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表觀遺傳學和遗传学

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表觀遺傳學和遗传学之间的区别

表觀遺傳學 vs. 遗传学

表觀遺傳學(英语:epigenetics)又譯為表徵遺傳學、擬遺傳學、表遺傳學、外遗传学以及後遺傳學,在生物学和特定的遗传学领域,其研究的是在不改变DNA序列的前提下,通过某些机制引起可遗传的基因表达或细胞表现型的变化。 表徵遗传学是20世纪80年代逐渐兴起的一门学科,是在研究与经典的孟德尔遗传学遗传法则不相符的许多生命现象过程中逐步发展起来的。 表徵遗传现象包括DNA、RNA干扰、组蛋白修饰等。与经典遗传学以研究基因序列影响生物学功能为核心相比,表徵遗传学主要研究这些“表徵遗传现象”建立和维持的机制。其研究内容主要包括两类,一类为基因选择性转录表达的调控,有DNA甲基化、基因印记、组蛋白共价修饰和染色质重塑;另一类为基因转录后的调控,包括基因组中非编码RNA、微小RNA、反义RNA、内含子及核糖开关等。 表徵遗传学指基因组相关功能改变而不涉及核苷酸序列变化。例如DNA和组蛋白修饰,两者均能在不改变DNA序列的前提下调节基因的表达;阻遏蛋白通过结合沉默基因从而控制基因的表达。这些变化可能可以通过细胞分裂而得以保留,并且可能持续几代。这些变化都仅是非基因因素导致的生物体基因表现(或“自我表达”)的不同,由于目前尚不清楚组蛋白的化学修饰是否可遗传,有人对于用此术语描述组蛋白化学修饰提出了异议。 表徵遗传学在真核生物中主要表现在细胞分化过程。在胚胎形态形成过程中,全能干细胞将分化成完全不同的细胞,也就是说,一个受精卵细胞分化出各种不同类型的细胞,包括神经细胞、肌肉细胞、上皮细胞、血管内皮细胞等,并通过抑制其他细胞和激活相关基因而进行持续的细胞分裂。 2011年的相关研究已证实,mRNA甲基化对人体内能量平衡发挥着至关重要的作用,对RNA上的N6-甲基腺苷进行脱甲基治疗可控制FTO基因相关肥胖症,并因此而开创了RNA表徵遗传学的相关领域。. 遗传学是研究生物体的遗传和变异的科学,是生物学的一个重要分支Hartl D, Jones E (2005)。史前时期,人们就已经利用生物体的遗传特性通过选择育种来提高谷物和牲畜的产量。而现代遗传学,其目的是寻求了解遗传的整个过程的机制,则是开始于19世纪中期孟德尔的研究工作。虽然孟德尔并不知道遗传的物理基础,但他观察到了生物体的遗传特性,某些遗传单位遵守简单的统计学规律,这些遗传单位现在被称为基因。 基因位于DNA上,而DNA是由四类不同的核苷酸组成的链状分子,DNA上的核苷酸序列就是生物体的遗传信息。天然DNA以双链形式存在,两条链上的核苷酸互补,而每一条链都能够作为模板来合成新的互补链。这就是生成可以被遗传的基因的复制方式。 基因上的核苷酸序列可以被细胞翻译以合成蛋白质,蛋白质上的氨基酸序列就对应着基因上的核苷酸序列。这种对应性被称为遗传密码。蛋白质的氨基酸序列决定了它如何折叠成为一个三维结构,而蛋白质结构则与它所发挥的功能密不可分。蛋白质执行细胞中几乎所有的生物学进程来维持细胞的生存。DNA上的一个基因的改变可以改变其编码的蛋白质的氨基酸,并可能改变此蛋白质的结构和功能,进而对细胞甚至整个生物体造成巨大的影响。 虽然遗传学在决定生物体外形和行为的过程中扮演着重要的角色,但此过程是遗传学和生物体所经历的环境共同作用的结果。 例如,虽然基因能够在一定程度上决定一个人的体重,人在孩童时期的所经历的营养和健康状况也对他的体重有重大影响。.

