进化的表观遗传学原理

——Epigenetic Principles of Evolution

作者：Jamieson A. Copsey；Simon A. Black

出版：academic press

索书号：Q111/C114（2）/2019/Y

藏书地点：武大外教中心

一直以来人们都认为基因组DNA决定着生物体的全部表型，但逐渐发现有些现象无法用经典遗传学理论解释，比如基因完全相同的同卵双生双胞胎在同样的环境中长大后，他们在性格、健康等方面会有较大的差异。这说明在DNA序列没有发生变化的情况下，生物体的一些表型却发生了改变。因此，科学家们又提出表观遗传学的概念。现在人们认为，基因组含有两类遗传信息，一类是传统意义上的遗传信息，即基因组DNA序列所提供的遗传信息，另一类则是表观遗传学信息，即基因组DNA的修饰，它提供了何时、何地、以何种方式去应用DNA遗传信息的指令。

在生物学中，表观遗传学这个名词指的是基因表达中的多种变化。这种变化在细胞分裂的过程中，有时甚至是在隔代遗传中保持稳定，但是不涉及到基本DNA的改变。

表观遗传学在真核生物中的变化主要被举例为细胞分化过程中干细胞分化成与胚胎有关的多种细胞这一过程。这个过程通过一些可能包含某些基因的沉默，移除某些基因上沉默的标志并且永久的失活于其他基因的机制变得稳定。表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如DNA甲基化和染色质构象变化等；表观基因组学(epigenomics) 则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。

在地球上，生命的进化被认为是现代生物学的事实。然而，生物群落在生物进化的机制上是极化的。一方面，人们普遍认为，生命世界的进化是由基因和基因频率的变化决定的，另一方面是一种新的、不那么强大的、但已经是重要的、快速结晶的概念，它认为非遗传、表观遗传因子和机制也在生命的进化中起着重要的作用。进化是基因突变、基因重组和基因漂移的等位基因变化的结果，而基因漂移是自然选择行为所必需的基因变异源。这一理论以其极端形式，将生命和进化视为一种传播和完善基因的方式，而基因的载体、有机体本身，作为机器或车辆来生存和繁殖基因。

科学的坦率要求我们清楚地承认，尽管有巨大的努力，生物学从来没有成功地展示出进化过程中基因的变化导致了形态的进化变化。在20世纪时，进化理论被引导到一种解释危机中。它不能说明的所有这些问题都将在《进化的表观遗传学原理》的各个章节中详细讨论。其中包括：

1、突发性的进化事件，特别是在寒武纪（约450亿）期间，在进化狭窄的500-1500万年内，近100个生物体爆发，而在随后的43亿—445亿年几乎没有新的物种出现。这与新达尔文主义关于进化变化的渐进主义的基本原则相矛盾。

2、快速物种形成和形态变化观察，如形成新丽鱼科鱼物种在东非湖泊，几十万年进化的果蝇物种在夏威夷群岛等等，包括在几百万年后出现的人类和黑猩猩的形态、生理、行为和认知的进化快速发展。

3、生殖隔离和同域物种形成，在没有地理隔离的情况下，不涉及基因突变、基因漂移或基因重组。

4、进化逆转的频繁出现（包括返祖现象），甚至在数百万年后失去的祖先特征的回归，明显地驳斥了进化论不可逆性的新达尔文主义原则。

5、在遗传的形态学、生理学、生活史和行为（在父母施加的环境刺激影响下的跨代发育可塑性）的变化的后代中突然而系统的岀现，不涉及遗传因素或机理。

6、发育多态性，即在同一窝和同一基因型的后代中系统地产生不同的形态有时是对特定环境刺激的适应性反应。

《进化的表观遗传学原理》第二版从表观遗传学的角度充分考察了进化的因果基础。通过揭示遗传工具包的表观遗传学用途，这项工作证明了表观遗传机制和表观遗传信息在产生进化新奇方面的首要地位。作者用各种生物学领域的例子令人信服地支持他的理论观点，强调发展途径的变化是后生动物进化变化的基本来源。用户将发现更广泛的进化表观遗传机制，超越表观遗传结构的常规变化，如DNA甲基化，组蛋白修饰，miRNA，sRNA和mRNA表达模式。第二版进行了全面更新，以反映进化表观遗传学领域的新证据和发展理论。新的和修订的章节涉及遗传的表观遗传基础，动物结构和动态平衡的表观遗传调控，基因表达的神经操纵，配子发生的中心控制，早期发育的表观遗传控制，表观遗传信息的起源，对环境压力因素的响应的进化变化，同性恋进化的表观遗传学，以及寒武纪爆发的表观遗传学，以及其他主题。

除此之外，本书还具有以下特点：

1、具有权威性和时效性。《进化的表观遗传学原理》涵盖了大量进化表观遗传学的相关知识和技术，作品的作者是进化学、表观遗传学等领域长期的教学和研究学者，因此书本具有较大的权威性。同时，由于关于生物学的内容更新换代很快，很多内容可能仅限于编书的当时，随着时代的发展有了更多的补充，因此，本书内容具有时效性。

2、图文并茂，易于理解。《进化的表观遗传学原理》一书中有大量的相关图片，使得书本充满趣味性同时让读者理解更为深刻。

3、语音简洁有趣，便于理解。书本中运用了大量的通俗易懂的文字来描写，因此这种书写方式使整本书更具有可读性、趣味性。

4、编排紧凑。该书在每一章开头都以提要和简介引入本章要讲的主要内容作为这一章的提纲挈领，并在章节末尾处对内容进行总结，并给出了关键词的解释，帮助读者对书中内容和概念进行归纳梳理，并自主进行扩展阅读。

总而言之，本书添加新的遗传，表观遗传和其他生物信息的来源，如新的功能基因和蛋白质。进化表观遗传学和进化生物学和代码生物学相结合。他的作品非常合成和综合。毫无疑问，它涉及动物结构和功能的进化性和创新性。促进变化和创新理论的缺失部分。是广大对进化表观遗传学感兴趣的学者的必备读物。

绪论现代生物学的难题解释与新视角

第一部分后生动物遗传的表观遗传学基础

第一章后生动物的控制系统和表型形状测定

第二章基因表达的神经操纵

第三章生殖的表观遗传控制

第四章早期发育控制的表观遗传

第五章变性后发育神经控制

第六章遗传的表观系统

第七章适应改变生活和进化的条件

第二部分循环现象的表观遗传学和进化变化的机制

第八章区域内发育可塑性

第九章跨代发展—改变了跨代发展的可塑性

第三部分后生动物进化的表观遗传学

第十章进化的起源

第十一章进化的损失

第十二章回归祖先特性的进化回归

第十三章同域物种的表观遗传学—作为进化机制的物种形成

第十四章健康和疾病的表观遗传

第十五章植物的表观遗传

（武汉大学生命科学学院研究生王鑫）