FK228、縮酚酸肽；④苯甲酰胺類物質(zhì)，如地那林（tacedinaline）、MS-275[23-25]。20世紀(jì)90年代以來，越來越多的HDAC抑制劑被發(fā)現(xiàn)及用于血液系統(tǒng)腫瘤和實(shí)體瘤的治療研究。新型HDAC抑制劑可在小劑量、低濃度下誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化和選擇性凋亡，抗腫瘤譜廣且對(duì)正常細(xì)胞無毒性。其中，丁酸酯類物質(zhì)是第一類得到驗(yàn)證的HDAC抑制劑；vorinostat于2006年10月被美國FDA批準(zhǔn)用于皮膚T細(xì)胞淋巴瘤治療，是第一個(gè)被美國FDA批準(zhǔn)的HDAC抑制劑[25]。
2001年起，HDAC抑制劑開始被用于MDS治療研究。Kuendgen等[26]用丙戊酸聯(lián)合全反式維甲酸治療MDS，低危、中危-1、中危-2和高危MDS組的總反應(yīng)率分別為8%、11%、22%和50%，治療反應(yīng)主要見于低危核型組。其他HDAC抑制劑苯丁酸酯（phenylbutyrate）、縮酚酸肽、LBH589、vorinostat和MS-275也在進(jìn)行治療MDS的Ⅰ或Ⅱ期臨床試驗(yàn)，盡管反應(yīng)率較DNMT抑制劑低，但顯示有良好的安全性[26]。丙戊酸是一種抗癲癇藥，在抗癲癇有效治療濃度時(shí)表現(xiàn)出很強(qiáng)的HDAC抑制活性，國內(nèi)研究也顯示其治療MDS有效[27-28]。
3 表觀遺傳藥物的聯(lián)合治療
基于DNA甲基化和組蛋白修飾對(duì)抑癌基因靜默的共同作用，推測(cè)DNMT抑制劑和HDAC抑制劑聯(lián)合應(yīng)用應(yīng)有良好的協(xié)同作用。近年來進(jìn)行的DNMT抑制劑5-AZA或DAC聯(lián)合HDAC抑制劑丙戊酸或苯丁酸酯治療MDS的Ⅰ、Ⅱ期臨床試驗(yàn)顯示，總反應(yīng)率為54%、完全反應(yīng)率為22%[25]。Gore等[29]發(fā)現(xiàn)，在治療的第1個(gè)療程就有與治療相關(guān)的DNA甲基化逆轉(zhuǎn)。但也有研究指出，合用丙戊酸并未提高療效。Issa等[30]用DAC聯(lián)合或不聯(lián)合丙戊酸治療67例MDS和AML患者，發(fā)現(xiàn)是否合用丙戊酸對(duì)療效沒有顯著影響，推測(cè)這可能與DNA高甲基化水平僅部分通過組蛋白去乙酰化而致基因靜默有關(guān)。當(dāng)然，這些臨床試驗(yàn)的病例數(shù)還偏少，最終結(jié)論仍待進(jìn)一步的更大規(guī)模的臨床隨機(jī)試驗(yàn)的揭示。
4 結(jié)語
作為一種靶向治療手段，表觀遺傳藥物治療MDS這種難治性惡性克隆性疾病有一定的療效和優(yōu)勢(shì)，今后的研究將著重于表觀遺傳藥物的理想劑量及治療方案、表觀遺傳藥物的精確作用機(jī)制、是否有可用于預(yù)測(cè)療效或耐藥的生物標(biāo)記以及新藥開發(fā)等方面。5-AZA的口服前體藥物2’，3’，5’-三乙?；?5-阿扎胞苷（2’，3’，5’-triacetyl-5-azacitidine， TAC）目前已經(jīng)完成動(dòng)物試驗(yàn)，即將進(jìn)入臨床試驗(yàn)。作為5-AZA的前體藥物，持續(xù)口服TAC可使患者持續(xù)暴露于小劑量、低毒性的5-AZA治療中，有利于延緩DNA低甲基化作用并減緩MDS向AML的進(jìn)展[31]。
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第4篇：表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的關(guān)系范文
十年如一日 醉心腫瘤研究
應(yīng)建明醫(yī)師于1998年獲北京醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)士學(xué)位后免試保送攻讀北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部病理學(xué)系研究生,2000年7月畢業(yè)獲醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位后分配到中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院病理科工作。 2003年公派前往美國約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院新加坡研究中心工作,從事腫瘤表觀遺傳學(xué)的研究。2004年7月在香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院臨床腫瘤學(xué)系攻讀博士學(xué)位。2007年博士畢業(yè)后面臨繼續(xù)在國外任職的選擇,應(yīng)建明內(nèi)心依舊難以釋懷的腫瘤情結(jié)使他回到中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院病理科工作,現(xiàn)任病理科分子病理實(shí)驗(yàn)室主管。目前已發(fā)表論著40余篇,其中SCI論文20余篇,曾獲北京市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)和2006-2007年度香港中文大學(xué)研究生最佳研究成績(jī)獎(jiǎng)。2009年入選北京市科技新星計(jì)劃。
應(yīng)建明醫(yī)師的科研工作方向?yàn)槟[瘤表觀遺傳學(xué)及腫瘤標(biāo)記物的鑒定和應(yīng)用?，F(xiàn)承擔(dān)及參與國家自然科學(xué)基金、院所科研項(xiàng)目基金6項(xiàng),并為國內(nèi)外多種著名腫瘤雜志的特約審稿人。腫瘤表觀遺傳學(xué)改變是腫瘤發(fā)生和發(fā)展最關(guān)鍵的分子機(jī)制之一。應(yīng)建明醫(yī)師主要從事發(fā)現(xiàn)和鑒定被表觀遺傳學(xué)機(jī)制尤其是DNA甲基化沉默的新抑癌基因。以國內(nèi)常見腫瘤如食管癌、鼻咽癌、結(jié)腸癌、胃癌、肺癌等為腫瘤模型,應(yīng)用各種技術(shù)如表觀遺傳學(xué)方法、基因組學(xué)、雜交消減、微距陣雜交等鑒定新的候選抑癌基因。部分研究成果發(fā)表于國際著名腫瘤學(xué)研究雜志。發(fā)現(xiàn)并研究這些被表觀遺傳學(xué)調(diào)控失活的抑癌基因,不但有利于了解腫瘤發(fā)生和發(fā)展的分子機(jī)制,而且為開發(fā)新的腫瘤生物標(biāo)記物用于腫瘤早期診斷、預(yù)后評(píng)估及腫瘤分子治療提供了科學(xué)基礎(chǔ)和依據(jù)。
分子病理學(xué)的“踐行者”
通過應(yīng)建明醫(yī)師的講解使我們了解到,在腫瘤診治過程中,外科從術(shù)前、術(shù)中到術(shù)后,放化療從診斷到選擇治療方案,病理診斷的指導(dǎo)作用貫穿始終,包括療效評(píng)價(jià)以及判斷預(yù)后。然而,人類對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展的認(rèn)識(shí)是局限的,在腫瘤發(fā)展的長期連續(xù)過程中,傳統(tǒng)病理診斷依靠腫瘤組織形態(tài)的表現(xiàn)已經(jīng)不能滿足對(duì)不典型或少見腫瘤的診斷和鑒別診斷。隨著分子生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展,人們對(duì)腫瘤的分子機(jī)制逐漸得以闡明,病理學(xué)診斷步入了新的分子水平異常檢測(cè)和鑒別。應(yīng)建明醫(yī)師憑借著十余年的潛心研究和艱苦磨礪,在新的挑戰(zhàn)面臨時(shí)毅然承擔(dān)了建設(shè)和完善了分子病理實(shí)驗(yàn)室的重任,在擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主管的一年內(nèi)逐步開展了以原位雜交、熒光原位雜交(FISH)、PCR、RT-PCR、DNA測(cè)序、流式細(xì)胞術(shù)等技術(shù)為主的十余項(xiàng)分子病理檢測(cè)項(xiàng)目。這些檢測(cè)項(xiàng)目的建立為腫瘤患者的診斷鑒別及促進(jìn)個(gè)體化治療提供了有力的幫助。
腫瘤病理診斷依靠組織形態(tài)結(jié)合當(dāng)前較完善的免疫組化技術(shù)可以對(duì)大部分腫瘤做出正確判斷,但對(duì)于某些類型腫瘤尤其是少見類型需要依賴分子病理檢測(cè)才能對(duì)其良惡性作出判斷,例如,克隆性基因重排檢測(cè)用于協(xié)助判斷良性淋巴結(jié)反應(yīng)性增生和惡性淋巴瘤;針對(duì)腫瘤的特異性染色體易位檢測(cè)用于協(xié)助鑒別軟組織腫瘤的組織來源。顯而易見,分子病理檢測(cè)的應(yīng)用成為對(duì)這部分腫瘤的確診和鑒別分類不可缺少的關(guān)鍵性依據(jù),即所謂腫瘤分子分型,直接關(guān)系到后續(xù)的治療方案選擇。
隨著分子生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展和分子靶向藥物的出現(xiàn),分子靶向治療已經(jīng)成為了腫瘤治療的未來發(fā)展方向,而這種治療必須以腫瘤特異的分子靶點(diǎn)檢測(cè)為前提。這些分子靶點(diǎn)在同一種腫瘤的不同個(gè)體之間、甚至同一個(gè)體的腫瘤發(fā)展的不同階段是存在著差異的,必須根據(jù)患者的分子病理檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行治療方案和藥物的選擇。如檢測(cè)HER2基因的表達(dá)/擴(kuò)增狀態(tài)、EGFR和KRAS基因的突變狀態(tài)是選擇分子靶向藥物曲妥珠單抗、西妥昔單抗和易瑞沙治療乳腺癌、結(jié)直腸癌和肺腺癌的前提。大量的臨床研究已證實(shí)這些藥物對(duì)有適應(yīng)癥的患者具有很好的療效,反之則有毒副作用。