之间表觀遺傳學和遗传学相似

表觀遺傳學和遗传学有(在联盟百科)22共同点: 基因大腸桿菌减数分裂克隆副突变细胞分裂真核生物組織蛋白生物学生物信息学甲基化DNA复制DNA修復遗传密码表型让-巴蒂斯特·拉马克胞嘧啶脱氧核糖核酸限制酶染色体染色质有丝分裂

基因

基因一词来自希腊语,意思为“生”。是指控制生物性状的遗传信息,通常由DNA序列来承载。基因也可视作基本遗传单位,亦即一段具有功能性的DNA或RNA序列。弄清其序列本身的过程叫基因测序。基因的结构由增强子,启动子及蛋白编码序列组成:即基因产物可以是蛋白质(蛋白质编码基因)及RNA,从而控制生物个体的性状(差異)表现。在一个个体当中所有的基因总和叫基因组。在一个物种中所有等位基因的总合叫基因库。在大多数真核生物中,基因分为细胞核基因及线粒体基因,绿色植物的叶绿体也含有独立于细胞核的叶绿体基因组。人類約有一万九千至兩萬两千個基因。 在真核生物中,染色体在体细胞中是成对存在的。每条染色体上都带有一定数量的基因。一个基因在细胞有丝分裂时有两个对列的位点,称为等位基因,分别来自父与母。依所攜帶性状的表現,又可分为显性基因和隐性基因。 一般来说,同一生物体中的每个细胞體都含有相同的基因(除了已经分化的免疫细胞),但并不是每个细胞中的所有基因携带的遗传信息都会被表現出来。控制基因表达的因素分为传统的遗传学(增强子,启动子序列相关)因素及表观遗传学(DNA甲基化,组蛋白乙酰化和脱乙酰化及RNA干扰相关)因素。職司不同功能的細胞或不同的细胞类型中,活化而表現的基因也不同。在某一细胞类型当中所有被表达的基因叫转录组,所有编码蛋白质的基因叫蛋白质组。通过即时聚合酶链式反应或染色质免疫沉淀-测序可得到转录组及蛋白质组的信息。用电脑处理基因序列的学科叫生物信息学。 人类基因组计划(human genome project, HGP)是一项规模宏大,跨国跨学科的生物信息学项目。其宗旨在于测定组成人类染色体(指单倍体)的30亿个碱基对形成的核苷酸序列,从而繪製人类基因组圖譜,並且辨識其载有的基因,达到破译人类遗传信息的最终目的。该计划起始于1990年于2000年完成。.

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大腸桿菌

大腸桿菌(學名:Escherichia coli,通常簡寫:E.

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减数分裂

減數分裂(meiosis)是一種特殊的細胞分裂方式,會使得染色體的數目減半,製造出單倍體細胞,每條染色體源自於其親代細胞 。這個過程會發生在所有以有性生殖進行繁殖的單細胞或多細胞真核生物體內,包括動物、植物、以及真菌Bernstein H, Bernstein C, Michod RE (2011).

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克隆

克隆(Clone)在廣義上是指利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组之后代的过程。在园艺学上,克隆是指通过营养繁殖产生的单一植株的后代,很多植物都是通过克隆这样的无性生殖方式从单一植株获得大量的子代个体。在生物學上,是指選擇性地複製出一段DNA序列(分子克隆)、細胞(細胞克隆)或是個體(個體克隆)。 克隆一个生物体意味着创造一个与原先的生物体具有完全一样的遗传信息的新生物体。目前,现代生物学背景下,这通常包括了体细胞核移植。在体细胞核移植中,卵母细胞核被除去,取而代之的是从被克隆生物体细胞中取出的细胞核,通常卵母细胞和它移入的细胞核均应来自同一物种。由于,细胞核几乎含有生命的全部遗传信息,宿主卵母细胞将发育成为在遗传上与核供体相同的生物体。粒线体DNA这里虽然没有被移植,但相对来讲粒线体DNA还是很少的,通常可以忽略其对生物体的影响。.

