表观遗传学表观遗传学是与遗传学相对应的概念。

遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平的变化；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平的变化，表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化、染色质重塑、基因组印记、X染色体失活、非编码RNA等。

一、DNA甲基化DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。

DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。

DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。

由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA甲基化已经成为表观遗传学的重要研究内容。

例题1.（17分）表观遗传是指DNA序列不改变，而基因的表达发生可遗传的改变。

DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一。

某些基因在启动子上存在富含双核苷酸“CG”的区域，称为“CG 岛”。

其中的胞嘧啶在发生甲基化后转变成5-甲基胞嘧啶但仍能与鸟嘌呤互补配对。

细胞中存在两种DNA甲基化酶（如图1所示），从头甲基化酶只作用于非甲基化的DNA，使其半甲基化；维持甲基化酶只作用于DNA的半甲基化位点，使其全甲基化。

（1）由上述材料可知，DNA甲基化（选填“会”或“不会”）改变基因转录产物的碱基序列。

（2）由于图2中过程①的方式是，所以其产物都是甲基化的，因此过程②必须经过的催化才能获得与亲代分子相同的甲基化状态。

（3）研究发现，启动子中“CG岛”的甲基化会影响相关蛋白质与启动子的结合，从而抑制_________。

（4）小鼠的A基因编码胰岛素生长因子-2（IGF-2），a基因无此功能（A、a位于常染色体上）。

IGF-2是小鼠正常发育必需的一种蛋白质，缺乏时小鼠个体矮小。

在小鼠胚胎中，来自父本的A及其等位基因能够表达，来自母本的则不能表达。

检测发现，这对基因的启动子在精子中是非甲基化的，在卵细胞中则是甲基化的。

若纯合矮小雌鼠与纯合正常雄鼠杂交，则F1的表现型应为。

F1雌雄个体间随机交配，则F2的表现型及其比例应为。

结合F1配子中A及其等位基因启动子的甲基化状态，分析F2出现这种比例的原因是。

（5）5-氮杂胞苷（AZA）常用于临床上治疗DNA甲基化引起的疾病。

推测AZA可能的作用机制之一是：AZA在_______过程中掺入DNA分子，导致与DNA结合的甲基化酶活性降低，从而降低DNA的甲基化程度。

另一种可能的机制是：AZA与“CG岛”中的________竞争甲基化酶，从而降低DNA的甲基化程度。

【答案】（17分）（1）不会（2）半保留复制半维持甲基化酶（3）基因的表达（4）全部正常正常:矮小=1:1卵细胞中的A及其等位基因由于启动子甲基化而不表达，精子中的A及其等位基因由于启动子非甲基化而表达；并且含A的精子:含a的精子=1:12.脆性X染色体综合征是人类的遗传性疾病，患者常常表现为智力低下。

该病是由于患者X 染色体上的F基因表达异常，导致减数分裂的过程中染色体形成一个极易断裂的脆性部位。

科研人员对该病的致病机理进行了研究。

（1）科研人员调查得到脆性X染色体综合征的家系图，如下图1所示。

（1）据图判断，该病是_______________性遗传病，_______________（填“符合”或“不符合”）伴X染色体遗传的特点。

（2）研究发现，F基因的启动子区域存在（CGG）n三核苷酸片段重复，正常基因（F）、前突变基因（F′）和全突变基因（f）的差异如图2所示。

据图分析，F基因启动子区域中发生了___________________________________，导致F基因成为不能_______________的f基因。

若以F基因（CGG）n重复序列两端的核苷酸序列设计引物进行扩增时，只能成功扩增重复数小于80次的序列，则PCR方法难以区分的女性个体的基因型是_____________________________________________。

（3）进一步研究发现，女性个体在卵细胞形成过程中，F′基因的（CGG）n重复次数会显著增加，而男性个体形成精子过程中则不会发生这种情况。

据此分析，图1的家系中Ⅲ-3生育时，会有_______________%的风险将f基因传给子代，其_______________患病概率极高。

（4）F基因编码的F蛋白是一种RNA结合蛋白。

科研人员给正常小鼠神经细胞中敲入___________________序列，获得F基因失活的模型小鼠。

检测发现模型小鼠大脑皮层神经元的树突分支减少，树突的总长度降低。

据此推测F蛋白_______________，从而引发智力低下。

【答案】（1）隐不符合（2）（CGG）n三核苷酸片段重复次数超过200次及DNA甲基化表达F蛋白X F X F与X F X F′、 X F X F与X F′X F′、 X F′X F′与X F′X f（写出一对即可，其他合理给分）（3）50 儿子（4）>200次的（CGG）n重复调节与树突形成相关mRNA的翻译3．（18 分）蚕豆病是一种单基因遗传病，其表现为红细胞中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺乏，使红细胞的抗氧化能力下降。