應(yīng)建明醫(yī)師告訴我們,分子病理檢測(cè)項(xiàng)目的建立只是個(gè)開始,要確保這些檢測(cè)結(jié)果的長期準(zhǔn)確性和可靠性必須進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制,避免檢測(cè)結(jié)果的假陽性和假陰性。病理科非常注重分子病理檢測(cè)的室內(nèi)外質(zhì)控,并率先在乳腺癌的檢測(cè)項(xiàng)目中貫徹流程管理理念,從標(biāo)本的收集、固定到檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的規(guī)范化操作優(yōu)化流程。目前應(yīng)建明醫(yī)師還擔(dān)任著北京市病理質(zhì)量控制和改進(jìn)中心的熒光原位雜交(FISH)檢測(cè)管理工作組職務(wù)。
第5篇：表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的關(guān)系范文
關(guān)鍵詞：生命科學(xué)概論;遺傳學(xué);專題討論;教學(xué)模式
中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）43-0176-02
21世紀(jì)的生命科學(xué)與其他學(xué)科的相互滲透和相互促進(jìn)，對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人類的前途和命運(yùn)產(chǎn)生深刻的影響[1]。目前，在高等學(xué)校非生物類專業(yè)中開設(shè)生命科學(xué)概論課程，已經(jīng)取得越來越多的共識(shí)。由于受課時(shí)的限制，各個(gè)學(xué)校在具體教學(xué)內(nèi)容、課程安排、教學(xué)方式上存在較大的差異[2，3]。遺傳學(xué)是生命科學(xué)的重要組成部分，涉及動(dòng)物、植物、微生物、細(xì)胞、生物化學(xué)、人類遺傳、數(shù)量遺傳、表觀遺傳、遺傳病等方面的內(nèi)容。如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，取得較好的教學(xué)效果，是生命科學(xué)概論教學(xué)需要探討的問題[4]。“專題討論”是以專題為內(nèi)容，以討論為形式的一種教學(xué)方式，有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題以及溝通與交流的能力，是傳統(tǒng)講授式教學(xué)的良好補(bǔ)充[5]。近年來，我們采用專題討論的方式，圍繞遺傳學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、相關(guān)的最新研究進(jìn)展和社會(huì)熱點(diǎn)等問題開展教學(xué)，取得一定的成效，受到學(xué)生的歡迎。
一、專題討論的組織和實(shí)施
（一）專題選題的篩選與確定
在生命科學(xué)概論的遺傳學(xué)教學(xué)中，以前期的基本知識(shí)為基礎(chǔ)，了解學(xué)生在中學(xué)階段文理科的基本情況以及對(duì)生命科學(xué)的感興趣話題，收集社會(huì)和網(wǎng)絡(luò)上與遺傳學(xué)相關(guān)的熱點(diǎn)問題，確定專題討論的題目。專題題目需要符合以下幾個(gè)要求：首先，緊扣教材，不能脫離遺傳學(xué)的范疇。其次，結(jié)合實(shí)際，與時(shí)俱進(jìn)，具有一定的新穎性。另外，專題難度要適中，不超出學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍，以免影響學(xué)習(xí)興趣。每個(gè)學(xué)生都可以根據(jù)自己的興趣和愛好，向教師提出專題選題。
例如，學(xué)生可以在這一課程教學(xué)中篩選出多個(gè)能進(jìn)行討論的專題題目：衰老與遺傳、醫(yī)學(xué)與遺傳、轉(zhuǎn)基因與食品安全、不孕不育與優(yōu)生優(yōu)育、性別決定與同性戀、罕見遺傳病探討、轉(zhuǎn)基因食品的理性思考、人類常見遺傳病知識(shí)、遺傳與優(yōu)生、遺傳與環(huán)境――誰決定性格、遺傳病的認(rèn)識(shí)與防治、紅綠色盲的遺傳、人類左右撇子性狀及其遺傳機(jī)制分析、人類性別決定和性別鑒定研究進(jìn)展、先天性唇裂的原因與預(yù)防等。從這些題目可以看出，學(xué)生比較關(guān)注自身、社會(huì)和網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)問題。因此，教師在實(shí)際教學(xué)中，可根據(jù)學(xué)生選題的實(shí)際情況，挑選感興趣的內(nèi)容，擬定5～6個(gè)題目，進(jìn)行準(zhǔn)備和討論。
（二）討論形式與過程
討論可分小組和班級(jí)討論兩種方式。一般8～10名學(xué)生組成一個(gè)小組，每組學(xué)生可自行選擇專題，推舉一名小組長，對(duì)組員進(jìn)行分工合作，如在收集資料、分類與整理資料、PPT制作等方面進(jìn)行詳細(xì)分工，并在組內(nèi)通過郵件、QQ等方式進(jìn)行內(nèi)部討論交流，推舉一名同學(xué)進(jìn)行全班討論與交流，時(shí)間控制在10分鐘之內(nèi)。為了體現(xiàn)探究式學(xué)習(xí)模式，提高學(xué)生的科學(xué)思維，專題應(yīng)按照文獻(xiàn)綜述“前言―正文―總結(jié)―參考文獻(xiàn)”的格式撰寫，強(qiáng)調(diào)參考文獻(xiàn)特別是英文文獻(xiàn)的閱讀和使用。
全班專題討論時(shí)間一般安排在課程結(jié)束前的2～3周，成績(jī)作為學(xué)生的平時(shí)成績(jī)，計(jì)入期末總成績(jī)中，用3個(gè)課時(shí)實(shí)施專題討論。討論開始前，擬定1名學(xué)生作為主持人，告知大家本次討論的題目、順序、匯報(bào)人。在學(xué)生進(jìn)行交流匯報(bào)時(shí)，應(yīng)首先介紹本組成員，以及每位成員在本次交流的貢獻(xiàn)。匯報(bào)結(jié)束后，展開討論答辯，依據(jù)討論的熱烈程度，可適當(dāng)延長時(shí)間。討論后，教師要對(duì)匯報(bào)人的匯報(bào)內(nèi)容、討論內(nèi)容等做點(diǎn)評(píng)。
總之，在交流討論的過程中，匯報(bào)演講人要控制好時(shí)間，而討論時(shí)間則可適當(dāng)延長。教師應(yīng)盡可能地不打斷學(xué)生的熱烈討論，當(dāng)時(shí)間較長時(shí)提醒課后再接著討論。
（三）專題討論總結(jié)
每位學(xué)生匯報(bào)與討論結(jié)束后，教師應(yīng)對(duì)匯報(bào)人的題目新穎性、PPT制作、文獻(xiàn)查閱、語言表達(dá)能力等多方面及學(xué)生討論問題進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。由于每組學(xué)生在討論題目、PPT制作、語言表達(dá)等方面存在差異，導(dǎo)致匯報(bào)討論后的反應(yīng)大不一樣，教師要指出其優(yōu)缺點(diǎn)，增強(qiáng)較弱小組學(xué)生的自信心，不吝惜鼓勵(lì)，也要委婉地指出問題。例如，在“人類常見遺傳病的知識(shí)”的匯報(bào)中，演講人對(duì)常見遺傳病的分類、名稱進(jìn)行介紹，但沒有對(duì)一些常見遺傳病的定義進(jìn)行詳細(xì)解釋，PPT的制作更像課件而非專題匯報(bào)形式。匯報(bào)結(jié)束后，教師應(yīng)委婉地指出存在的問題，如應(yīng)就實(shí)際問題以及更能引起大家興趣的方面做更多的努力，這既指出缺點(diǎn)，也會(huì)照顧學(xué)生的情緒。在每位學(xué)生的專題匯報(bào)討論結(jié)束后，班上其他同學(xué)要依據(jù)合適的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分，最后由專人進(jìn)行統(tǒng)分、公示，將其作為平時(shí)成績(jī)。討論結(jié)束后，按照討論的意見和建議，對(duì)專題電子文稿和PPT文稿進(jìn)行修改，提供給每位學(xué)生，讓所有的學(xué)生能主動(dòng)地參與教學(xué)，獲得更多的知識(shí)，比單純教師講授的效果要好。
專題討論式教學(xué)能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，值得注意的是，也不可忽視教師的引導(dǎo)作用。專題討論式教學(xué)雖然把課堂交給學(xué)生，但教師不能對(duì)學(xué)生放任，而是全程對(duì)學(xué)生負(fù)責(zé)，不可掉以輕心，否則很難達(dá)到初衷。不過，這對(duì)教師的學(xué)術(shù)水平、教學(xué)能力、組織能力、工作責(zé)任心等提出更高的要求。
二、專題討論的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)