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副突变

在表观遗传学中,副突变(Paramutation,在台湾也称为類突變)是一个单位点的两个等位基因之间的互作,一个等位基因导致另一个等位基因发生遗传变化,乃是一種打破常規的遺傳模式。這種情況首先在玉米中發現,隨後在其他植物、真菌、甚至小鼠中發現。而,用玉米所做的研究指出副突變是由RNA引導的。.

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细胞分裂

细胞分裂(cell division)是生物体生长和繁殖的基础,通常由一个母细胞产生两个或若干子细胞,是細胞週期的一部分。产生两个不同子细胞的分裂被称为不对称细胞分裂,也称为异裂。 根据类型常可区分为有丝分裂(mitosis)和无丝分裂,在真核生物中以有丝分裂尤为重要,它不改变染色体的倍数。 细胞分裂的另外一种形式是减数分裂(meiosis)。减数分裂产生染色体倍数减半的生殖细胞,即配子,这是有性生殖的必要条件。 如果细胞分裂失去控制,常常导致特定细胞团的增生,异生或肿瘤。严重的情况下发生恶性肿瘤,其中上皮组织来源的被称为癌症。.

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真核生物

真核生物(学名:Eukaryota)是其细胞具有细胞核的单细胞生物和多细胞生物的总称,它包括所有动物、植物、真菌和其他具有由膜包裹着的复杂亚细胞结构的生物。 真核生物与原核生物的根本性区别是前者的细胞内含有细胞核,因此以真核来命名这一类细胞。许多真核细胞中还含有其它细胞器,如粒線體、叶绿体、高尔基体等。 由于具有细胞核,因此真核细胞的细胞分裂过程与没有细胞核的原核生物也大不相同。 真核生物在进化上是单源性的,都属于三域系统中的真核生物域,另外两个域为同属于原核生物的细菌和古菌。但由于真核生物与古菌在一些生化性质和基因相关性上具有一定相似性,因此有时也将这两者共同归于新壁總域演化支。 科學家相信,從基因證據來看,真核生物是細菌與古菌的基因融合體,它是某種古菌與細菌共生,異種結合的產物。.

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組織蛋白

組織蛋白(histone )是真核生物体细胞染色质中的碱性蛋白质,其将DNA包装和组织成被命名为核小体的结构单元。它们是染色质的主要蛋白质组分,作为DNA缠绕的线轴,并在中发挥作用。没有组织蛋白,染色体中未缠绕的DNA将非常长(人类DNA中的长宽比超过1000万比1)。例如,每个人类二倍体细胞(含有23对染色体)具有约1.8米长的DNA,但是在组織蛋白上缠绕它具有大约90微米(0.09毫米)的染色质,当在有丝分裂期间复制和浓缩时,其导致约120微米的染色体。.

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生物学

生物学研究各種生命(上图) 大肠杆菌、瞪羚、(下图)大角金龟甲虫 、蕨類植物 生物學(βιολογία;biologia;德語、法語:biologie;biology)或稱生物科學(biological sciences)、生命科學(life sciences),是自然科學的一大門類,由經驗主義出發,廣泛研究生命的所有方面,包括生命起源、演化、分佈、構造、發育、功能、行為、與環境的互動關系,以及生物分類學等。現代生物學是一個龐大而兼收並蓄的領域,由許多分支和分支學科組成。然而,盡管生物學的範圍很廣,在它裡面有某些一般和統一概念支配一切的學習和研究,把它整合成單一的,和連貫的領域。在總體上,生物以細胞作為生命的基本單位,基因作為遺傳的基本單元,和進化是推動新物種的合成和創建的引擎。今天人們還了解,所有生物體的生存以消耗和轉換能量,調節體內環境以維持穩定的和重要的生命條件。 生物學分支學科被研究生物體的規模所定義,和研究它們使用的方法所定義:生物化學考察生命的基本化學;分子生物學研究生物分子之間錯綜復雜的關系;植物學研究植物的生物學;細胞生物學檢查所有生命的基本組成單位,細胞;生理學檢查組織,器官,和生物體的器官系統的物理和化學的功能;進化生物學考察了生命的多樣性的產生過程;和生態學考察生物在其環境如何相互作用。最終能夠達到治療診斷遺傳病、提高農作物產量、改善人類生活、保護環境等目的。.

