1. 理论背景

生物是以细胞为基本单位的生命形式，细胞的本质是能自发进行熵减和自我复制的有机分子系统。从细菌到人类，地球上不同生物在形态、生理和生活史等方面具有非常显著的差异，但他们都具有共同的本质——由细胞构成。虽然不同类型细胞的差异也很大，但所有细胞的发生和发展都遵循一致的生物化学规律和分子生物学法则。生物性状是指生物个体的一切特征，包括形态结构、生理功能、发育模式、行为生活等。生物性状是遗传信息和环境共同作用的结果，但是环境因素往往也是通过影响遗传信息的表达来影响生物性状。也就是说，在相对一致的生活条件下，遗传信息是决定不同生物个体性状差异的根本原因。那究竟什么是遗传信息？从本质上说，某种生物的遗传信息就是该生物所有性状的“记录”。一切信息都必须以物质的形式进行存在和起作用，遗传信息的物质载体称为“遗传物质”。所有细胞均以DNA为基本的遗传物质，而有些病毒以RNA作为唯一的遗传物质，阮病毒以蛋白质结构特征作为唯一的遗传物质。

遗传学是着重研究生物遗传变异现象的生物学分支，其实质是研究生物遗传信息的本质和表达机制。从DNA被发现作为遗传物质和中心法则的提出开始，经典遗传学研究热点于阐明基因的产生、变异和表达方式，即研究以DNA序列为基础的遗传信息存储和表达机制。随着遗传学的深入发展，近年来人们越来越关注到生物的遗传信息不完全由DNA序列存储。表观遗传学即为这样一门学科，研究存储在DNA序列之外的遗传信息的产生、存储和表达机制。“表观遗传现象”背后的机制有很多，最常见的三种括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA。

什么是“基因”？作为整个生物科学理论体系最核心和抽象的概念之一，对基因概念的多层次精准把握是理解生物现象的关键。常见的一类定义是“产生一条多肽链或功能RNA所需的全部核苷酸序列”或者“有遗传效应的DNA片段”，还有一种定义是“控制生物性状的基本遗传单位”或者“生物遗传信息的基本单位”。笔者认为后一类定义比前一类更精准，因为并非所有遗传信息都以DNA片段或序列形式存储，因此采用后一类定义能为传统遗传学和表观遗传学的理论整合奠定概念的基础。确定好“基因”的概念后，那什么是“等位基因”？先给出定义：“等位基因是指控制同一性状的不同基因”。对于经典的记录于染色体DNA序列的基因来说，等位基因指“位于一对同源染色体相同位置上控制同一性状的基因”。比如控制AB0血型这一性状的基因有三个等位基因，分别对应红细胞上“有A抗原”、“有B抗原”和“无抗原”。

DNA甲基化是最常见的表观遗传标记，也是目前所有表观遗传标记中研究最透彻的。与哺乳动物胚胎期DNA甲基化重编程不同，植物细胞中有多种机制保证 DNA甲基化在很大程度上稳定遗传。顺式作用元件内部或附近的DNA甲基化能通过影响染色体结构、反式作用因子亲和性等调控基因转录，处于基因内部的DNA甲基化也可能通过影响转录延伸、前体RNA加工等影响基因表达水平。一般将仅由于基因组特定区域DNA甲基化差异引起表达水平改变的等位基因称为表观等位基因（epiallele），近年来大量表观等位基因相继被发现，为我们揭示了表观等位基因在植物发育和逆境响应中的重要作用。

表观等位基因

                                            2. 文献导读

Jacobsen S E, Meyerowitz E M. Hypermethylated SUPERMAN epigenetic alleles in arabidopsis.1997.Science.

本文系早期表观等位基因鉴定研究的经典文献之一，其研究思路和结果至今仍有参考价值。

SUP（SUPERMAN）基因是调控拟南芥花发育的关键基因，在花原基中具有一定的表达量（组图D）。正常情况下拟南芥的花具有六个雄蕊和一个两心皮融合雌蕊（组图A），而sup突变体植株的花具有11个雄蕊和一个由3心皮不完整融合而成的雌蕊（组图B）。在本研究中，作者首先鉴定到一类拟南芥突变体，并命名为clk（clark kent）。该类突变体具有与sup突变体相似的表型（组图C），它们的花由9个雄蕊和一个由3心皮不完整融合而成的雌蕊组成。经实验和理论分析，研究者最终证明clk的突变位点就是SUP基因，clk植株在花原基中具有相对低的SUP表达水平（组图E）。但DNA测序结果表明clk突变体和野生型之间没有核酸序列上的差异，同时clk突变体具有较强的回复突变性。

经重亚硫酸氢盐测序表明，在clk突变体中SUP基因相对野生型有很强的甲基化水平（组图F），这提示了在clk突变体中相对低的SUP表达水平很可是由基因的甲基化造成的。对clk不同植株的分析表明，SUP基因甲基化水平、该基因表达量和植株sup突变的表型特征具有很强的相关性。同时对clk回复突变的植株进行分析，结果表明SUP甲基化水平和表达量均得到恢复。

这些结果表明，CLK是SUP基因的表观等位基因，即SUP内部的甲基化对其表达具有抑制作用，并且这种甲基化具有很强的遗传稳定性。

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