高三生物二輪復(fù)習(xí)課件：表觀遺傳

二輪微專題------表觀遺傳常見類型目錄DNA甲基化組蛋白修飾RNA的干擾

染色質(zhì)重塑

基因組印記X染色體失活一DNA甲基化

DNA甲基化：在DNA堿基上增加甲基基團(tuán)的化學(xué)修飾，DNA甲基化會抑制基因轉(zhuǎn)錄。例1.(2024·遵義高三三模)某種小鼠毛色受基因控制情況如圖所示。真黑素和褐黑素比例不同會呈現(xiàn)不同毛色，且褐黑素有淡化毛色的作用。在Avy基因(與a是一對等位基因)“上游”有多個甲基化修飾位點(diǎn)。下列敘述正確的是A.Avy基因“上游”甲基化后，堿

基序列未發(fā)生變化，因此不可

遺傳給后代B.Avy基因“上游”甲基化后，可

能導(dǎo)致DNA聚合酶不能與啟動

子結(jié)合C.基因型為Avya的不同個體毛色不同，Avy甲基化程度越高，小鼠毛色越淺D.基因通過其表達(dá)產(chǎn)物來控制生物性狀，基因與性狀不是簡單的線性關(guān)系√【變式訓(xùn)練1】（多選）低溫是誘導(dǎo)某些植物開花所必需的條件。在這些植物生長初期，若給予一定時間的低溫處理，便可大大加快其開花進(jìn)程，并可使其在當(dāng)年正常結(jié)實(shí)從而得到成熟的種子。下圖表示低溫誘導(dǎo)植物M開花的作用機(jī)理。根據(jù)上述信息，下列推論不合理的是（）A．植物M開花基因甲基化水平改變引起表型改變屬于表觀低溫遺傳B．低溫處理后，植物M開花基因的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程會發(fā)生顯著改變C．植物開花過程受外界環(huán)境的影響較大，但根本上還是由基因控制的D．低溫作用可以提高該植物DNA的甲基化水平，從而間接促進(jìn)開花√√【變式訓(xùn)練2】（多選）表觀遺傳調(diào)節(jié)異常是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素之一，N6一甲基腺苷(m6A)是真核生物mRNA上最常見的一種修飾。研究發(fā)現(xiàn)，胃癌細(xì)胞中存在m6A去甲基化酶(ALKBH5)過表達(dá)和STC2(癌癥相關(guān)基因)mRNA的m6A修飾水平降低的異?，F(xiàn)象?？蒲腥藛T利用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)ALKBH5基因沉默和STC2基因的過表達(dá)，以研究ALKBH5介導(dǎo)的m6A甲基化修飾對胃癌細(xì)胞遷移的影響(其中STC2基因的α鏈為轉(zhuǎn)錄的模板鏈)。研究人員分別用不同方式處理胃癌細(xì)胞，并測得胃癌細(xì)胞遷移標(biāo)志蛋白含量如圖3所示。下列說法正確的是（

）注:a、b、c、d為四種引物序列;BamHⅠ、HindⅢ、SacⅠ為限制酶。A．PCR反應(yīng)體系需要加入耐高溫的DNA聚合酶，該酶主要在延伸過程起作用B．利用PCR擴(kuò)增目的基因時，需要在引物b的5'端添加BamHI識別序列和強(qiáng)啟動子序列C．為確保目的基因正確插入質(zhì)粒；需要選擇限制酶BamHI和HindⅢ切割質(zhì)粒D．據(jù)圖3可知，ALKBH5基因過表達(dá)導(dǎo)致STC2基因表達(dá)的mRNA去甲基化√√二組蛋白修飾

①組蛋白乙?；揎椧话闩c基因轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)，而組蛋白去乙?；瘎t與基因沉默相關(guān)。②組蛋白甲基化修飾既與基因的轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)，又與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)，這取決于被修飾的氨基酸殘基所處的位置、被修飾的程度，以及甲基轉(zhuǎn)移酶的性質(zhì)。例1．研究發(fā)現(xiàn)，短暫地抑制果蠅幼蟲中基因沉默蛋白PcG（具有組蛋白修飾功能）的合成，可導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化和細(xì)胞增殖失控，最終形成腫瘤，部分過程如圖所示。下列敘述錯誤的是（