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生物信息学

生物信息學(bioinformatics)利用应用数学、信息学、统计学和计算机科学的方法研究生物学的问题。生物信息学的研究材料和结果就是各种各样的生物学数据,其研究工具是计算机,研究方法包括对生物学数据的搜索(收集和筛选)、处理(编辑、整理、管理和显示)及利用(计算、模拟)。目前主要的研究方向有:序列比对、序列組裝、基因识别、基因重组、蛋白质结构预测、基因表达、蛋白质反应的预测,以及建立进化模型。 生物学技术往往生成大量的嘈杂数据。与数据挖掘类似,生物信息学利用数学工具从大量数据中提取有用的生物学信息。生物信息学所要处理的典型问题包括:重新組裝在霰弹枪定序法测序过程中被打散的DNA序列,从蛋白质的氨基酸序列预测蛋白质结构,利用mRNA微阵列或质谱仪的数据检验基因调控的假说。 某些人将计算生物学作为生物信息学的同义词处理;但是另外一些人认为计算生物学和生物信息学应当被当作不同的条目处理,因为生物信息学更侧重於生物学领域中计算方法的使用和发展,而计算生物学强调应用信息学技术对生物学领域中的假说进行检验,并尝试发展新的理论。 生物信息学可以定义为对分子生物学中两类信息流的研究:.

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甲基化

基化(methylation)指向底物引入甲基的过程,一般是以甲基取代氢原子。 在生物系统内,甲基化是经酶催化的,这种甲基化涉及重金属修饰、基因表达的调控、蛋白质功能的调节以及核糖核酸(RNA)加工。重金属修饰可以在生物系统外发生。组织样本的化学甲基化也是组织染色的方法之一。.

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DNA复制

DNA复制是指DNA双链在细胞分裂分裂间期进行的以一个亲代DNA分子为模板合成子代DNA链的过程。复制的结果是一条双链变成两条一样的双链(如果复制过程正常的话),每条双链都与原来的双链一样(排除突变等不定因素)。 DNA复制是一种在所有的生物体内都会发生的生物学过程,是生物遗传的基础。对于双链DNA,即绝大部分生物体内的DNA来说,在正常情况下,这个过程开始于一个亲代DNA分子,最后产生出两个相同的子代DNA分子。亲代双链DNA分子的每一条单链都被作为模板,用以合成新的互补单链,这一过程被称为半保留复制。细胞的校正机制确保了DNA复制近乎完美的准确性。 在细胞当中,DNA复制起始于基因组的特殊位点,称为“起始位点”。起始于起始位点的DNA解链和新链的合成会形成复制叉。除了DNA聚合酶外,一些酶通过添加和模板相配的核苷酸来合成新DNA,一些和复制叉连接的其他蛋白对DNA的复制起始和延伸起辅助作用。 DNA复制也可以在体外(即人工地)进行,从细胞中分离的DNA聚合酶和人造的DNA复制引物可以用来启动以已知序列的DNA分子为模板的复制,聚合酶链式反应(PCR)是一种常见的实验室技术,这种采用了循环方式的人工合成,在一个DNA池中扩增出特定的DNA片段。.

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DNA修復

DNA修复是细胞中经常运行的一种进程。它使基因组免受损伤和突变,因此对细胞的生存是很重要的。在人的细胞中,一般的代谢活动和环境因素(如紫外线和放射線)都能造成DNA损伤,导致每个细胞每天多达1,000,000处的分子损害。这些损害给DNA分子造成结构上的破坏,由此可大大的改变细胞阅读信息和基因编码的方式,其餘的損害引發在細胞基因體中的潛在有害突變,進而影響子細胞在進行有絲分裂後的存活。因此,DNA修复必须经常运作,以快速地改正DNA结构上的任何错误之处。當正常修復程序失效與細胞凋亡沒有發生,則不可回復的DNA損傷可能會發生,包含了雙股斷裂與DNA與DNA交互連結。 DNA修復的速度與許多因素有關,如細胞類型、細胞老化以及外在環境等。然而當細胞累積大量的DNA損傷老化時,DNA修复的速度下降,直至赶不上正在进行的DNA损伤的速度。这时,细胞可能遭受以下三种命运之一:.