作為非生物類專業(yè)的大學(xué)生，學(xué)習(xí)生命科學(xué)的目的是拓展知識(shí)面，加強(qiáng)學(xué)科交叉，促進(jìn)不同學(xué)科之間的融合，培養(yǎng)正確的生命觀，珍惜生命和熱愛生命[1，2]。有學(xué)者認(rèn)為，自主討論式的學(xué)習(xí)模式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新思維能力[3，5]。張羽在遺傳學(xué)的教學(xué)中，認(rèn)為差異自主式、探究式、合作式的方法可取得較好的效果[6]。專題討論式的教學(xué)方法會(huì)使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，體現(xiàn)自主式、探究式和合作式的特點(diǎn)。學(xué)生在準(zhǔn)備專題內(nèi)容時(shí)，能夠分工合作又相互合作，不僅大大拓展教材內(nèi)容，增加知識(shí)面，還可培養(yǎng)獨(dú)立思考、探究和創(chuàng)新能力。
有調(diào)查研究表明，現(xiàn)在大學(xué)生畢業(yè)后，所從事的職業(yè)與大學(xué)所學(xué)專業(yè)的關(guān)系有逐年下降的趨勢(shì)，而生命科學(xué)與人類和社會(huì)的關(guān)系越來越密切。因此，非生物類大學(xué)生在學(xué)習(xí)生命科學(xué)知識(shí)的他同時(shí)，應(yīng)學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，掌握不斷學(xué)習(xí)的能力，緊跟科技發(fā)展步伐。而專題討論式的教學(xué)方法，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的自學(xué)能力、獨(dú)立思考能力、信息獲取能力、信息分析判斷能力、外文應(yīng)用能力等，有很大的幫助。
在生命科學(xué)概論的遺傳學(xué)教學(xué)中，采用專題討論式教學(xué)方法，會(huì)給學(xué)生提供展示自己的機(jī)會(huì)，讓其語言表達(dá)能力、臨場(chǎng)發(fā)揮能力、應(yīng)變能力等得到鍛煉。而且，很多學(xué)生也很喜歡這種教學(xué)方式，期望能夠多開展一些這樣的教學(xué)活動(dòng)。
三、專題討論的不足和解決思路
（一）存在的不足
生命科學(xué)概論作為非生物類專業(yè)學(xué)生的課程，根據(jù)學(xué)生對(duì)象，在該教學(xué)方式實(shí)施過程中也存在一些問題，特別是不同專業(yè)和年級(jí)的教學(xué)班，在專題討論組織方面比較困難。例如，有學(xué)生說需要花費(fèi)較多的時(shí)間和精力去完成專題，而小組式分工協(xié)作容易使積極性不高的學(xué)生偷懶，個(gè)別學(xué)生參與度不高，最后專題形成與討論僅僅依靠小組內(nèi)幾位學(xué)習(xí)認(rèn)真、有興趣的學(xué)生來完成。一些學(xué)生在引用文獻(xiàn)時(shí)過多引用英文二次或三次文獻(xiàn)，沒有較好地閱讀原文獻(xiàn)，容易造成引用偏差。還有，其評(píng)價(jià)方式有待細(xì)化和科學(xué)化等。
（二）解決思路
了解學(xué)生的興趣與態(tài)度，擬定的專題討論應(yīng)貼近需要、實(shí)用，增加討論熱情等。在興趣的指引下，學(xué)生才不會(huì)覺得這是一種學(xué)習(xí)壓力，而會(huì)主動(dòng)積極去獲取相關(guān)專題知識(shí)。
針對(duì)學(xué)生英文文獻(xiàn)閱讀能力較弱現(xiàn)象，教師在平時(shí)上課過程中可根據(jù)授課內(nèi)容，用較短的時(shí)間增加英文文獻(xiàn)的閱讀與講解，并讓學(xué)生試著翻譯文獻(xiàn)，布置英文文獻(xiàn)閱讀任務(wù)，以讀書筆記的形式間接提高學(xué)生英文文獻(xiàn)的閱讀時(shí)間和能力。
針對(duì)評(píng)價(jià)方式與標(biāo)準(zhǔn)，征求其他學(xué)科教師和學(xué)生的意見，以提高學(xué)生的知識(shí)面和師范技能，設(shè)置更為合理的標(biāo)準(zhǔn)。
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第6篇：表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的關(guān)系范文
1．1主要的遺傳改造技術(shù)應(yīng)用于制作動(dòng)物模型上的優(yōu)缺點(diǎn)
1．1．1轉(zhuǎn)基因技術(shù)該技術(shù)將體外構(gòu)建的包含基因表達(dá)框的DNA通過直接注射到受精卵雄原核中，使其在基因組DNA擴(kuò)增的過程中隨機(jī)插入到基因組中而構(gòu)建，其中BAC轉(zhuǎn)基因由于具有能完整地保留基因表達(dá)的調(diào)控元件、基因上下游序列較長大大降低了插入位點(diǎn)周圍序列的影響、插入基因組中的拷貝數(shù)較低且傳代較穩(wěn)定等傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因所不具有的優(yōu)點(diǎn)［5］，而越來越受到學(xué)者們的重視。該技術(shù)可以利用強(qiáng)驅(qū)動(dòng)子使基因過表達(dá)，用于模擬和再現(xiàn)基因擴(kuò)增引起的一些疾病，如許多腫瘤的發(fā)生是由于癌基因的擴(kuò)增而造成的。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)也可以在體表達(dá)針對(duì)某個(gè)或某些mRNA的micoRNA而關(guān)閉或敲弱這些基因的表達(dá)，以再現(xiàn)由于缺乏這些基因表達(dá)而造成的疾病。該技術(shù)的主要缺點(diǎn)是:一是插入的隨機(jī)性可能造成外源性轉(zhuǎn)基因的表達(dá)不能完全遵循原有內(nèi)源性基因表達(dá)的模式，對(duì)內(nèi)源性基因的表達(dá)還可能造成干擾;二是效率低。
1．1．2以同源重組為基礎(chǔ)的遺傳改造技術(shù)該技術(shù)將經(jīng)改造后的序列通過同源重組替換原有的序列，從而達(dá)到改造基因的目的。該技術(shù)需經(jīng)歷ES細(xì)胞培養(yǎng)、ES細(xì)胞內(nèi)重組和篩選、囊胚注射和子宮移植等階段而獲得嵌合鼠，再從嵌合鼠的后代中獲得能穩(wěn)定遺傳改造過的基因的首建鼠。該技術(shù)可以用于對(duì)基因進(jìn)行定點(diǎn)突變、整個(gè)或部分序列替換造成該基因功能的缺失，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)敲除(conventionalknockout)［6］、結(jié)合Cre－loxp［7］、Flp－Frt［8］系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因的條件性敲除(conditionalknockout，包括組織特性和發(fā)育階段特異性敲除)。該技術(shù)可以模擬和再現(xiàn)人或動(dòng)物由基因點(diǎn)突變而造成的疾病，可以實(shí)現(xiàn)在特定的組織細(xì)胞、特定的發(fā)育階段關(guān)閉某個(gè)或某些基因的表達(dá)，以模擬和再現(xiàn)這些組織細(xì)胞或發(fā)育階段相關(guān)的特定疾病的發(fā)生、發(fā)展過程等。該技術(shù)的主要缺點(diǎn)是:受限于ES細(xì)胞的培養(yǎng)技術(shù)(目前僅有小鼠、大鼠的數(shù)個(gè)ES細(xì)胞系可用)、首建鼠獲得率低、周期長等。
1．1．3以人工核酸內(nèi)切酶為基礎(chǔ)的遺傳改造技術(shù)近年來，許多學(xué)者從微生物中發(fā)現(xiàn)了幾種能特異性識(shí)別某些堿基序列的內(nèi)切酶并加以改進(jìn)，發(fā)展成為人工核酸內(nèi)切酶，應(yīng)用該技術(shù)可以精確地對(duì)某些特異DNA序列進(jìn)行識(shí)別、結(jié)合和特異性切除，以促進(jìn)外源DNA序列在缺口處的插入，從而達(dá)到切除或者替換原有序列的目的，實(shí)現(xiàn)基因改造。近幾年，迅速發(fā)展起來的人工內(nèi)切酶技術(shù)，包括ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)單、修改精確度高、效率高、周期短、不受ES細(xì)胞的局限、可對(duì)多種細(xì)胞內(nèi)的基因進(jìn)行改造等優(yōu)點(diǎn)［9］。其中CRISPR/Cas9技術(shù)在南京大學(xué)模式動(dòng)物研究所得到了很好的開發(fā)和應(yīng)用，黃行許等人利用該技術(shù)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)對(duì)包括人ES細(xì)胞在內(nèi)的多種種屬和種系細(xì)胞株內(nèi)的基因改造，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)小鼠［10］、大鼠［11］、猴［12］的基因改造，其中包括條件性敲除改造等。CRISPR/Cas9等新技術(shù)的開發(fā)和利用提高了遺傳改造的成功率，使多種屬、種系的遺傳改造疾病動(dòng)物模型的構(gòu)建成為可能。
