备课素材：表观遗传的组蛋白修饰调控机制--高一下学期生物人教版必修2.docx

表观遗传的组蛋白修饰调控机制 2019版高中生物学必修二提到，组蛋修饰也会影响基因的表达： 那么，组蛋修饰是如何影响基因的表达？1组蛋白甲基化和去甲基化染色质的基本组成单位为核小体 , 每个核小体由146bp的DNA围绕组蛋白八聚体形成 ,组蛋白八聚体由两个H2A、H2B、H3 和H4 亚基组成。通常组蛋白的N末端可发生磷酸化、乙 酰化、甲基化、泛素化等多种修饰 ,继而对染色质结构以及转录过程发生影响,使这些位点上的修饰可以单独或以联合的方式作用于下游过程。    组蛋白的甲基化通常可发生在组蛋白N末端的赖氨酸( K)或精氨酸 ( R) 残基上 , 最终体现为包括转录激活、抑制等在内的多种效应。研究认为组蛋白甲基化修饰的作用可能通过特异性识别甲基化残基的效应蛋白实现 。这些效应蛋白可能起到衔接作用, 也可能自身即是某些重要生命过程中的关键分子, 继而表现出对染色质功能的调控。由于每一个赖氨酸残基可以具有单甲基化 、二甲基化 、三甲基化三种形式 ( 精氨酸残基具有单甲基 化 、对称及非对称二甲基化三种形式 ) , 同时接移除赖氨酸及精氨酸甲基化的胺氧化酶和羟化酶。因而组蛋白的甲基化修饰即存在了甲基化酶和去甲基化酶动态调节的潜能, 同时这些甲基化酶和去甲基化酶也参与和影响了与组蛋白甲基化标志密切相关的下游效应。这种类型的调控方式主要是通过改变染色质的结构来调节转录起始复合体能否介入到启动子核心上从而启动(或关闭)植物基因的表达, 被认为是植物基因在转录水平上进行调控的第一个重要步骤。 2组蛋白乙酰化和去乙酰化组蛋白乙酰化是转录发生的一个重要特征, 它选择性地使染色质结构由紧密变松散, 开放某些基因的转录,  增强其表达水平;  组蛋白去乙酰化则抑制转录的发生。组蛋白乙酰化(HAT)和去乙酰化酶(HDAC)分别催化这些过程。在动物、酵母和植物中都发现了这样的酶类3236。组蛋白乙酰化酶使核小体上组蛋白 N 末端的赖氨酸发生乙酰化, 使 DNA 和组蛋白八聚体作用不稳定, 从而降低染色质的压缩或者改变组蛋白和其他蛋白质的相互作用。豌豆的PetE  基因是没有内含子的单拷贝基因,  在绿色茎尖中有很高的表达量 ,  但在根和黄化茎尖中却不表达。研究发现这一现象与176 到 53 的启动子区以及444  到177 的增强子区的组蛋白 H3 和 H4 的乙酰化程度有关。PetE 在绿色茎尖中的组蛋白乙酰化程度明显高于其他两种组织。除发生乙酰化/去乙酰化修饰之外,  组蛋白还可以发生甲基化和磷酸化修饰,  它们同样决定着特定染色质的状态以及特定位点是否具有转录活性。组蛋白 N 末端赖氨酸的甲基化是一种相对稳定的修饰,被认为使染色质处于异染色质状态从而使基因沉默。如拟南芥开花抑制基因 FLC 所在区域内的组蛋白 H3 第 9 位和第 27 位上的赖氨酸发生二甲基化后, FLC 不表达,  拟南芥便由营养生长向生殖生长转变。除赖氨酸位点外,  组蛋白中的精氨酸也能发生甲基化修饰作用,  只是这种修饰对转录的调控并不是很稳定。此外,  组蛋白 N 末端丝氨酸的磷酸化修饰能影响某些蛋白复合体向染色质集结, 并对细胞的有丝分裂等过程产生影响,  从而加速核酸的复制和提高基因的转录水平。中国农业大学巩志忠课题组最新研究发现,具有DNA损伤修复功能的复制蛋白 ROR1/RPA2A 在表观基因沉默中也起着重要的作用。例1、下列关于表观遗传的说法中正确的是(    )A.组蛋白的修饰是一种表观遗传的方式，所有组蛋白的修饰都是可逆的B.基因印记的产生原因是父母本的同一个基因表达情况不同C.miRNA 在表观遗传中发挥着巨大作用D.组蛋白甲基化的甲基供体是 SAM，主要作用于组蛋白上的赖氨酸和精氨酸答案：BCD例2、如图是表观遗传调控机制示意图，下列有关说法正确的是（       ）A表观遗传现象生物体内DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失B基因序列的甲基化程度不同与其表达受抑制程度无关CRNA干扰可以通过阻碍RNA与核糖体的结合来调控基因表达D雌性动物一条X染色体失活可以使其表型发生不可遗传变化答案：C学科网（北京）股份有限公司