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遗传密码

遺傳密碼(英文:Genetic code)是一組規則,將DNA或mRNA序列以三個核苷酸為一組的密碼子轉譯為蛋白質的胺基酸序列,以用於蛋白質合成。幾乎所有的生物都使用同樣的遺傳密碼,稱為標準遺傳密碼;即使是非細胞結構的病毒,它們也是使用標準遺傳密碼。但是也有少數生物使用一些稍微不同的遺傳密碼。朊毒體以蛋白質為遺傳密碼。 密码子简并性是遗传密码的突出特征。 舒建军的遗传密码对称表 提供了可能的密码子-胺基酸关系的新视角, 并解释了密码子简并性遗传密码背后的隐含含义/逻辑。.

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表型

表型(Phenotype),又称表現型,对于一個生物而言,表示它某一特定的物理外觀或成分。一個人是否有耳珠、植物的高度、人的血型、蛾的顏色等等,都是表型的例子。 表型主要受生物的基因型和環境影響,表型可分為連續變異或不連續變異的。前者較易受環境因素影響,基因型上則會受多個等位基因影響,如體重、智力和身高;後者僅受幾個等位基因影響,而且很少會被環境改變,如血型、眼睛顏色和捲舌的能力。對於不連續變異,若有兩個生物表現型相同,其基因型未必一樣,這是因為其中一方可能有隱性基因。 表型變異是進化論物競天擇理論成立的重要條件。早期的遺傳學家欠缺分子生物學技術,無從直接觀察DNA構造,生物和其後代的表型就是他們判別其基因型的工具。.

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让-巴蒂斯特·拉马克

讓-巴蒂斯特·皮埃爾·安托萬·德·莫奈,德拉馬克騎士(Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, Chevalier de Lamarck,),法国博物學家,1809年发表了《动物哲学》(Philosophie zoologique,亦译作《动物学哲学》)一书,系统地阐述了他的进化理论,即通常所称的拉马克学说。书中提出了用進废退与获得性遗传两个法则,并认为这既是生物产生变异的原因,又是适应环境的过程。达尔文在《物种起源》一书中曾多次引用拉马克的著作。.

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胞嘧啶

胞嘧啶(cytosine, C),學名為2-羰基-4-氨基嘧啶,是组成DNA的四种基本碱基之一。胞嘧啶核苷、胞嘧啶核苷酸均可作为升高白细胞(白血球)的药物。可由二巯基脲嘧啶、浓氨水和氯乙酸为原料合成制得。 Category:胺 Category:嘧啶酮.

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脱氧核糖核酸

--氧核醣核酸(deoxyribonucleic acid,縮寫:DNA)又稱--氧核醣核酸,是一種生物大分子,可組成遺傳指令,引導生物發育與生命機能運作。主要功能是資訊儲存,可比喻為「藍圖」或「配方」。其中包含的指令,是建構細胞內其他的化合物,如蛋白質與核醣核酸所需。帶有蛋白質編碼的DNA片段稱為基因。其他的DNA序列,有些直接以本身構造發揮作用,有些則參與調控遺傳訊息的表現。 DNA是一種長鏈聚合物,組成單位稱為核苷酸,而糖類與磷酸藉由酯鍵相連,組成其長鏈骨架。每個糖單位都與四種鹼基裡的其中一種相接,這些鹼基沿著DNA長鏈所排列而成的序列,可組成遺傳密碼,是蛋白質氨基酸序列合成的依據。讀取密碼的過程稱為轉錄,是根據DNA序列複製出一段稱為RNA的核酸分子。多數RNA帶有合成蛋白質的訊息,另有一些本身就擁有特殊功能,例如核糖體RNA、小核RNA與小干擾RNA。 在細胞內,DNA能組織成染色體結構,整組染色體則統稱為基因組。染色體在細胞分裂之前會先行複製,此過程稱為DNA複製。對真核生物,如動物、植物及真菌而言,染色體是存放於細胞核內;對於原核生物而言,如細菌,則是存放在細胞質中的拟核裡。染色體上的染色質蛋白,如組織蛋白,能夠將DNA組織並壓縮,以幫助DNA與其他蛋白質進行交互作用,進而調節基因的轉錄。.