1．2遺傳改造疾病動(dòng)物模型在醫(yī)藥學(xué)研究上的應(yīng)用及其特點(diǎn)
1．2．1在西醫(yī)藥研究上的應(yīng)用特點(diǎn)及其前景基于對(duì)小鼠遺傳信息的深入研究，對(duì)人、小鼠疾病的遺傳學(xué)研究成果，目前已通過遺傳改造技術(shù)構(gòu)建出多種能再現(xiàn)人、小鼠疾病的小鼠模型，并被廣泛應(yīng)用于研究和揭示疾病發(fā)生和發(fā)展分別所涉及的信號(hào)通路、基因及其調(diào)控等。由于腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程實(shí)質(zhì)上是體細(xì)胞或生殖細(xì)胞基因突變及其積累的過程，因此遺傳改造技術(shù)構(gòu)建的腫瘤疾病模型能再現(xiàn)許多腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程，因此在腫瘤醫(yī)學(xué)研究和抗腫瘤藥物開發(fā)上具有巨大的應(yīng)用價(jià)值，并已取得了不小的成果。目前，已獲知腫瘤發(fā)生和發(fā)展的過程是Ras通路［13］、WNT通路［14］或PI3K/AKT通路［15］等促進(jìn)細(xì)胞增殖的信號(hào)通路被激活，而p53通路［16］或Rb通路［17］等抑制細(xì)胞增殖的信號(hào)通路被破壞的過程。在對(duì)這些分子機(jī)制較為深刻和充分的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，已開發(fā)出多種抗腫瘤藥物。例如對(duì)靶向EGFR的藥物已被應(yīng)用于臨床上抗腫瘤治療［18］，對(duì)p53通路的調(diào)節(jié)模式的認(rèn)識(shí)及對(duì)有關(guān)分子結(jié)構(gòu)的了解，促成了MDM2抑制藥物RG7112［19］等的產(chǎn)生，這些藥物均在一定程度上對(duì)一些腫瘤有較好的療效。近年來，基于對(duì)小鼠轉(zhuǎn)移性腫瘤模型中獲得的有關(guān)腫瘤轉(zhuǎn)移過程所涉及的分子機(jī)理的深刻認(rèn)識(shí)，為開發(fā)出能廣泛抑制腫瘤轉(zhuǎn)移藥物提供了理論依據(jù)。由于受到ES細(xì)胞培養(yǎng)難等技術(shù)限制，目前遺傳改造疾病動(dòng)物模型絕大多數(shù)來自于小鼠，CRISPR/Cas9技術(shù)在多種模式動(dòng)物中的成功應(yīng)用，使得更廣泛的動(dòng)物遺傳改造成為可能，從而為構(gòu)建除小鼠以外的遺傳改造疾病動(dòng)物模型清除了技術(shù)障礙。
1．2．2在中醫(yī)藥學(xué)研究上的應(yīng)用特點(diǎn)及其前景由于中醫(yī)癥候的標(biāo)準(zhǔn)化、量化從理論上和方法上的未統(tǒng)一、未確定，導(dǎo)致中醫(yī)癥候本身的描述和表征上存在爭(zhēng)議性，使得依據(jù)中醫(yī)藥理論所構(gòu)建的疾病動(dòng)物模型能被業(yè)者認(rèn)可的極為有限。盡快制訂統(tǒng)一的中醫(yī)癥候確診標(biāo)準(zhǔn)，探索符合中醫(yī)藥理論的量化方法，探討和揭示中醫(yī)癥候與基因的表達(dá)調(diào)控及其功能的關(guān)系，有助于中醫(yī)藥實(shí)踐和理論的深入發(fā)展。中醫(yī)理論的整體觀和辨證觀強(qiáng)調(diào)了機(jī)體的整體性、個(gè)體的特異性和致病的辯證性在疾病診斷、病因、病機(jī)探索和疾病治療上的關(guān)鍵作用，提示需要以組學(xué)如功能基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄物組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等的理念和方法，洞察中醫(yī)癥候的病因和病機(jī)。因此，從遺傳學(xué)角度來解讀中醫(yī)癥候，更多體現(xiàn)在以某個(gè)基因?yàn)橹鞯亩嗷蜷g相互關(guān)聯(lián)和作用(整體性和辯證性)，更多表現(xiàn)為表觀遺傳學(xué)上的改變(個(gè)體性)所造成的癥候的發(fā)生和發(fā)展?，F(xiàn)代遺傳改造技術(shù)的長足進(jìn)步和CRISPR/Cas9等新技術(shù)的產(chǎn)生，使得經(jīng)濟(jì)、快捷地在1個(gè)個(gè)體中對(duì)多個(gè)基因進(jìn)行改造和進(jìn)行人為模擬自然調(diào)控成為可能。隨著中醫(yī)癥候的標(biāo)準(zhǔn)化和量化從理論上得到統(tǒng)一和確定，方法上得到改進(jìn)和廣泛的認(rèn)同，相信遺傳改造技術(shù)所構(gòu)建的中醫(yī)癥候動(dòng)物模型在不久的將來必將面世，這將為中醫(yī)藥學(xué)的研究提供新的平臺(tái)，有望促進(jìn)中醫(yī)藥學(xué)的實(shí)踐和理論發(fā)展達(dá)到新的高度。
2小結(jié)
第7篇：表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的關(guān)系范文
人和動(dòng)物細(xì)胞核苷酸中的堿基有四種，即胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）和鳥嘌呤（G），它們之間的排列方式有下面幾種：A-T、G-C、T-A和C-G，因此稱為堿基互補(bǔ)原則。
生命如歌的內(nèi)涵
堿基和堿基互補(bǔ)的原則很像樂曲中幾個(gè)體現(xiàn)音高的基本音符按一定的規(guī)律重復(fù)和組合的過程。研究人員發(fā)現(xiàn)A-T、G-C、T-A和C-G與1（do）、2（re）、3（mi）、4（fa）、5（sol）、6（la）、7（xi）之間的相互組合具有相似性。音樂家可以把這7個(gè)基本音符以不同方式和頻率進(jìn)行有規(guī)律的排列、組合、重復(fù)等，譜寫出一支又一支優(yōu)美動(dòng)聽的歌曲和一個(gè)又一個(gè)感人心脾的旋律，甚至讓人聽得如癡如醉，回腸蕩氣。
那么，相似的堿基排列組合會(huì)不會(huì)也能譜出悠揚(yáng)的旋律呢？顯然，4個(gè)堿基與7個(gè)基本音符相比少了3個(gè)。但是，這并不妨礙按照作曲的方式來排列4個(gè)堿基，同樣可能譜寫出千回百轉(zhuǎn)的美妙旋律。
早在1986年美國一些研究人員就發(fā)現(xiàn)，人和動(dòng)物的DNA中4個(gè)基本堿基的循環(huán)往復(fù)排列既是基因編碼，也可以譜寫出不同的樂曲。研究人員把胞嘧啶（C）與1（do）相對(duì)應(yīng)，腺嘌呤（A）與2（re）和3（mi）相對(duì)應(yīng)，鳥嘌呤
（G）與4（fa）和5（sol）相對(duì)應(yīng)，胸腺嘧啶與6（la）和7（xi）相對(duì)應(yīng)，再讓胞嘧啶（C）與高音ī（do）對(duì)應(yīng)，結(jié)果，這些基因編碼譜寫出了樂曲。
這種音樂可以稱為基因音樂，但是基因音樂并不像人們按基本音符譜寫出的樂曲一樣那么美妙動(dòng)聽，因?yàn)榛蛑袎A基的重復(fù)有些單調(diào)、串連和聚合，但是也表現(xiàn)出某種旋律的結(jié)構(gòu)和音色。而且，每個(gè)基因中的一連串堿基（基因音符）都有自己的風(fēng)格，一些基因譜出的曲子有點(diǎn)像巴洛克的音樂，因?yàn)樗鼈冎械哪骋粔A基一再重復(fù)發(fā)音。另一些基因所譜的曲子則有些浪漫，因?yàn)樗鼈兊膲A基重復(fù)有些隱秘而且被較長的區(qū)間所間隔，即頻率較低。
例如，用小鼠的為核糖核酸聚合酶II編碼的一段基因所譜的曲子聽起來像蕭邦的鋼琴曲，用編碼細(xì)胞黏附分子的基因所譜的曲則像德彪西的樂曲。用為膠原組織編碼的基因所譜出的曲子有些像巴赫的樂曲。用為人類X性連鎖磷酸甘油激酶編碼的基因所譜的曲子則很像縈繞于心頭揮之不去的憂郁小提琴旋律，似乎這樣厭世的旋律保留在人的基因中已經(jīng)有千百萬年。
這就給人一種提醒，如果是健康的人，按其DNA的堿基正常排序所譜寫的基因之歌將是動(dòng)聽和優(yōu)美的。但是，疾病患者或有基因缺陷的人，其基因音樂則可能與噪音和雜音相似，既刺耳，又難聽。
兩種新音符
健康人和患病者的基因音樂會(huì)呈現(xiàn)不同的旋律的假設(shè)源自兩方面。一是有基因突變或缺陷的人，其基因中的堿基序列規(guī)律性較低，因此以它們?yōu)槟０遄V寫出來的音樂并不優(yōu)美，甚至刺耳。另一方面，由于堿基只有4個(gè)，當(dāng)然不能與人創(chuàng)造的最基本的7個(gè)基本音符，甚至8個(gè)基本音符（加上高音ī）相比較。所以，有研究人員測(cè)猜，人類基因中可能還有一些基本的音符，即堿基沒有被發(fā)現(xiàn)。
這個(gè)假說既是對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中堿基排列規(guī)律，即基因序列的挑戰(zhàn)，又提示音樂與生物學(xué)有密切關(guān)系。但是，這只是假設(shè)，還沒有證據(jù)。
然而，隨著對(duì)人類和動(dòng)物基因組的深入研究，表觀遺傳學(xué)進(jìn)入人們的視野?；蛞l(fā)揮作用就需要一種調(diào)整和修飾基因外觀從而讓特定基因發(fā)揮作用的機(jī)制，這就是表觀遺傳。所以，表觀遺傳學(xué)（也稱表觀基因組學(xué)）也是研究在基因組序列不變的情況下，一些遺傳密碼是如何調(diào)控基因表達(dá)并可穩(wěn)定遺傳下去的機(jī)理。例如，DNA的后天修飾（如甲基化修飾）、組蛋白的各種修飾等都是表觀基因組的內(nèi)容。
