1、Epigenetics,duanping,Charles Robert Darwin (12 February 1809 19 April 1882) was an English naturalist and geologist, best known for his contributions to evolutionary theory.,The voyage of the Beagle, 18311836,加拉帕戈斯的描述 节选自：达尔文与进化论 美丽贝卡斯泰福 著 1835年9月15日，浩瀚的太平洋上，贝格尔号军舰朝着距离南美洲西海岸大约600米散见于赤道附近的一群海岛疾驶而去。船上
2、，年轻的科学家查尔斯达尔文（Charles Darwin）心急如焚，热切盼望着见到这片岛屿。然而，映人眼帘的第一个小岛就使他深深失望了。“没有什么比它给我的第一印象更糟糕了，”达尔文在日记中写道。岛屿表面崎岖不平，布满黑色的熔岩。群山高低起伏，峡谷深不可测。几株矮小的，光秃秃的灌木是岛上唯一生命的象征。船长罗伯特菲茨罗伊（Robert FitzRoy）认为，这座闷热、荒凉的岛屿与地狱相比，毫不逊色。达尔文则写道：“正午火辣辣的阳光烘烤着干枯燥热的地表。空气闷热难当，如在火炉中。我们甚至觉得连灌木也散发着难闻的气味。”,加拉帕戈斯群岛：达尔文进化论的诞生地 西班牙语：Islas Galapago
3、s,On the geologically new Galpagos Islands, Darwin looked for evidence attaching wildlife to an older “centre of creation“, and found mockingbirds allied to those in Chile but differing from island to island.,自然选择并不是 唯一的生物进化机制。,Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, Chevalier de Lamarck (1 August 17
4、44 18 December 1829), was a French naturalist. He was a soldier, biologist, academic, and an early proponent of the idea that evolution occurred and proceeded in accordance with natural laws. He gave the term biology a broader meaning by coining the term for special sciences, chemistry, meteorology,
5、 geology, and botany-zoology.,Legacy of Lamarck,Lamarck is usually remembered for his belief in the inheritance of acquired characteristics, and the use and disuse model by which organisms developed their characteristics.,Neolamarckist and epigenetics,Lamarck constructed one of the first theoretical
6、 frameworks of organic evolution. While this theory was generally rejected during his lifetime, it sets the tone for much of the subsequent thinking in evolutionary biology, through to the present day. Developments in epigenetics, the study of cellular and physiological traits that are heritable by
7、daughter cells and not caused by changes in the DNA sequence, have caused debate about whether a “neolamarckist“ view of inheritance could be correct, though Lamarck never gave any molecular explanation for his theory.,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。,拉马克主义的演化认为，譬如说，如果你经常锻 炼，你的孩子们也会有更多肌肉。这不是真的。 一些
8、证据提示，某些特定的行为和生活经历能够被遗传。比 如，当小鼠某种气味下连续遭受电击，它会对这种气味非常恐惧，这种恐惧甚至会遗传到它的孙辈。,表观遗传能否驱动进化？,如果表观遗传现象能持续得足够久，久到足以驱动演化，那么拉马克就会至少是部分地、在分子层面上被平反了。 2005年，Matthew D. Anway等人科学上发表论文指出，将怀孕的大鼠暴露在高剂量的杀虫剂和杀菌剂中，大鼠的后代成年后都出现了器官损伤，其中雄性后代的精子异常DNA甲基化至少持续了4代。,表观遗传学则首次暗示另一个演化指向系统的存在这个系统能与达尔文的理论互补，是对环境的有序回应，而不仅仅是像遗传漂变一样的随机变化。 演化
9、若能找到方法来吸收并应对世代内的压力，会是件有意义的事情；如果不需要等待几千年、而能把这些快速应答优势立刻传给子孙，那在演化中的优势将会非常巨大。,问题在于，不管这个想法本身是不是“有意义”，我们没有发现它的丝毫证据。这有点类似“鸡生蛋”的问题：到底是我们缺乏实验证据给相关研究提供灵感，还是相关研究的缺乏让我们找不到证据？ 表观遗传对医生和遗传学家们而言十分有趣，对演化生物学家来说是否有意义？,概 述,Definition of Epigenetics Any changes in gene expression resulting from either a DNA and chromati
10、n modification or resulting from a post post-transcriptional mechanism. However, it does not reflect a difference in the DNA code。 A unifying definition of epigenetics: (Adrian Bird, nature, 2007) the structural adaptation of chromosomal regions so as to register, signal or perpetuate altered activi
11、ty states. This definition is inclusive of chromosomal marks, because transient modifications associated with both DNA repair or cell-cycle phases and stable changes maintained across multiple cell generations qualify.,概 述,表观遗传学的特点： 可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间遗传； 可逆性的基因表达调节，也有较少的学者描述为基因活性或功能的改变
12、； 没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来解释。,概 述,遗传与表观遗传,DNA与染色质,概 述,相同的基因型,不同的表现型,概 述,基因表达模式 决定细胞类型的不是基因本身，而是基因表达模式，通过细胞分裂来传递和稳定地维持具有组织和细胞特异性的基因表达模式对于整个机体的结构和功能协调是至关重要的。 基因表达模式在细胞世代之间的可遗传性并不依赖细胞内DNA的序列信息。 基因表达模式有表观遗传修饰决定。,概 述,表观遗传学的研究内容：,基因转录后的调控 基因组中非编码RNA 微小RNA（miRNA） 反义RNA 内含子、核糖开关等,基因选择性转录表达的调控 DNA甲基化 基因印记 组蛋白共
13、价修饰 染色质重塑,Quiz, J. nature. 2006,表观遗传学机制,DNA 甲基化,1,microRNA,A micro RNA (abbreviated miRNA) is a small non-coding RNA molecule (containing about 22 nucleotides) found in plants, animals, and some viruses, which functions in RNA silencing and post-transcriptional regulation of gene expression.,RNA调控,1
14、995，RNAi现象首次在线虫中发现。 1998，RNAi概念的首次提出。 1999，RNAi作用机制模型的提出。在线虫、果蝇、拟南芥及斑马鱼等多种生物内发现RNAi现象。 2001，RNAi技术成功诱导培养的哺乳动物细胞基因沉默现象。RNAi 技术被Science评为2001年度的十大科技进展之一。 至今，蓬勃发展，成为分子生物学领域最为热门的方向之一。,RNA干扰（RNAi）作用是生物体内的一种通过双链RNA分子在mRNA水平上诱导特异性序列基因沉默的过程。 由于RNAi发生在转录后水平，所以又称为转录后基因沉默（post-transcriptional gene silencing, PTGS ）。 RNA干扰是一种重要而普遍表观遗传的现象。,