（1）图1 是某蚕豆病患者家族的遗传系谱图，据图1初步判断此病遗传方式为。

（2）随后研究表明，控制合成G6PD的基因位于X染色体上，在人的基因组中存在GA、GB两种形式；突变基因g不能控制合成G6PD。

对该家族部分个体进行基因检测的结果如图2所示。

①人类基因组中GA、GB、g互为基因。

②带有突变基因的个体平时不发病，但在食用新鲜蚕豆后1～2天内会出现溶血症状，说明带有突变基因个体的发病是共同作用的结果。

③Ⅱ－7个体的基因型为，其发病是因为基因未正常表达。

Ⅱ－7与Ⅱ－8婚配所生子女g基因的概率为。

（3）有人推测，Ⅱ－7个体相关基因未正常表达，原因可能是该基因中的G 、C碱基被添加甲基（—CH3），影响了RNA聚合酶对该基因的识别。

①该基因不能被RNA 聚合酶识别，会影响该基因的过程。

②限制酶HpaⅡ酶和MspⅠ酶的识别碱基序列均为“—CCGG—”，若DNA被添加甲基，Msp Ⅰ酶仍能切割DNA，而HpaⅡ酶则不能。

提取Ⅱ－7基因组DNA，用以上两种酶分别处理，然后运用PCR技术扩增上述未表达基因（含有“—CCGG—”序列），若两组扩增产物（相同，不相同），则支持上述推测。

③在基因研究中，常需利用限制酶。

限制酶的功能是。

【答案】（1）常染色体隐性遗传（2）①等位基因与环境②X GB X g X GB③1/2 （3）①转录②不相同③识别特定序列的双链DNA片段，并使每一条链中特定位点的磷酸二酯键断开二、染色质重塑染色质重塑是指基因表达的复制和重组等过程中，染色质的包装状态、核小体中组蛋白以及对应DNA分子会发生改变的分子机理。

染色质重塑是一种重要的表观遗传学机制。

DNA 复制、转录、修复、重组在染色质水平发生，这些过程中，染色质重塑可导致核小体位置和结构的变化，引起染色质结构变化，从而影响邻近基因的活性。

三、基因组印记基因组印记是指来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递给子代时发生了修饰，使带有亲代印记的等位基因具有不同的表达特性，这种修饰常为DNA甲基化修饰，也包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。

在生殖细胞形成早期，来自父方和母方的印记将全部被消除，父方等位基因在精母细胞形成精子时产生新的甲基化模式，但在受精时这种甲基化模式还将发生改变；母方等位基因甲基化模式在卵子发生时形成，因此在受精前来自父方和母方的等位基因具有不同的甲基化模式。

亲代会通过印记基因来影响其下一代的性状。

四、X染色体失活(巴氏小体)巴氏小体指在哺乳动物体细胞核中，除一条X染色体外，其余的X染色体常浓缩成染色较深的染色质体。

又称X小体，通常位于间期核膜边缘。

1949年，美国学者巴尔（M.L.Barr）等发现雌猫的神经细胞间期核中有一个深染的小体而雄猫却没有。

在人类，男性细胞核中很少或根本没有巴氏小体，而女性则有1个。

哺乳动物雌性个体的X染色体失活遵循n-1法则，不论有多少条X染色体，最终只能随机保留一条的活性。

莱昂假说莱昂(M. Lyon)于1961年提出的关于巴氏小体的假说：（1）巴氏小体是一个失活的X染色体，失活的过程就称为莱昂化（lyonization）；（2）在哺乳动物中，雌雄个体细胞中的两个X染色体中有一个X染色体在受精后的第 16天（受精卵增殖到5000-6000，植入子宫壁时）失活；（3）两条X染色体中哪一条失活是随机的；（4）X染色体失活后，细胞继续分裂形成的克隆中，此条染色体都是失活的；（5）生殖细胞形成时失活的 X染色体可得到恢复的。

1974年Lyon又提出了新莱昂假说，认为X染色体的失活是部分片段的失活。

例题1．（18分）肾上腺-脑白质营养不良（ALD）是一种伴X染色体的隐性遗传病（用d表示），患者发病程度差异较大，科研人员对该病进行了深入研究。

（1）图1为某患者家系图，其中II-2的基因型是。

（2）为确定该家系相关成员的基因组成与发病原因，科研人员进行了如下研究。

①首先提取四名女性与此基因有关的DNA片段并进行PCR，产物酶切后进行电泳（正常基因含一个限制酶切位点，突变基因增加了一个酶切位点），结果如图2。

由图2可知突变基因新增的酶切位点位于（310bp/217bp/118bp/93bp）DNA片段中；四名女性中是杂合子。

②已知女性每个细胞所含两条X染色体中的一条总是保持固缩状态而失活，推测失活染色体上的基因无法表达的原因是。

③分别提取四名女性的mRNA作为模板，出cDNA，进行PCR，计算产物量的比例，结果如表1。

综合图2与表1，推断II-3、II-4发病的原因是来自（父方/母方）的X染色体失活概率较高，以基因表达为主。

（3）ALD可造成脑白质功能不可逆损伤，尚无有效的治疗方法，通过和产前诊断可以对该病进行监测和预防。

图1家系中II-1（不携带d基因）与II-2婚配后，若生男孩，是否患病？，原因是。

若生女孩，是否患病？，原因是。

【答案】（18分）（1）XdY（2）①310bp （1分） I-1、II-3、II-4（1分）②染色体呈固缩状态无法解旋进行转录③逆（反）转录 父方 突变（X d ）（3）遗传咨询 不患（1分） 该个体不含有致病基因（1分）不一定（1分） 若为女孩，则为杂合子，是否患病取决于X 染色体失活情况（1分） 2.（18分）Menkes 病是A 基因的变异引起的遗传病，患者在3岁前死亡。

科研人员对此病进行了研究。

（1）遗传学调查发现，Menkes 病患者绝大多数为男性，极少数是女性，且患者的双亲一般均表现正常，据此判断Menkes 病最可能的遗传方式是________染色体________遗传。