實(shí)際上，基因被修飾的體現(xiàn)之一就是堿基被修飾，被修飾后的堿基就成為新的堿基，也即新的基因音符。研究人員發(fā)現(xiàn)，除基因的4個(gè)固定的堿基外，還有新的堿基，即第5和第6堿基。第5堿基就是5-甲基胞嘧啶（5mC），這是一種對(duì)胞嘧啶的甲基化修飾，即一種“表觀遺傳”的標(biāo)記。但是，5-甲基胞嘧啶并非基因組上唯一的表觀遺傳標(biāo)記?，F(xiàn)在，美國洛克菲勒大學(xué)的斯柯爾曼塔斯?克里奧希昂里斯和納撒尼爾?海因茨發(fā)現(xiàn)，胞嘧啶還有另外一種修飾，這就是5-羥甲基胞嘧啶（5hmC），也因此把這種修飾后的堿基稱為第6堿基。
這樣算下來，基因中的堿基就分別是A、T、G、C、5mC和5hmC。這些被稱為基因音符的堿基還是比音樂中的7個(gè)基本音符少了一個(gè)，不過，這已經(jīng)比較接近人類音樂的基本要素了。
迄今研究人員還沒有從基因音樂來認(rèn)識(shí)這兩種新的音符，不過，從基因功能來看，它們與基因音樂是有關(guān)系的，因?yàn)樗鼈儗?duì)基因的功能和表達(dá)有重要的作用。
第5和第6堿基的作用
第5堿基（5mC）和第6堿基（5hmC）具有不同的作用，最大的作用就是與疾病和健康有關(guān)，更確切地說，與癌癥和某些遺傳病有很大關(guān)聯(lián)。
海因茨和克里奧希昂里斯通過對(duì)小鼠健康腦細(xì)胞基因組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)第5堿基分布在更具致密包裝、不易接近的DNA鏈上，而第6堿基則大部分位于松散包裝的DNA區(qū)域。而且，第6堿基的分布如果發(fā)生變化，就可能與癌癥有關(guān)，因?yàn)檫^去的研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞中都存在第6堿基的分布改變。
更有意思的是，第5堿基主要分布在沉默的基因組CpG島上。CpG島是指DNA上的一個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域含有大量相聯(lián)的胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G），以及使兩者相連的磷酸酯鍵（p）。哺乳類動(dòng)物基因中的啟動(dòng)子上含有約40%的CpG島，而人類則更多，約有70%。而且，一般CpG島的長度為300～3000個(gè)堿基對(duì)。但是，第6堿基則更多地位于基因高水平表達(dá)的基因組區(qū)域。這就是說，第5堿基主要是使基因沉默，而第6堿基主要是使基因表達(dá)。
當(dāng)然，第5堿基與第6堿基的區(qū)別還在于，第6堿基主要分布在基因主體上，基因主體是編碼蛋白質(zhì)的部分。同時(shí)，作為一種回避或分散原則，在基因序列中出現(xiàn)第5堿基的地方就很少出現(xiàn)第6堿基，反之亦然。雖然研究人員還不能確認(rèn)第5和第6堿基的精確作用，但是一些線索已經(jīng)提示，它們分別或共同與癌癥和其他一些疾病有關(guān)。
例如，一些研究發(fā)現(xiàn)，在一些癌癥，包括急性白血病和骨髓增生異常綜合征中，第6堿基被高度耗竭。而且，這種耗竭伴隨著腫瘤抑制基因TET2的破壞。
同時(shí)，研究人員也發(fā)現(xiàn)，一種主要產(chǎn)生于女孩身上的疾病――雷特綜合征（頭小綜合征）也與第5和第6堿基有關(guān)。這是一種遺傳病，屬于神經(jīng)系統(tǒng)的嚴(yán)重失常，病癥會(huì)影響到患者的運(yùn)動(dòng)能力，患兒智力低下，出現(xiàn)語言和交流障礙，行為刻板，共濟(jì)失調(diào)以及出現(xiàn)自閉癥行為等。
雷特綜合征的發(fā)病與一種稱為甲基化CpG結(jié)合蛋白2 （MeCp2）的分子有關(guān)。正常情況下，MeCp2既能結(jié)合第5堿基，又能結(jié)合第6堿基。但是海因茨和克里奧希昂里斯發(fā)現(xiàn)，如果MeCp2發(fā)生突變，就只能結(jié)合第5堿基，而不能結(jié)合第6堿基。此時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致雷特綜合征的發(fā)病，并讓患者產(chǎn)生輕微的認(rèn)知和語言能力的下降。
期待深入了解基因音符
人和動(dòng)物基因中的堿基或基因音符是否只有6種呢？現(xiàn)在尚不會(huì)有明確答案，但是，就現(xiàn)有的6種基因音符來看，有可能以它們?yōu)榛A(chǔ)開發(fā)出診斷疾病和表現(xiàn)生命特征的基因音樂。因?yàn)?，在?和第6堿基出現(xiàn)較多或反復(fù)出現(xiàn)的地方，基因音樂肯定是不一樣的。
首先是，美妙動(dòng)聽的音樂是與健康細(xì)胞的基因中的堿基正常而有規(guī)律的排序相關(guān)。過去有研究人員按英語的習(xí)慣把四個(gè)堿基T、G、A、C分別對(duì)應(yīng)為3（mi）、4（fa）、5（sol）、ī（do，高音），由此譜出的胰島素基因的樂曲優(yōu)美迷人，其旋律就像《幸福勤勞》那樣動(dòng)聽。既如此，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了第5和第6堿基（音符），就有可能按照這6個(gè)基因音符來譜出更為復(fù)雜和組合更廣泛的音樂，而且這樣的音樂也可能更為優(yōu)美動(dòng)聽。
另一方面，如果人們患病，如癌癥，而癌細(xì)胞是不正常的細(xì)胞，其中的6個(gè)堿基的分布就有可能打破正常的規(guī)律和程序，就如同雷特綜合征患者的細(xì)胞中只出現(xiàn)第5堿基，而沒有出現(xiàn)第6堿基一樣。在沒有第6堿基這個(gè)音符時(shí)，譜出的樂曲就顯然不如正常人既有第5堿基（音符），又有第6堿基（音符）所譜出的樂曲那么動(dòng)聽。
第8篇：表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的關(guān)系范文
【關(guān)鍵詞】微分方程 生物信息學(xué) 案例式教學(xué)法 問題式教學(xué)法
【中圖分類號(hào)】O175 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2012）10-0060-01
生物信息學(xué)作為一門交叉學(xué)科正在迅猛的發(fā)展，通過將數(shù)學(xué)科學(xué)知識(shí)和技巧引入生物科學(xué)的領(lǐng)域，幫助生物學(xué)家解釋各種生命現(xiàn)象。同時(shí)，生物學(xué)又為數(shù)學(xué)家提供了豐富的研究課題。微分方程是數(shù)學(xué)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，也是其他工科專業(yè)的必修課程之一，為其解決實(shí)際問題提供必要的數(shù)學(xué)知識(shí)。微分方程通過對(duì)自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)中的問題進(jìn)行數(shù)值或者定性的描述，幫助人們對(duì)事物的發(fā)展進(jìn)行預(yù)見。微分方程在眾多的領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，包括物理學(xué)、航天、醫(yī)藥、化學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域。隨著完成測(cè)序的生物數(shù)量的迅速增加及更深入廣泛的了解基因功能，生物網(wǎng)絡(luò)的研究在生物信息學(xué)中越來越受重視。由于微分方程系統(tǒng)的靈活強(qiáng)大，有利于描述生物網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜關(guān)系。因此，微分方程課程被生物信息學(xué)專業(yè)作為重要的必修課程之一。由于本課程數(shù)學(xué)理論豐富應(yīng)用性較強(qiáng)的特點(diǎn)，在給非數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生授課的過程中往往面臨兩難的境地：一方面如果按照數(shù)學(xué)專業(yè)授課模式側(cè)重?cái)?shù)學(xué)理論的介紹就會(huì)脫離本專業(yè)的特點(diǎn)，應(yīng)用性欠缺使得學(xué)生缺乏興趣；另一方面，如果大量介紹應(yīng)用，又會(huì)因?yàn)閷W(xué)生數(shù)學(xué)背景知識(shí)的缺乏而造成學(xué)生比較迷茫。如何在授課過程中將理論和實(shí)際內(nèi)容有機(jī)的結(jié)合，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生興趣值得思考。本文結(jié)合生物信息學(xué)的專業(yè)特點(diǎn)，總結(jié)了微分方程在教學(xué)過程中的一點(diǎn)體會(huì)。
1.合理的整合教學(xué)內(nèi)容
關(guān)于微分方程的教材很多，但是一些教材偏重于理科注重公式定理的推導(dǎo)證明，沒有實(shí)際應(yīng)用的舉例，公式抽象語言晦澀學(xué)生難于理解。本校生物信息學(xué)本科專業(yè)采用的教材是周義倉編寫的常微分方程及其應(yīng)用，其內(nèi)容上在反應(yīng)數(shù)學(xué)理論嚴(yán)密性的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)了建模、應(yīng)用和計(jì)算機(jī)等特點(diǎn)，每章使用數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行具體實(shí)例的解析。
