DNA甲基化知多少（1）| 专题

1什么是表观遗传学？

1942年，Waddington最早提出表观遗传学（epigentics）一词，认为是遗传学领域中探讨基因型与表现型之间相互关系的一个新的研究方向。

近年来，现代分子生物学认为细胞中信息的表达受两种因素控制：一种是遗传调控，另一种是表观遗传调控。

所谓表观遗传就是不基于DNA差异的核酸遗传。即细胞分裂过程中，DNA序列不变的前提下，全基因组的基因表达调控所决定的表型遗传，涉及染色质重编程、整体的基因表达调控（如隔离子、增强子、弱化子、DNA甲基化、组蛋白修饰等功能），及基因型对表型决定作用。

2什么是DNA甲基化？

真核基因表达的调控是在多阶段水平实现的，即基因组、转录、转录后、翻译和翻译后5个水平。精确调控的方法之一是DNA甲基化，这是一种从遗传中获得的使DNA发生化学变化的渐进性调控过程。DNA甲基化发生在DNA复制之后，转录之前。其基本过程是在DNA甲基转移酶（DNMTs）的作用下，将一个甲基添加的胞嘧啶的5’-碳分子上，形成5-甲基化胞嘧啶（5mC）。

3DNA甲基化在真核生物中的分布

DNA甲基化可能存在于所有高等生物中，基因组中60%~90%的GC序列都存在甲基化现象，但甲基化的DNA在整个基因组中所占比例通常很少，同时不同生物中甲基化胞嘧啶的含量也有较大差异，如线虫中无甲基化的胞嘧啶，哺乳动物和鸟类中约占5%，鸟类和两栖类中约占10%，昆虫中占0~3%，而在植物中约占30%。

在哺乳动物中，DNA甲基化主要发生在CpG双核苷酸序列的胞嘧啶上，它在基因组中呈不均匀分布。与其他双核苷酸序列相比，这种序列在基因组中出现的平均频率很低（小于1%）；但是在基因组的某些区域，CpG序列的密度很高，这些CpG聚集区域被形象地称为CpG岛。大约50%的人类基因中含有CpG岛常位于基因上游调控区的启动子区，启动子区的CpG岛通常处于非甲基化状态，CpG岛外（不在基因调节区内）的CpG位点常被甲基化。

DNA甲基化修饰是植物逆境响应的重要机制。植物体内胞嘧啶的甲基化则可分为对称的CpG（或CpNpG），或是不对称的CpNpNp形式（C与G是碱基；p是磷酸根；N指的是任意的核苷酸）。拟南芥中多于5%的表达基因，其启动子区域有DNA甲基化，大约1/3以上的基因在编码区有DNA甲基化。

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