）A．圖示染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化也是原核細(xì)胞表觀遺傳調(diào)控的一種機(jī)制B．PcG使染色質(zhì)凝集，可能會影響RNA聚合酶與DNA的結(jié)合C．DNA甲基化和組蛋白發(fā)生甲基化修飾會影響核基因的表達(dá)D．細(xì)胞增殖失控可由基因突變引起，也可由染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化引起√【變式訓(xùn)練】．圖示細(xì)胞核內(nèi)組蛋白乙?；c去乙?；霓D(zhuǎn)變過程，其中TATA框?yàn)閱幼又蠷NA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)。下列相關(guān)敘述錯誤的是（

）A．組蛋白乙?；陂g期的發(fā)生頻率高于細(xì)胞分裂期B．組蛋白乙?；┞禩ATA框利于RNA聚合酶與模板鏈結(jié)合C．組蛋白乙?；瘜?dǎo)致的基因表達(dá)水平的差異屬于表觀遺傳D．TATA框的上游發(fā)生堿基對的替換會改變起始密碼子的位置√三RNA干擾

主要靠直接結(jié)合特異的靶標(biāo)mRNA，從而阻止該mRNA進(jìn)行翻譯或者導(dǎo)致靶標(biāo)mRNA的穩(wěn)定性下降。（1）微小RNA（miRNA）：長度約22個核苷酸，可與靶mRNA的互補(bǔ)序列結(jié)合，抑制mRNA翻譯過程或促使其降解，從而調(diào)控基因表達(dá)。-（2）小干擾RNA（siRNA）：可引發(fā)RNA干擾現(xiàn)象，通過與靶mRNA完全互補(bǔ)配對，介導(dǎo)mRNA降解，實(shí)現(xiàn)對基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。在特定條件下，能引發(fā)DNA甲基化等表觀遺傳變化。（3）長鏈非編碼RNA（lncRNA）：可在轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平等多個層面調(diào)控基因表達(dá)，如X染色體失活中心產(chǎn)生的XISTlncRNA，能使女性的一條X染色體失活。例1.(2024·臨沂高三二模)小麥根細(xì)胞中PHO2蛋白可調(diào)控細(xì)胞膜上磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量。當(dāng)葉肉細(xì)胞磷含量變化時，葉肉細(xì)胞合成特定的miRNA并轉(zhuǎn)運(yùn)至根細(xì)胞，與控制PHO2合成的mRNA結(jié)合發(fā)揮調(diào)控作用以維持小麥的磷穩(wěn)態(tài)，該機(jī)制如圖所示。下列敘述錯誤的是A.細(xì)胞吸收的磷元素可參與構(gòu)成核

酸、ATP、磷脂等物質(zhì)B.miRNA可通過抑制PHO2基因的

翻譯過程而發(fā)揮作用C.細(xì)胞內(nèi)磷充足時促進(jìn)miRNA合成，根細(xì)胞膜上磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白數(shù)量減少D.該機(jī)制表明小麥通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制維持細(xì)胞內(nèi)磷穩(wěn)態(tài)√【變式練習(xí)1】多數(shù)動物體內(nèi)存在piRNA，piRNA與P蛋白結(jié)合形成的復(fù)合物能鎖定目標(biāo)mRNA，并對其進(jìn)行切割，產(chǎn)物小片段RNA可與P蛋白結(jié)合進(jìn)一步促進(jìn)更多piRNA生成。P蛋白還可進(jìn)入細(xì)胞核，對DNA進(jìn)行甲基化修飾，抑制基因表達(dá)，下列敘述錯誤的是（

）A．piRNA通過直接切割目標(biāo)mRNA阻斷翻譯過程B．piRNA與P蛋白結(jié)合可形成正反饋調(diào)節(jié)機(jī)制C．DNA甲基化屬于表觀遺傳，不改變堿基序列但可抑制基因表達(dá)D．P蛋白進(jìn)入細(xì)胞核可能導(dǎo)致某些基因的轉(zhuǎn)錄活性下降√【變式練習(xí)2】2024年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予了發(fā)現(xiàn)微小核糖核酸（microRNA）及其在轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控中的作用的兩位科學(xué)家。如圖為真核生物秀麗隱桿線蟲Lim-4基因的microRNA抑制Lim-14基因表達(dá)的過程。下列有關(guān)說法正確的是（