首先，在吃透教材的基礎(chǔ)上對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在了解數(shù)學(xué)背景知識(shí)的同時(shí)更注重微分方程理論的應(yīng)用性而不關(guān)注數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)。
其次，注意不同知識(shí)點(diǎn)的歸納總結(jié)。在教學(xué)過程中注意及時(shí)的整理和總結(jié)，幫助學(xué)生理清它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。同時(shí)，這些理論知識(shí)的落腳點(diǎn)就是眾多不同類型微分方程的求解，針對(duì)不同求解方法進(jìn)行歸納，強(qiáng)化訓(xùn)練。
最后，注意學(xué)生實(shí)際的動(dòng)手操作能力。結(jié)合實(shí)驗(yàn)課針對(duì)每章的教學(xué)內(nèi)容鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作能力，結(jié)合Maple或Matlab軟件判斷微分方程的類型并進(jìn)行求解。除此之外，可以適當(dāng)增加實(shí)際的問題，例如藥物代謝、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等生物信息學(xué)中的經(jīng)典問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、求解方程、解釋實(shí)際現(xiàn)象。
2.多樣化的教學(xué)方法和手段
微分方程涉及很多數(shù)學(xué)理論的推導(dǎo)，因此在數(shù)學(xué)專業(yè)中往往采用板書的方式。既能幫助學(xué)生理解推演過程，又能根據(jù)學(xué)生理解情況隨時(shí)調(diào)整。但是對(duì)于生物信息學(xué)專業(yè)單純的板書或者多媒體教學(xué)都會(huì)導(dǎo)致單調(diào)枯燥，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。將二者有機(jī)的結(jié)合，通過板書將復(fù)雜的理論知識(shí)在黑板上演示，同時(shí)將微分方程的圖形利用多媒體技術(shù)展現(xiàn)使得課堂教學(xué)更具有直觀性，使學(xué)生更容易理解教學(xué)內(nèi)容并加深印象。在教學(xué)過程中適當(dāng)引入討論式教學(xué)方法，針對(duì)實(shí)際問題讓學(xué)生進(jìn)行分組討論有利于培養(yǎng)學(xué)生積極探索、勇于創(chuàng)新、敢于質(zhì)疑的學(xué)習(xí)態(tài)度。
3.理論聯(lián)系實(shí)際
對(duì)于微分方程的內(nèi)容，如果只進(jìn)行理論的學(xué)習(xí)而不進(jìn)行上機(jī)的實(shí)際操作無異于是紙上談兵，上機(jī)的操作如果僅僅局限于是方程的求解和判斷也僅僅是浪費(fèi)時(shí)間。通過上機(jī)時(shí)間不僅鍛煉學(xué)生將所學(xué)算法程序化和學(xué)生的邏輯思維能力，還要提供學(xué)生應(yīng)對(duì)問題的解決能力。隨著海量基因組數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，如何利用基因組數(shù)據(jù)分析基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和代謝途徑是生物信息學(xué)研究人員亟待解決的問題。利用微分方程演化生物網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜關(guān)系得到了廣泛的應(yīng)用。針對(duì)微分方程在基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，讓學(xué)生體會(huì)將實(shí)際問題數(shù)學(xué)化，建立模型求解方程，解釋實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題、提高算法分析與設(shè)計(jì)的能力。其次，積極鼓勵(lì)學(xué)生參與數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)，在活動(dòng)中讓學(xué)生體會(huì)運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的樂趣。
4.靈活的評(píng)價(jià)機(jī)制
傳統(tǒng)的考核辦法采取單一的筆試成績(jī)，但這往往不能評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合素質(zhì)以及知識(shí)的掌握程度。在考核內(nèi)容上主要突出三點(diǎn)內(nèi)容：（一）對(duì)基本概念的掌握程度；（二）分析問題與解決問題的綜合實(shí)力；（三）考查學(xué)生對(duì)微分方程求解方法和技巧的掌握。
對(duì)于生物信息學(xué)專業(yè)的學(xué)生，要求有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)功底解決生物學(xué)問題。因此既要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又要求具有分析和解決實(shí)際生物學(xué)問題的能力。面對(duì)微分方程這門課程，既要重視數(shù)學(xué)理論的教學(xué)，又要注重對(duì)學(xué)生解決生物學(xué)實(shí)際問題的引導(dǎo)，結(jié)合本專業(yè)的特點(diǎn)及培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
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作者簡(jiǎn)介：
王芳（1982- ），吉林人，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)生物信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，講師，主要研究方向：生物信息學(xué)，計(jì)算表觀遺傳學(xué)。
第9篇：表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的關(guān)系范文
關(guān)鍵詞：水稻；矮稈基因；株型；基因克隆；育種
中圖分類號(hào)：S511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2013）09-0127-07
水稻矮稈基因的利用為水稻矮化育種做出了重大貢獻(xiàn)。與高稈品種相比，水稻矮稈品種表現(xiàn)為耐肥抗倒、穗多、收獲指數(shù)高。水稻矮化育種和雜種優(yōu)勢(shì)的利用使水稻的單產(chǎn)水平獲得了兩次飛躍，而雜交稻的成功也是建立在矮化育種的成果之上的。近年來的“超級(jí)稻”育種備受矚目，其思路就是理想株型和雜種優(yōu)勢(shì)利用相結(jié)合。
矮化水稻的培育成功，引發(fā)了全球水稻生產(chǎn)的第一次綠色革命。日本于20世紀(jì)30年代開始粳稻品種的矮化育種研究，先后育成了一批中稈、矮稈的水稻品種，如農(nóng)墾57、靈峰、黎明、日本晴等。20世紀(jì)50～60年代中國育種專家在矮化育種方面取得突破性進(jìn)展，育成了一系列以矮腳南特和矮仔占及其衍生系統(tǒng)為代表的綜合性狀好的矮稈品種。此后，國際水稻所以中國臺(tái)灣的低腳烏尖為矮源育成了被稱為“奇跡稻”的IR8號(hào)及其衍生矮稈高產(chǎn)品種，其他國家和地區(qū)也相繼育成了一批矮稈高產(chǎn)品種，如Calrose 7等。這些品種的育成使水稻產(chǎn)量獲得重大突破[1，2]。本文綜述了水稻矮稈遺傳、作用機(jī)理以及基因克隆等方面的研究進(jìn)展。
1 水稻矮稈性狀的遺傳
經(jīng)典遺傳學(xué)表明水稻株高既屬于數(shù)量性狀遺傳，又表現(xiàn)為質(zhì)量性狀遺傳。在秈稻中，矮稈遺傳主要受 1 個(gè)隱性半矮稈基因（sd1）控制，遺傳力較高，并且大多數(shù)半矮稈秈稻品種的半矮稈基因均為 sd1 的復(fù)等位基因。在粳稻中，矮稈遺傳與秈稻相似，但根據(jù)控制矮稈的基因?qū)?shù)可以將粳稻矮稈品種分為兩類，一類由單個(gè)矮稈主效基因控制，另一類由多個(gè)矮稈微效基因控制，而且控制粳稻矮稈的主效基因一般為非等位關(guān)系[2]。
生產(chǎn)上利用的秈稻主要矮源多呈隱性單基因遺傳，且具有多效性[3，4]。顧銘洪等[1，5～7]對(duì)我國南方稻區(qū)主要秈稻良種系譜進(jìn)行了分析，表明我國利用的矮源主要有矮腳南特、矮仔占、低腳烏尖、花龍水田谷、印尼水田谷和矮腳仔，矮生性基因都與sd1等位，其中衍生于前兩種矮源的矮稈秈稻品種占75.6%。盧永根等（1987）[8]對(duì)窄葉青8號(hào)、矮種水田谷、輻包矮21號(hào)、竹槌等4個(gè)秈稻矮源進(jìn)行了遺傳分析，表明高稈對(duì)輻包矮為不完全顯性，對(duì)其他3個(gè)矮源為完全顯性。李欣等（1982）[9]以中高稈與矮稈粳稻品種雜交，分析結(jié)果表明，清錦、農(nóng)林22等矮生性受微效多基因控制，矮銀坊主、朝日、南粳15等矮生性受隱性主效基因控制，表現(xiàn)為質(zhì)量性狀。