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限制酶

制酶(restriction enzyme)又稱限制內切酶或限制性內切酶(restriction endonuclease),全稱限制性核酸內切酶,是一種能將雙股DNA切開的酶。切割方法是將醣類分子與磷酸之間的鍵結切斷,進而於兩條DNA鏈上各產生一個切口,且不破壞核苷酸與鹼基。切割形式有兩種,分別是可產生具有突出單股DNA的黏狀末端,以及末端平整無凸起的平滑末端。。由於斷開的DNA片段可由另一種稱為DNA連接酶的酵素黏合,因此染色體或DNA上不同的限--片段,得以經由剪接作用而結合在一起。 限制酶在分子生物學與遺傳工程領域有廣泛的應用,此類酵素最早發現於某些品系的大腸桿菌體內,這些品系能夠「限制」噬菌體對其感染,因此得名。科學家認為限制酶是細菌所演化出來對抗病毒感染,並幫助將已殖入的病毒序列移除的機制。是限制修飾系統(restriction modification system)的一部分。約翰霍普金斯大學的丹尼爾·那森斯、漢彌爾頓·史密斯與伯克利加州大學的沃納·亞伯因為限制酶的發現及研究,而共同獲得1978年的諾貝爾生理學或醫學獎。此酵素最早的應用之一,是用來將胰島素基因轉殖到大腸桿菌,使其具備生產人類胰島素的能力。.

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染色体

-- 染色體(chromosome)是真核生物特有的構造,主要由雙股螺旋的脱氧核糖核酸和5种被称为组蛋白的蛋白质构成,是基因的主要載體。染色体是细胞内具有遗传性质的遗传物质深度压缩形成的聚合体,易被碱性染料染成深色,所以叫染色体(由染色质组成)。染色质和染色体是同一物质在细胞分裂间期和分裂期的不同形态表现。染色体出现于分裂期。染色质出现于间期,呈丝状。其本质都是脱氧核糖核酸(DNA)和蛋白质的组合(即核蛋白组成的),不均匀地分布于细胞核中 ,是遗传信息(基因)的主要载体,但不是唯一载体(如细胞质内的線粒体)。.

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染色质

染色質(Chromatin,或称核染質)是在細胞中發現的大分子復合物,由DNA,蛋白質和RNA組成。它也是構成染色體的結構。染色質的主要功能是1)將DNA包裝成更緊湊,更緻密的形狀; 2)增強DNA大分子以允許有絲分裂; 3)防止DNA損傷; 4)控制基因表達和DNA複製。 染色質的主要蛋白質組件是緻密DNA的組織蛋白。 染色質僅在真核細胞(具有確定的細胞核的細胞)中發現。 原核細胞具有不同的DNA組織(原核染色體等同物稱為拟核,並且位於類核區內)。真核細胞的核染質位在細胞核內;原核生物的則位於類核(nucleoid)當中。 儘管經過深入調查,但目前對染色質的結構了解甚少。 其結構取決於幾個因素。 整體結構取決於細胞週期的階段。 在間期,染色質在結構上是鬆散的,以允許獲得轉錄和復制DNA的RNA和DNA聚合酶。 間期染色質的局部結構取決於DNA上存在的基因。.

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有丝分裂

#重定向 有絲分裂.

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表觀遺傳學和遗传学之间的比较

表觀遺傳學有66个关系,而遗传学有154个。由于它们的共同之处22,杰卡德指数为10.00% = 22 / (66 + 154)。

参考

本文介绍表觀遺傳學和遗传学之间的关系。要访问该信息提取每篇文章,请访问:

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