表观遗传学的研究进展论文

表观遗传学的概念基于遗传学而来，不是单纯的体外在环境导致的甲基化和乙酰基化改变，也不是简单转录因子和miRNA等等基因调控，它的指的是由非DNA变异而改变表型的‘可遗传的’现象。现在众多所谓的表观遗传学研究实际上都没有跳出经典遗传学的定义。经典数量遗传学早已经把表型变异归因到遗传和环境单独效应和互作：V= G + E + GxEV: phenotypic variance, 表型变量，G: Genetic variance, 遗传变量，E: environmental variance，环境变量这里的GxE，即遗传与环境互作，就是众多体外环境影响甲基化水平等等等等等的研究，早就是经典遗传学的一部分，并非表观遗传学。把环境因素抛开，遗传变量又可以再次归因到几个部分：G = A + D + epistasisA: additive genetic variance, 加性遗传效应，D: Dominance, '显性遗传效应'？忘记了怎么翻译，'epistasis: gene-gene interaction，上位效应，或者基因互作这里的epistasis， 基因互作， 就包含了所谓的转录因子和miRNA，lincRNA，非编码RNA调控等等等等基因间的调控，也并非表观遗传学。不过这些跳出孟德尔遗传模式的非表观遗传现象，例如D+epistasis再加上伴性遗传，又可以称作非孟德尔遗传。而且非孟德尔遗传模式也非常有研究价值，诸如时下流行的各种转录组水平上的调控因子，就不再赘述。真正意义上的表观遗传学要跳出以上经典遗传学的框架才算是有大的突破。从整个生物群体上来讲，表观遗传对个体的影响比起遗传来讲，并非主要的，但是仍然可以对某些生物的某个性状产生超过遗传因素的影响。其中对可传代的表观遗传（Transgenerational epigenetic inheritance）模式研究还有不少突破，review可以看这篇： Transgenerational epigenetic inheritance: prevalence, mechanisms, and implications for the study of heredity and evolution.经典的小鼠传代表观遗传实验：子代遗传父亲恐惧记忆，Nature Neuroscience:Fearful memories haunt mouse descendants : Nature News & Comment因为本人是做大型动物的，大型动物类别中的经典表观遗传学例子：美臀羊, 超极显性, polar overdominance. Polar Overdominance at the Ovine callipyge Locus带有此变异的羊会形成一个丰满的屁股，而此变异只会在从父本遗传过来的变异杂合子中才会体现这个表型，并且在子代出生一年之后表型才会开始表达，而且只表达在屁股肌群上，身体前半部分肌群，包括肩部胸部，没有任何变化。形成机理通过在DLK1-DIO3 locus 区间父源和母源不同的印迹基因和非编码RNA以及基因间的共同作用，外加与环境互作。这个例子的研究论文非常多，最近的进展可以看这里：New insights into polar overdominance in callipyge sheep.总体来说，如果想在表观遗传学领域有大的发现，找准性状来研究十分重要，或者说，运气很重要。。。。因为大多数正常或者疾病性状都是经典的遗传和环境互作而来的，真正意义上的纯表观遗传或者说主要由表观遗传主导的性状，还是很少。作者：知乎用户链接：来源：知乎著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。表观遗传学（Epigenetics)的概念各位已经谈了很多了，@Lucif X回答尤为全面，事实上尽管表观遗传的概念很宽泛，做Small RNA,DNA Modification, Post-translational Modification的科学家都愿意把自己的研究方向划归到表观遗传学的范畴，但毫无疑问，表观遗传学最吸引人的还是获得性遗传（拉马克遗传），外在的表现就是Transgenerational Inheritance.恰好今年7月份Cell上发表了一篇文章，非常经典的结合了生物实验和深度测序分析，用秀丽线虫（ C. elegans）做模式生物，研究了由环境变化引（饥饿）起的Transgenerational Inheritance的机理。<img src="" data-rawwidth="408" data-rawheight="408" class="content_image" width="408">来源：来源：Starvation-Induced Transgenerational Inheritance of Small RNAs in C. elegans: Cell通过这张示意图可以看出，在P0代将实验用线虫分成两组，一组为持续饱足喂养的线虫，另一组为在幼虫阶段就给予饥饿刺激的线虫，而他们的后代又都是进行同等的饱足喂养。结果是给予饥饿喂养的线虫的第三代表现出了较另一组明显长寿的表型。