エピジェネティクス
非翻訳性RNAとは、タンパク質へ翻訳されずに機能するRNAのことであり、塩基数(分子量)や鎖の形状(1本鎖, 2本鎖)が異なるものを一括した総称である。非翻訳性RNAは、RNA干渉 (RNAi)、ヘテロクロマチン形成への関与、および植物におけるRNA指令型DNAメチル化 (RNA-directed DNA methylation: RdDM) など、さまざまな過程を通じてエピジェネティックな遺伝子制御に関わっている。また、従来その構造から遺伝子発現が不活性化されていると考えられていたセントロメアなどのヘテロクロマチンにおいても、RNAが転写がされていることが判明し、非翻訳性RNAを通しての遺伝子発現制御が注目されている。
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他方、プロモーターおよびその周辺領域に存在するCpGアイランドは基本的にはほとんどメチル化されていない。例外的なCpGアイランドのメチル化は、X染色体不活性化でのヘテロクロマチンへの構造変化、発がん過程でのがん抑制遺伝子の発現抑制などで観察される。このようなCpGアイランドのメチル化は、組織特異的な遺伝子の不活性化でも観察されており、それぞれの細胞機能と関わっているものと考えられている。
哺乳類におけるDNAメチル化は、少なくとも3つの独立したDNAメチル基転移酵素 (DNMT1, DNMT3A, DNMT3B) の相互作用によって付加または維持される。体細胞で最も多いメチル基転移酵素であるDNMT1は、DNA複製部位に局在してヘミメチル化DNAを優先的に修飾することにより、複製後の新規DNA鎖にメチル化のパターンを写す。この酵素は適切な胚発生・インプリンティングおよびX染色体不活性化のために不可欠である。シロイヌナズナでも同様の維持メチル化機能を持つ酵素MET1が存在し、哺乳類DNMT1と同じ起原を持つ遺伝子(オーソログ)であることが分かっている。また、シロイヌナズナのde novo型DNAメチル化酵素は、哺乳類のDMNT3のオーソログにあたるDRM2である。なお、植物で知られているRNA指令型DNAメチル化(英語版) (RNA-directed DNA methylation: RdDM) については、非翻訳性RNAによる制御#RdDMで後述する。また、植物種子に対し大気圧プラズマを照射することでDNAの脱メチル化が起こることが報告されている。
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遺伝形質の発現は、セントラルドグマ説で提唱されたようにDNA複製→RNA転写→タンパク質への翻訳→形質発現の経路により、DNAに記録されている遺伝情報が表現型として実現した結果とされてきた。セントラルドグマにおける形質の変化とは、遺伝情報の変化であり、その記録媒体であるDNA塩基配列の変化が原因となっている。レトロウイルスやレトロトランスポゾンによるRNAからDNAへの情報の還元という例外を含みながらも、従来の分子生物学・遺伝学ではセントラルドグマを基礎においた研究が行われてきた。
しかしながら、先天的には同じ遺伝情報、つまり同じゲノム(DNA塩基配列)であっても、細胞レベルあるいは個体レベルの形質の表現型が異なる例もまれではない。
たとえば動物では、単細胞である受精卵から発生し、胚の全能性幹細胞はさまざまな多能性細胞系列となり、さらに器官ごとに異なった細胞に分化し、それぞれの器官・細胞は異なる機能を分担している。この過程で細胞は、分化の経歴と存在する部位に依存して、ある遺伝子を抑制する一方で、他のある遺伝子は活性化している。また一卵性双生児やクローン動物、あるいは挿し木や球根・地下茎などの栄養生殖で増殖した植物でも、遺伝子型は同一にもかかわらず個体間に違いが認められることが多い。
このような例は、細胞レベルではシグナル伝達による細胞間の応答反応、個体レベルでは環境と遺伝の相互作用によって主に説明がなされていた。