1986年日本的水稻基因符號(hào)命名和連鎖群委員會(huì)將矮稈基因統(tǒng)一定名，具有強(qiáng)矮化效應(yīng)、植株表現(xiàn)為矮稈（狹義）類型的基因定名為d系統(tǒng)，而具有較弱矮化效應(yīng)、植株表現(xiàn)為半矮稈類型的基因定名為sd系統(tǒng)，根據(jù)被鑒定的時(shí)間順序，已分別注冊(cè)到 d-62 和sd-8，其中部分矮稈（半矮稈）基因是相同的或等位的，例如，d-6和d-34，d-10和 d-16， d-11和d-8，d-12 和d-50，d-14 和d-10，sd-1和 d-47分別是等位的[10]。
2 水稻矮化機(jī)制
水稻矮化是矮稈主基因表達(dá)作用的結(jié)果，同時(shí)也受到修飾基因或抑制基因的影響。矮稈基因的作用能直接導(dǎo)致水稻植株形態(tài)學(xué)或細(xì)胞學(xué)的變化，如節(jié)間變短、細(xì)胞個(gè)數(shù)減少，從而使植株變矮。另外，矮稈基因的表達(dá)還受到外部環(huán)境和內(nèi)源條件的影響。
2.1 植株矮化與節(jié)間及伸長的關(guān)系
水稻植株的矮化是節(jié)間長度縮短或節(jié)間數(shù)減少或兩者共同作用的結(jié)果。Takahashi和Takeda以節(jié)間長度占株高的比例為指數(shù)，將矮稈分為dn、dm、dg和nl四種類型，而將節(jié)間比例正常的品種定為N型。dn型的特征是節(jié)間比例與N型相同；dg型的特征是倒2節(jié)間縮短；nl型的特征是有莖葉，倒1節(jié)間短而第4節(jié)間長，偶爾有第6節(jié)間伸長；dm型的特征是倒2節(jié)間特別短，屬于dm型的3個(gè)矮稈基因d1、d2和d11的表現(xiàn)在個(gè)體或同一個(gè)體的各分蘗之間有極大差異。此后，Takeda增加了sh型，其特征是倒1節(jié)幾乎不伸長，穗子包藏在劍葉葉鞘中。除dn型以外的所有矮稈類型都存在某一節(jié)間顯著縮短的特征。不同的矮稈基因作用于不同節(jié)間，矮稈基因?qū)χ仓甑陌皇窃谀骋惶囟ㄉL時(shí)期起作用，導(dǎo)致某些節(jié)間顯著縮短[11，12]。Kamijima 等（1985）[13]研究發(fā)現(xiàn)節(jié)間長度與細(xì)胞數(shù)目呈高度正相關(guān)，而與細(xì)胞長度無顯著相關(guān)性，表明節(jié)間的縮短可能是細(xì)胞數(shù)目減少的結(jié)果。
2.2 植株矮化與植物激素的關(guān)系
研究表明，水稻生長發(fā)育全過程幾乎都受植物激素的調(diào)節(jié)，其中株高主要受赤霉素（GA）和油菜素類固醇（BR）兩個(gè)重要因素的調(diào)控。已克隆的水稻株高基因中，與GA相關(guān)的有d1、sd1、slr1、eui等，而與BR相關(guān)的為d2、d11、brd1等， 其中，sd1為半矮稈基因，slr1和eui為高稈基因，其余均為矮稈基因。GA 與植物株高關(guān)系最密切。Kamijima（1972）[14]將矮稈突變系分為以下3種類型：（1）體內(nèi)GA3含量少，對(duì)GA3敏感，代表品種有Waito、Okitamakei 和Sankei等；（2）體內(nèi)富含GA3，對(duì)GA3高度敏感，代表品種有Kotaketamanishiki、Daikoku和Ebisu等；（3）除了GA3的含量，還存在其他因素的影響。林鴻宣等（1991）[15]通過矮稈基因表達(dá)與GA3的關(guān)系證明，測(cè)定的秈稻品種中凡有sd1矮生基因的，其株高和劍葉長度都對(duì)GA3反應(yīng)敏感；而測(cè)定的粳稻品種對(duì)GA3反應(yīng)不敏感的，都與sd1不等位，但與sd1不等位的材料并非全部反應(yīng)不敏感。董鳳高等（1992）[16]研究不同類型矮稈材料幼苗期對(duì)GA3的敏感性，也得到了相似的結(jié)果。近年來的研究表明水稻矮化也與BR的合成及其信號(hào)傳導(dǎo)受阻有關(guān)。在水稻中克隆到了 2 個(gè)與BR合成相關(guān)的基因OsBR6ox和D2以及1個(gè)與BR傳導(dǎo)相關(guān)的基因Osbri1[17，18]。
3 矮稈基因的定位與克隆
20 世紀(jì)末，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，利用分子標(biāo)記對(duì)水稻株高性狀QTL進(jìn)行檢測(cè)，將對(duì)水稻矮稈性狀的遺傳研究從經(jīng)典遺傳學(xué)水平深入到分子水平，矮稈基因的定位與克隆為最終闡明水稻矮稈的遺傳機(jī)制奠定基礎(chǔ)[19]。
2002年，3個(gè)研究小組分別利用圖位克隆的方法分離了sd1。sd1位于第1號(hào)染色體上，編碼赤霉素合成途徑的一個(gè)關(guān)鍵酶——赤霉素20-氧化酶，正常品種含有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，而sd1突變體低腳烏尖發(fā)生了383 bp的缺失，缺失區(qū)域從第一個(gè)外顯子的中部到第二個(gè)外顯子的上游，包括278 bp的表達(dá)序列和105 bp的內(nèi)含子序列，結(jié)果缺失位點(diǎn)之后產(chǎn)生了個(gè)終止位點(diǎn)；另一個(gè)sd1突變體Calrose 76則在第二個(gè)外顯子中發(fā)生了一個(gè)堿基替代，其編碼的氨基酸由亮氨酸變?yōu)楦彼醄20～22]。
顧銘洪等（1988）[23]發(fā)現(xiàn)桂陽矮1號(hào)等品種的矮生性主要受一個(gè)隱性單基因控制，定名為sd-g。梁國華等[24]將sd-g定位于水稻第5染色體分子標(biāo)記SSR5-1和SSR5-51之間。Sui等（2012）[25]通過圖位克隆的方法克隆了SDG基因，序列分析表明sd-g 存在一個(gè)核苷酸的替換導(dǎo)致其編碼的氨基酸由丙氨酸變成蘇氨酸；sd-g 突變體對(duì)GA3不敏感，其內(nèi)源GAs的含量也較野生型要高；GUS染色表明SDG主要在營養(yǎng)器官中表達(dá)。
梁國華等（1995）[26]從雙矮材料“矮泰引-2”中獲得了僅具sd-t半矮稈基因的材料“新矮泰”。李欣等（2001）[27]將sd-t定位于第4號(hào)染色體上。趙祥強(qiáng)等（2005）[28]將來源于矮泰引-3的sd-t2基因定位于第4染色體短臂的微衛(wèi)星標(biāo)記SSR332、RM1305與RM5633、RM307、RM401之間。胡靜（2007）[29]利用矮泰引-3與南京6號(hào)及中花11的F2、F3及F4群體將該基因精細(xì)定位于SSR標(biāo)記Chr4-48和SSR404之間。Zou等（2005）[30]克隆了htd1（high tillering dwarf 1，原命名為sd-t），htd1編碼的蛋白質(zhì)與擬南芥中的類胡蘿卜素分裂加雙氧酶有關(guān)，該酶抑制側(cè)芽生長，htd1主要在維管束中表達(dá)。
隋炯明等（2006）[31]對(duì)秈稻標(biāo)記基因系材料多蘗矮的遺傳分析表明，其矮生性狀是由2對(duì)隱性半矮稈基因控制的，分別為sd1和一個(gè)新的半矮稈基因，該基因初步定名為sdt3。以多蘗矮與南京6號(hào)雜交F2的分離群體為材料，將sdt3定位于第11染色體的SSR標(biāo)記SSR98和SSR35之間，物理距離約為93 kb。多蘗矮稈基因d27（t）也定位在第11染色體上，位于RFLP標(biāo)記RZ141和RZ537附近，與sdt3的位置很接近，兩者可能為等位基因或同一基因。
童繼平等（2001）[32]在中粳雜交組合“M9056×R8018選”的F6選種圃中發(fā)現(xiàn)半矮稈突變單株，矮生性受顯性半矮稈基因sd-97控制。Tong等（2007）[33]將sd-97定位于第6染色體長臂，與標(biāo)記N6和TX5連鎖。林鴻宣等（1988）[34]發(fā)現(xiàn)粳稻品種“雪河矮早”的矮生性受單一隱性基因sd-s（t）控制，并將sd-s（t）定位于第5染色體上，位于標(biāo)記基因gh-1和d-2之間，其株高對(duì)GA3不敏感。夏令等（2007）[35]用60Coγ射線輻照粳稻9522，獲得一個(gè)能穩(wěn)定遺傳的矮稈突變體，突變受隱性單基因sd-sl控制，該基因被精細(xì)定位在第6染色體InDel標(biāo)記XL6-6和XL6-1之間。Liang等（2011）[36]從桂朝二號(hào)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)半顯性矮稈基因控制的矮稈突變體LB4D，屬于dn類矮稈突變，不存在GA缺陷且對(duì)GA敏感，利用LBD和日本晴的F2、F3群體將LB4D基因定位到11染色體短臂Indel4和IndelG兩個(gè)標(biāo)記間46 kb的范圍內(nèi)。
Ashikari等（1999）[37]利用圖位克隆方法分離了水稻D1基因。序列分析顯示矮稈突變等位基因出現(xiàn)了833 bp的缺失，導(dǎo)致GTP結(jié)合蛋白失活，將GTP結(jié)合蛋白基因?qū)氲桨捦蛔兿的苁蛊浠謴?fù)為野生型。由于d1矮稈突變系屬于GA3不敏感類型，GTP結(jié)合蛋白可能與GA信號(hào)傳導(dǎo)密切相關(guān)。Wang等（2006）[38]研究發(fā)現(xiàn)d1降低了對(duì)24-表油菜素內(nèi)酯的敏感性，表明GTP結(jié)合蛋白與BR的信號(hào)傳導(dǎo)也有關(guān)系。