）A．過程①和②都需要解旋酶將DNA的雙鏈解開B．lin-4基因的microRNA抑制lin-14基因的表達(dá)是表觀遺傳調(diào)控的一種機(jī)制C．用抗原——抗體雜交技術(shù)可檢測到線蟲內(nèi)lin-4基因表達(dá)的蛋白質(zhì)D．microRNA由C、H、O、N元素組成√四染色質(zhì)重塑

核小體是由DNA和組蛋白形成的染色質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位。每個核小體由146bp的DNA纏繞組蛋白八聚體1.75形成。核小體是基因轉(zhuǎn)錄的障礙,與組蛋白緊密纏繞的DNA是無法與眾多轉(zhuǎn)錄因子以及活化因子結(jié)合的。因此,核小體在基因組位置的改變對于調(diào)控基因表達(dá)有著重要影響。隨著DNA復(fù)制、重組、修復(fù)以及轉(zhuǎn)錄控制等生命活動的開展,染色質(zhì)上的核小體定位一直處于動態(tài)變化之中,這種不斷的變化需要一系列染色質(zhì)重塑復(fù)合體的作用。四染色質(zhì)重塑

染色質(zhì)重塑是由染色質(zhì)重塑復(fù)合物介導(dǎo)的一系列以染色質(zhì)上核小體變化為基本特征的生物學(xué)過程,是一個重要的表觀遺傳學(xué)機(jī)制如染色質(zhì)重塑復(fù)合物可利用ATP水解所產(chǎn)生的能量驅(qū)使核小體結(jié)構(gòu)發(fā)生如圖所示改變:①核小體在DNA上的滑動;②DNA和核小體解離;③將組蛋白八聚體從染色質(zhì)上去除;④組蛋白變異體和經(jīng)典組蛋白間的置換。五基因組印記

定義;指因親本來源不同而導(dǎo)致等位基因表達(dá)差異的一種遺傳現(xiàn)象，DNA甲基化就是基因組印記的重要方式之一。在印記基因中，來自親本的“印記”在子一代體細(xì)胞的有絲分裂中保持終生；但在子一代的原始生殖細(xì)胞中，甲基化都會被清除，然后形成配子時，甲基化模式都會重新設(shè)定。五基因組印記

例子例1.基因組印記是指由于親本來源不同而導(dǎo)致等位基因表達(dá)存在差異的一種遺傳現(xiàn)象?；蚪M印記阻礙了-哺乳動物孤雌生殖的實(shí)現(xiàn)。山城學(xué)術(shù)圈興趣小組首先改變小鼠卵母細(xì)胞的“基因組印記”，然后將一個第二極體注入修飾后的次級卵母細(xì)胞（類似受精作用），最終創(chuàng)造出“孤雌生殖”的小鼠，實(shí)驗(yàn)過程如下圖所示。下列相關(guān)敘述不正確的是（

）A.哺乳動物孤雌生殖不能實(shí)現(xiàn)是因?yàn)榛蚪M印記阻礙了次級卵母細(xì)胞與第二極體結(jié)合B.基因的甲基化可能會抑制轉(zhuǎn)錄過程，對某些基因進(jìn)行去甲基化處理有利于其表達(dá)C.“孤雌小鼠”的基因型與提供卵母細(xì)胞的雌鼠不一定相同D.移植后的囊胚進(jìn)一步擴(kuò)大，會導(dǎo)致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來√【變式訓(xùn)練1】小鼠胰島素樣生長因子2由Igf-2基因控制合成，不僅參與血糖調(diào)節(jié)，也是調(diào)節(jié)生長發(fā)育的重要激素之一。Igf-2基因的F形式發(fā)育正常，F(xiàn)基因突變?yōu)閒后發(fā)育為矮小型小鼠。Igf-2基因在傳遞過程中存在基因印記現(xiàn)象，相關(guān)表達(dá)過程如圖所示。下列敘述錯誤的是（

