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生物艺术与表现遗传

作者: 李山 2016

几十年来,人们一直认为DNA决定着生命过程所需要的各种蛋白质,决定着生命的表观形态。随着研究的深入,人们发现DNA序列不变的情况下,生命表形却发生了很大改变。这种改变说明细胞内部除了DNA提供的信息之外,还有一套基因表达信息系统,即基因何时、何地、以何种方式去应用遗传信息的指令。这类信息便是表观遗传学信息。

那么,什么是表观遗传呢?表观遗传是指DNA序列不发生变化,但基因表达却发生了可遗传的改变,并在细胞增殖和发育过程中能够稳定传递。

表观遗传,可以被认为是细胞内的第二套遗传信息系统,可以被认为是可遗传的物质发生了改变,也可以被认为是基因功能发生了可遗传的改变。表观遗传学(Epigenetics)是遗传学的一个前沿领域,是研究表观遗传变异的遗传学分支学科。它包括以下几方面的研究,染色质重建,DNA甲基化修饰,X染色体失活及非编码 RNA 基因调控等。

根据生物艺术给出的定义,生物艺术作品构建的要素有以下几点要求:所使用的材料是生物材料;构建的方法是利用生物基因工程的运作方法;作品呈现的样式是具有与以往不同的生命性状的活体样式。生物艺术家必须以分子生物学思想为基础来确立自己的创作方向和创作态度,这就使生物艺术作品的构建与生物表观遗传基因的修饰直接关联起来。作品《涂抹》1和《涂抹》2便是以直立1号稻和玉米为实验物种,通过表观遗传基因的修饰完成的。

随着H3K4组蛋白甲基转移酶在拟南芥中被陆续鉴定,以拟南芥为模式植物,利用直立1号稻TrxG家族蛋白SDG711具有特异组蛋白H3K4甲基转移酶活性能在直立1号稻的不同器官中广泛表达的特性敲除了SDG711,使SDG711无法作为H3K4甲基转移酶可以直接结合在与直立1号稻的表观性状或表观颜色相关联的基因上,无法建立H3K4甲基化修饰来激活相关联基因的表达,迫使其他基因乱表达,以达到改变直立1号稻的生长性状及颜色的目的。

基于对表观遗传基因机制的认识以及对表观遗传基因调控方法的运用,同样可以通过基因编辑的手段,敲除玉米的Tb1和Tu1两个基因还可以促使玉米回归原始性状,即大刍草和雌雄同性性状。

除了对表观遗传基因的H3K4甲基化修饰之外,运用功能性的非编码 RNA 基因对表观遗传基因调控也是一种方法。非编码 RNA基因按照大小分为长键和短键。长键非编码 RNA基因起到整体染色体活性或失活所发挥的调解作用;短键非编码 RNA基因在基因组水平上对基因表达进行调控,可介导mRNA降解、诱导染色质结构改变等。

生物艺术与表观遗传关联的意义,在于它告诉我们,一个生命的可能轨迹是无限的,只要给它提供一个可以随机表达的语境,在这一点上,只有生物艺术可以做到。除此之外,它还告诉我们,人类还没有一个终极的定义。

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LI SHAN 李山

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