那么为什么会有这样的实验结果呢？<img src="" data-rawwidth="921" data-rawheight="798" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="921" data-original="">来源：来源：Starvation-Induced Transgenerational Inheritance of Small RNAs in C. elegans: Cell通过对P0代和F3代进行转录组测序分析，研究者发现，饥饿会诱导一部分small RNA的表达，而这些small RNA的靶基因一般是营养代谢相关基因，而这类small RNA又可以进行隔代遗传（作者猜测这类小RNA的变化同样在生殖细胞里发生），进而到F3代仍然可以类似被P0代受饥饿刺激的线虫一样调控营养代谢相关基因。故事到这里大家肯定可以想到在哺乳动物里边都有节食可以延长寿命的报道，不知道相同的机制是不是在小鼠或者灵长类动物中也存在，总之这个研究给我们对Transgenerational Inheritance提供了一个新的理解方式。作者：知乎用户链接：来源：知乎著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。表观遗传学研究的核心是试图解答：中心法则中从基因组向转录组传递遗传信息的调控方法。现代遗传学的基础是认为基因的可控性表达实现了细胞的分化与增殖，进而成就了生物体的生长与发育。而众所周知，基因组基因全部书写在的23组染色体上，且一个生物个体体内所有细胞的基因组基因几乎完全相同，那么问题来了：相同的基因组如何造就不同的细胞类型？在分子生物学水平上，基因的表达受到一类称为转录因子（transcription factor）的蛋白的调控。每一种类型的转录因子在每一种细胞中都有它特异的一群调控对象基因；转录因子与基因组DNA的结合会激活/抑制这一群基因的转录表达。而影响这结合与否的一类化学现象，就是甲基化（methylation）和乙酰化(acetylation)。甲基化和乙酰化会发生在几个不同的区域：（1）转录因子自己身上；（2）协助包裹染色体（染色质）的组蛋白上；（3）基因序列中用于让转录因子结合的区域，称为启动子（promoter）。这些地点发生的甲基化或乙酰化修饰，会很大程度地影响每种基因的表达。而正是这些修饰地点的特异性，决定了不同细胞类型存在着相对不同的转录组，进而表现出相对不同的细胞功能。当然，既然是化学修饰，那么修饰的过程自然也会受到外界因素的影响。一些因素会激活/抑制细胞内特定的信号通路，从而可逆/不可逆地改变某些基因的甲基化和乙酰化修饰水平。其中一些变化如果写入到生殖细胞中，就有可能遗传给下一代。这些“外界因素”不但跟吃喝拉撒有关系，精神创伤、心理压力等也会存在影响。当然这些研究还处于比较暧昧的状态。以上是一点表观遗传学的基本科普。好多年不看教科书了，有错的地方欢迎指正。

在“国家杰出青年科学基金”和国家自然科学基金重点项目支持下，来自东北师范大学植物分子表观遗传学实验室的研究人员对高等植物“杂交与进化”研究领域开展了重要的系统研究，在远缘渐渗杂交 (introgressive hybridization)对受体基因组稳定性影响方面取得了重要进展，这些研究成果已经在Molecular Biology and Evolution，Genetics，Plant Molecular Biology，Theoretical and Applied Genetics和 Genome 等权威杂志发表论文近10篇，并且受到包括美国科学院院士和英国皇家学会会员在内的国际权威的认可和好评。植物的远缘杂交是指种以上分类单位的生物类型之间的杂交，包括同属植物的种间杂交和不同属植物的属间杂交，是高等植物基因组进化和新物种形成的主要动力之一。高等植物杂交与进化的关系一直是进化生物学上有争议的热点问题之一。一种观点认为，由于种间杂种在适合度(fitness)上的普遍劣势，杂交阻碍了进化；另一种观点则认为，杂交可以综合亲本种的适应性或创造出新的适应性，丰富基因库、拓宽生境，进而促进基因组进化和新种形成。可成活远缘杂种有3种主要命运：形成多倍体，二倍体重组或与亲本种之一回交（又称渐渗杂交）。近年来基因组学的巨大进展，解释了高等植物多倍体普遍性的原因，在二倍体重组途径导致新种形成的研究领域，也取得突破性进展，但关于第3种途径，即渐渗杂交 (introgressive hybridization) 在进化上的意义，实验性研究不多。近些年来东北师范大学植物分子表观遗传学实验室在刘宝教授等的研究人员的共同努力下，2000年从DNA分子水平确证了外缘菰DNA的存在，并且在国际上首次发现植物异源多倍体物种形成可以定向诱发DNA序列删除及表观遗传变异现象，首次合成“水稻＋菰”属间可育体细胞杂种及有性杂交渐渗系的分子证明，发现外源DNA导入可诱发反转录转座子激活和DNA甲基化变异。这些研究结果为“远缘渐渗杂交促进基因组进化”的观点提供了分子水平上的实验性证据，并对利用远缘杂交进行作物遗传改良提出了新启示。