）A．Igf-2基因的生理效應(yīng)表明，基因與性狀的關(guān)系不是一一對應(yīng)的B．基因印記現(xiàn)象屬于表觀遺傳，基因的甲基化不會改變堿基序列C．圖中親代雄鼠和雌鼠的基因型相同，但兩者的表型不同D．一對基因型為Ff的雌雄鼠雜交，子代的表型均為矮小型√【變式訓(xùn)練2】基因印記哺乳動物是二倍體生物，但并非所有基因來源于父方和母方的兩個拷貝都有相同的表達(dá)活性。在配子發(fā)生期間，有些基因會獲得標(biāo)志其來源的遺傳修飾，導(dǎo)致后代體細(xì)胞中兩個親本來源的等位基因只有一個表達(dá)，這種現(xiàn)象被稱為基因印記，具有這種現(xiàn)象的基因稱為印記基因。父源性印記基因是指父源性等位基因位點(diǎn)帶有印記，母源性印記基因是指母源性等位基因位點(diǎn)帶有印記。在人類基因組中只發(fā)現(xiàn)幾百個印記基因。大多數(shù)印記基因成簇存在。每個印記基因簇都由一個印記控制中心（ICE）控制，該區(qū)域具有親本特異性修飾，如DNA甲基化等。大部分印記基因簇都至少含有一個長鏈非編碼RNA（IncRNA）的編碼序列。IncRNA不編碼蛋白質(zhì)，但能調(diào)控基因簇中印記基因的表達(dá)。Igf2r印記基因簇的組成（IncRNA基因的啟動子位于ICE中）和表達(dá)情況如下圖1所示。在哺乳動物的生殖發(fā)育中，基因印記的建立和擦除過程如下圖2所示（以父源性印記基因?yàn)槔?。人類某些遺傳疾病及癌癥的發(fā)生過程與基因印記密切相關(guān)，如位于15號染色體上的印記基因I。該基因是母源性印記基因，細(xì)胞中若無該基因表達(dá)會導(dǎo)致PWS（Prader-Willi綜合征）。PWS2型是由患者兩條15號染色體來自同一個親本所致（單親源二倍體），該病發(fā)病率約占PWS發(fā)病人群的20%。因此，對基因印記的更深入了解，將有助于我們診斷和治療與基因印記相關(guān)的疾病。閱讀材料完成下列小題：1．下列關(guān)于基因印記的表述，正確的是（）A．基因印記不屬于表觀遺傳現(xiàn)象B．母源、父源印記基因分別位于X、Y染色體上C．在生殖細(xì)胞形成過程中，擦除并建立新的基因印記D．在減數(shù)分裂過程中，不發(fā)生等位基因分離現(xiàn)象2．根據(jù)圖文信息推測，以下敘述錯誤的是（）A．母源染色體上ICE被甲基化修飾后抑制了lncRNA基因的轉(zhuǎn)錄B．父源染色體上lncRNA抑制了其Slc22a2基因的轉(zhuǎn)錄C．PWS2型患者最可能的致病原因是兩條15號染色體均來自父方D．PWS2型患者最可能的致病原因是兩條15號染色體均來自母方√√六X染色體失活

是“強(qiáng)制性的男女平等”。雌性動物體細(xì)胞中X染色體的失活遵循n－1規(guī)律：不管有多少條X染色體，除了一條以外其余的都失活。染色體失活是一個與基因沉默相關(guān)的過程。這些變化使失活的X染色體形成巴氏小體。雖然在體細(xì)胞中失活的X染色體非常穩(wěn)定，但在正常發(fā)育過程中的一些情況下，整條染色體還可以再被激活。例如，在發(fā)育中的原始生殖細(xì)胞內(nèi)，可以激活失活的X染色體。X染色體失活的實(shí)質(zhì)：通過表觀遺傳的調(diào)控實(shí)現(xiàn)雌雄個體間在同源基因表達(dá)劑量平衡六X染色體失活

X染色體失活的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，X染色體失活的分子機(jī)制如圖。當(dāng)某條X染色體失活中心上的Xist基因轉(zhuǎn)錄出XistRNA后，該分子能起到