Hong等（2003）[39]鑒定了一個(gè)水稻矮化突變體ebisu dwarf （d2），它表現(xiàn)出多種異常表型，與水稻BR不敏感突變體d61的表型類似。外施有活性的油菜素內(nèi)酯（BL）可以恢復(fù)d2突變體的矮化表型。通過圖位克隆的方法克隆到了D2基因，編碼一個(gè)新的細(xì)胞色素P450，其表達(dá)受BL的反饋調(diào)節(jié)，與水稻的BR生物合成有關(guān)，其隱性突變導(dǎo)致BR生物合成受阻最終導(dǎo)致植株矮化。
Ishikawa等（2005）[40]圖位克隆了D3基因，其編碼一個(gè)含有F-box和富含亮氨酸重復(fù)序列的蛋白，與擬南芥的MAX2/ORE9基因是直系同源基因。Yan等（2007）[41]研究表明D3 蛋白參與黑暗誘導(dǎo)的植物葉片衰老過程和過氧化氫誘導(dǎo)的植物葉片細(xì)胞死亡過程。Sato等（1999）[42]研究表明OSH15基因可以互補(bǔ)d6突變體的表型，在控制水稻節(jié)間發(fā)育中發(fā)揮作用。d10突變體表現(xiàn)為多蘗矮稈，研究表明D10編碼類胡蘿卜素裂解雙加氧酶OsCCD8，控制水稻側(cè)芽向外生長，最終控制水稻的分蘗數(shù)，OsCCD8是獨(dú)角金內(nèi)酯（Strigolactones， SLs）生物合成過程中的重要參與酶之一[43～45]。
HTD2，亦稱D88或D14，編碼一個(gè)酯酶，抑制水稻分枝發(fā)生，負(fù)調(diào)節(jié)水稻分蘗數(shù)， htd2突變體分蘗數(shù)增多且矮化。HTD2基因位于BAC克隆OSJNBa0009J13上，定位在DNA標(biāo)記HT41和HT52之間，該基因表達(dá)受抑制的轉(zhuǎn)基因植株出現(xiàn)分蘗增多和矮化的表型[46，47]。D14抑制水稻分蘗的發(fā)生，d14突變體表現(xiàn)出側(cè)枝增加、植株矮化的表型。D14編碼一個(gè)α/β折疊水解酶超家族的蛋白，可能作為激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑的一個(gè)組分，也可能作為SLs向活性形式轉(zhuǎn)變的一個(gè)酶，在SLs合成的下游起作用[48]。
Itoh等（2001）[49]利用簡(jiǎn)并引物對(duì)水稻基因組文庫進(jìn)行PCR擴(kuò)增，篩選并克隆到兩個(gè)GA 3β羥化酶基因OsGA3ox1和OsGA3ox2，其編碼蛋白在GA20到GA1、GA5到GA3、GA44到GA38和GA9到GA4的轉(zhuǎn)化過程中都表現(xiàn)出羥化酶活性。OsGA3ox1位于第5染色體短臂的遠(yuǎn)端，OsGA3ox2位于第1染色體短臂遠(yuǎn)端D18的座位上。用OsGA3ox2互補(bǔ)d18-AD等位基因，轉(zhuǎn)基因株系表現(xiàn)出正常的表型。
Itoh等（2004）[50]克隆了Tan-Ginbozu （D35）基因，發(fā)現(xiàn)水稻半矮稈品種Tan-Ginbozu是缺少在GA合成的初始階段起作用的內(nèi)根-貝殼杉烯氧化酶（KO酶）。D35對(duì)應(yīng)于OsKO2，位于水稻第6染色體長臂，與標(biāo)記C214連鎖。OsKO2基因全長8 262 kb，由8個(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子組成，d35是由于外顯子5的單核苷酸A變成T，替換結(jié)果是其編碼的精氨酸變?yōu)榻z氨酸。d35Tan-Ginbozu是D35的弱等位基因，水稻缺失D35則嚴(yán)重矮化。
Hong等（2002）[51]和Mori等（2002）[18]分別從日本晴的突變后代中發(fā)現(xiàn)了隱性新矮稈突變體brd1（BR-deficient dwarf1）。利用來自番茄和擬南芥的BR6ox基因，從水稻基因組中克隆到OsBR6ox。OsBR6ox編碼BR-6氧化酶，該酶屬于細(xì)胞色素P450家族。brd1突變體中的OsBR6ox由于在內(nèi)含子4和9之間有193 bp的缺失及在內(nèi)含子4和5之間有5 bp的插入，可能導(dǎo)致合成的BR-6氧化酶無活性。Hong等（2002）[52]鑒定了一個(gè)BR缺乏性矮稈突變體brd2，通過圖位克隆，將brd2定位在水稻第10染色體上標(biāo)記10HS1和10HS2之間。野生型的Dim/dwf1基因包含3個(gè)外顯子，編碼561個(gè)氨基酸，brd2中Dim/dwf1由于外顯子2的一個(gè)堿基G的缺失導(dǎo)致移碼突變。
Ueguchi-Tanaka等（2007）[53]對(duì)8株GA 不敏感突變體進(jìn)行了分析，其中，gid1-1、 gid1-2、 gid1-3、gid1-4、 gid1-6嚴(yán)重矮化，gid1-8的表型溫和、株高稍矮，gid1-7株高為gid1-8的一半。另外，gid1-1/slr1-1雙突變體表現(xiàn)出slr的特性，表明slr對(duì)gid1上位。GID1基因編碼1 個(gè)可溶性的GA 信號(hào)受體，是一個(gè)核定位蛋白，對(duì)GAs具有高度的親和性，且對(duì)GA4 的結(jié)合具有偏好性。GID1與水稻耐受冷脅迫和抗稻瘟病有關(guān)[54]。GA對(duì)其受體GID1與DELLA蛋白的互作不是必需的[55]。
Sasaki等（2003）[56]和Gomi等（2004）[57]研究表明GID2編碼SCF E3復(fù)合體的一個(gè)F-box亞基，包含有F-box、GGF、LSL等結(jié)構(gòu)域。GID2是GA信號(hào)傳導(dǎo)中的一個(gè)正調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)GA信號(hào)途徑中的抑制因子SLR1的降解。突變體gid2中SLR1不能正常降解，從而抑制GA信號(hào)向下游的傳導(dǎo)。
4 存在的問題與討論
4.1 新的矮稈資源的挖掘利用
目前生產(chǎn)上利用的秈稻矮源主要為矮腳南特、低腳烏尖、矮仔占、花龍水田谷、 矮種水田谷，遺傳分析表明，它們均受1對(duì)隱性基因sd1控制。粳稻矮生性主要來源于農(nóng)墾58和意大利品種 Balil1a。由于長時(shí)間單一使用矮源基因，由矮稈基因的單一化帶來的潛伏性風(fēng)險(xiǎn)越來越引起廣大育種工作者的重視[1，2，24]。
迄今已鑒定的60多個(gè)水稻矮稈基因中，大多數(shù)為粳稻中的隱性矮稈基因。目前只有 d-47（sd1） 在育種中發(fā)揮了作用，大多數(shù)突變體過度矮化或不具備實(shí)用性的農(nóng)藝性狀，對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素產(chǎn)生不良效果，因而育種利用價(jià)值不大。例如，dl62 （t） 基因可以使谷粒大小和株高降為正常植株的1/4左右，并使葉片顯著縮短加寬，結(jié)實(shí)率顯著降低[58]。sd-g基因具有叢生快長和高光效的特點(diǎn)，但因其與sd1基因的累加作用使該基因的利用受到制約[23，24]。顯性矮稈基因的研究報(bào)道相對(duì)較少。童繼平等[32，33]發(fā)現(xiàn)的顯性半矮稈材料除高度明顯變矮外，其它農(nóng)藝性狀基本沒有改變，綜合性狀優(yōu)良，但是存在包頸現(xiàn)象。程治軍等（1999）[59]在同源四倍體水稻花藥培養(yǎng)后代的突變體群體中，得到一個(gè)顯性矮稈突變體 986083D，由顯性單基因 Dx（t） 控制，該矮源在育種實(shí)踐上有可能發(fā)揮較大的作用。
秈粳水稻亞種間雜種優(yōu)勢(shì)強(qiáng)大，但存在半不育、超親晚熟和株高超親等問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)上的應(yīng)用。Zhang等（2012）[60]通過表觀遺傳調(diào)控研究，發(fā)現(xiàn)了1個(gè)顯性矮稈突變體Epi-df，其具有較強(qiáng)的降稈能力，有望在將來的水稻秈粳雜種優(yōu)勢(shì)利用中解決水稻株高偏高的問題。
總之，在拓寬矮稈資源的同時(shí)，挖掘具有理想農(nóng)藝性狀的矮稈資源顯得尤為重要。同時(shí)，還應(yīng)注重有利用價(jià)值的高稈基因的挖掘。
4.2 植物矮化的分子機(jī)制
矮稈基因不僅決定了水稻的株高，還影響水稻分蘗、莖稈、育性等性狀，參與水稻形態(tài)建成的一系列的生理生化過程。從現(xiàn)有的研究結(jié)果看，是矮稈基因的一因多效導(dǎo)致籽粒變小、半不育、畸形穗型，還是矮稈基因與這些性狀緊密連鎖尚無定論[61]。
分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展以及水稻基因組測(cè)序的完成，為水稻矮稈基因的克隆和分子機(jī)理的研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。目前從水稻中已克隆了sd1、sd-g、sd-t2、d1、d2、d3、d6、d10、d11、d14、d18、d35、d61、htd1等多個(gè)矮稈基因，水稻矮稈基因的克隆和功能分析對(duì)于闡明植物矮化的分子生物學(xué)機(jī)理具有重要意義[62]。
水稻是重要的糧食作物又是禾本科植物基因組研究的模式植物，株型改良是水稻育種工作的一條主線，優(yōu)化水稻株型是搭建水稻高產(chǎn)平臺(tái)的基礎(chǔ)。水稻矮稈基因的發(fā)掘、鑒定及克隆，將有助于水稻品種的遺傳改良并揭示植物生長發(fā)育的分子機(jī)理。
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