2018年4月26日晚7点，中国科学院大学科学前沿进展名家系列讲座Ⅳ第132讲如期举行。本次讲座是由中国科学院生物物理所研究员朱冰为同学们带来题为“为什么一个基因组可以编码不同的细胞类”的讲座。
“我们体内不同的细胞拥有同一套染色体，那么，为什么会有不同的转录方式，进而产生不同的表现形式？”朱冰老师以表观遗传学研究的问题入手，开始了本次的讲座内容。
表观遗传的本质，是真核生物的转录调控。而在染色质主要由核小体组成，经过研究，核小体的结构有重要的调控作用——为DNA检索提供帮助，决定什么是需要转录的区段。染色质的结构上有一系列标签，帮助蛋白识别转录的位点，从而决定了细胞的种种外显特征。而表观遗传学，则正在研究除DNA序列之外的可遗传变化。
接着，朱冰老师向同学们引用了Daniel E. Gottschling对于表观遗传的观点。他认为，相比其他生物领域，或许表观遗传学的研究是“更建立于对意外观察结果的理解之上”。本次讲座中，朱冰老师通过几个经典的表观遗传现象和机制讨论，对相关知识做了详细介绍。
朱冰老师首先向同学们介绍的是位置效应花斑——表观遗传学中的一大关键观察结果。单基因决定的果蝇红白眼色中，存在一种特殊的情况——花斑状，红白相杂。这一让人疑惑的现象引起了人们的深思。经研究，这一现象是出自基因在染色体上位点不同造成的，即，基因的位置环境会对表达造成影响；位于异染色质或常染色质，导致相应基因不转录或转录。同时，朱冰老师也强调了“增强子”在其中发生的作用，它也可以对位置效应花斑现象造成影响。对红白色夹杂的酵母菌落等其他现象的研究，也随后证实了这样的结论。这说明，形状可以发生变化，而这种变化又在一定程度上是稳定的。
“多梳沉默，则是另一个典型的表观遗传学案例”，随后，朱冰老师如数家珍，向同学们侃侃而谈多梳沉默现象。雄性果蝇的性毛在一些突变体果蝇中呈梳状。序列专一性的转录因子Hox基因，在形态建成上有重要的作用；一旦发生错误，则会造成不小的问题。PcG蛋白利用组蛋白甲基化，帮助Hox的沉默，trx蛋白则利用另一个位点的甲基化来维持原作用;二者的协助工作，使全身细胞中的基因能得到合理的调控。这其中涉及到的酶的催化活性，受多种修饰和染色质结构的复杂调控。值得一提的是，朱冰老师的团队在这项研究中也有重要发现。
X染色体失活，也体现了表观遗传的特点。性染色体在动物中普遍存在剂量补偿现象，即两性的共有性染色体有相同的表达量。为了向同学们说明这一事实，朱冰老师列举了线虫、果蝇以及哺乳动物的例子。线虫，果蝇等动物都有不同的策略达到剂量补偿;在哺乳动物中，则体现为女性一条X染色体的失活——异染色质高度凝聚、不再转录，染色后呈现深色。失活为一种随机事件，但某一细胞的后代会与上一代有相同的一条染色体失活。
这些经典现象，说明了同一个基因的转录状态在不同细胞中是不同的，以及染色体的环境有重要影响。
讲座最后，朱冰老师向大家介绍了表观遗传在应用方面的巨大潜力。此前新做出的克隆猴作为体细胞克隆的成果，也与表观遗传相关。体细胞重编程已经有过重要进展，但核移植的低成功率一直影响着克隆效率。经研究，H3K9me是极大抑制克隆胚胎正常发育的因素。关于研究难点，朱冰老师指出：获得人的胚胎干细胞一直是学界一大难题，细胞重编程或核移植是两种可能得到胚胎干细胞的方法。中科院神经所获得克隆猴时，即使用了该方法，注射了H3K9的去甲基化酶，最终成功完成实验。讲座最终圆满结束。（文、图/雷雨晴 来源 国科大记者团）
朱冰老师为同学们讲解表观遗传相关知识
延伸阅读：
“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月，是中国科学院大学为本科生开设的必修课程，同时欢迎研究生与教职工参加，由中国科学院大学本科部主办，讲座召集人为徐涛院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机、天文、电子信息工程、环境九个专业，邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展，让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展，拓宽学生的学术视野，为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。
