@ 2017.08.03 , 15:00
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世代间的表观遗传:我们所遗传的不仅是基因

我们不止是基因的集合。饮食、疾病或者生活方式等环境因素调制的表观遗传机制在调节DNA开关方面具有重要的作用。长久以来存在这样一个争议:整个生命过程中累积的表观遗传修改能否跨越世代的界限传递到子女或者孙子女。现在德国弗莱堡的马克斯普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所的研究者提供的鲁棒证据表明遗传的DNA本身与表观遗传指令共同调节了后代中的基因表达。此外,Nicola Iovino的实验室提供的新见解首次描述了这种遗传信息的生物学结果。研究证实母亲的表观遗传记忆对于新一代的发育和生存至关重要。

世代间的表观遗传:我们所遗传的不仅是基因
credit: 煎蛋画师Chon

人类有250中不同类型的细胞。它们都以相同的顺序包含相同的DNA基础,但肝脏或者神经细胞看起来十分与众不同,具有不同的技能。产生这种差异的是一种叫表观遗传的过程。表观遗传修饰给DNA的特定区域打上标签,使其吸引或者排斥激活基因的蛋白质。由此,这些修饰一步一步地为每种细胞创建典型的激活和抑制DNA序列模式。此外,不同于DNA中固定顺序的“字母”,表观遗传印记可以在生命过程中随着环境或生活方式而变化。例如,吸烟会改变肝脏细胞的表观遗传构成,最终引发癌症。其他诸如压力、疾病或者饮食等外界刺激的影响也会存储在细胞的表观遗传记忆之中。

长久以来大家都认为这些表观遗传修饰不会跨越世代的界限。科学家们假定生命中积累的表观遗传记忆在精子和卵细胞的发育中完全清除了。但不久前少部分研究表明表观遗传印记确实会传递到下一代中,但如何做到的,以及什么东西会影响后代中含有的表观遗传修饰尚不清楚,在科学界掀起了波澜。新研究通讯作者Nicola Iovino说道:“从上世纪九十年代表观遗传学的兴起以来,我们发现了表观遗传信息的代际传承标志。例如,流行病学研究揭示了祖父食物供应与孙子的高糖尿病和心血管疾病风险之间的惊人关联。从此以后,大量的报道表明不同生命体中都存在表观遗传的继承,但其中的分子机制尚属未知。”

世代间的表观遗传

他和他的团队利用果蝇探索表观遗传修饰是如何从母亲传递到胚胎的。团队重点放在名为H3K27me3的特定修饰,这在人类中也能找到。这会改变所谓的核染色质,即细胞核中的DNA包装,并主要与抑制基因表达有关。

研究者发现在母亲的卵细胞中标记核染色质DNA的H3K27me3修饰在受精后的胚胎中仍然存在,即使其他的表观遗传印记都被抹去了。研究第一作者Fides Zenk解释道: “这表明母亲将她的表观遗传印记传递给了她的后代。但我们也想知道,这些印记是否会对胚胎做出什么重要的事情。”

继承的表观遗传印记对于胚胎发育至关重要

于是研究者利用果蝇中的多种基因工具移除了放置H3K27me3的酶,发现在发育早期缺乏H3K27me3的胚胎无法发育到胚胎发育的后期。Nicola Iovino说道:“事实证实在繁殖中,表观遗传信息不仅从一代遗传到另一代,而且对于胚胎本身的发育也尤为重要。”
当他们对胚胎进行仔细检查时,研究团队发现如果没有H3K27me3,在胚胎发育早期几种通常关闭的发育基因被打开了。Fides Zenk 解释道:“我们假定在发育中太早激活这些基因扰乱了胚胎生长,并最终导致胚胎死亡。看起来继承表观遗传信息对于处理和正确转录胚胎的基因编码是必须的。”

这一理论的影响

这一研究是重要的进步,清楚表明了继承的表观遗传信息的生物学影响。这一研究不仅提供了果蝇中表观遗传修饰能被传递到下一世代的证据,而且进一步揭示了传承自母亲的表观遗传印记是精心调制后的机制,能够控制胚胎发育早期复杂过程中的基因激活。

研究团队认为他们的发现具有深远的影响。Nicola Iovino解释道:“我们的研究表明我们从父母那里不只是继承了基因。看起来我们还得到了精心调制的重要基因调节机构,会受到环境和个体生活方式的影响。这些新见解能为在某些情况下获得的环境适应性能通过生殖细胞系传递给后代的这种观测提供基础。”进一步的,由于表观遗传机制的破坏可能引发癌症、糖尿病和自体免疫失调等疾病,这些新发现对人类健康也有影响。

相关阅读:环境在我们出生前就诱发了过敏(与表观遗传相关)

论文原文: DOI: 10.1126/science.aam5339

本文译自 medicalxpress,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 23+1

  1. 圣无限卡
    @6 months ago
    3524879

    勇夺第一名

  2. 3524884

    看到这张图我想到一个问题:是穷困潦倒苟且的活到100岁,还是潇潇洒洒挥金如土的活70岁
    70岁太多了算60岁好了。100岁也有家庭孩子 但是非常穷!!60岁也有家庭孩子 但是巨有钱! 为了更爽的生活品质你们会放弃剩下的40年嘛。反正我TMD别说60岁了50岁我都值!!

  3. skyline
    @6 months ago
    3524887

    这篇通俗易懂,不错。我以前一直想不明白关于DNA在传承下一代时清空一切的猜想,因为现实中,相貌、身形甚至一些习惯,我都能看到后辈与长辈的相似之处。

  4. 3524893

    求精简回复一条,这个看着晕

  5. 墓后煮屎者
    @6 months ago
    3524898

    表观遗传:相当于在同样的基因上添加了一个开关。
    如:同样遗传了喜欢吃糖基因,但是
    喜欢吃糖遗传(关闭)
    喜欢吃糖遗传(打开)
    喜欢吃糖遗传(出生时关闭,被女朋友强迫天天吃糖后打开)

  6. 3524900

    @sqc:
    生活充满不确定因素,所以呢大多数人都想多续一秒是一秒。
    简单来说,如果你选择了50岁死亡,由现在开始爽过一段时间之后,就无限想要续命。

    吐个槽而已,我有必要这么认真吗。

  7. 3524919

    @:
    郭嘉不也是?先吃死你的一切,然后开始为自己续命,因为你已经斗不过它了。
    所以假如要和它玩,必须最快最大化地让它提前需要续命,尽力把它的生命压制到尽可能低甚至0,你才能和它平等谈判,现在就看各位官员是想生存还是想做个清官让敌人生存了。

  8. 3524940

    每个人都从父母那里分别继承了一本写满生命奥义的菜谱,根据这份菜谱大全,我们可以烹饪出满汉全席。
    一开始,我们认为这菜谱里的字符(DNA)就包含了全部信息。但是这不能解释为什么同样一套菜谱,送到面点师傅手里就做出馒头,送到红案师傅手里就做出焖肘子,所以发现了表观遗传学用以解释不同器官都拥有一套DNA却发挥不用作用。也就是说,不同分工厨子在得到菜谱大全时,上面的章节被白纸粘盖起来了,面点师傅只看得到怎么做面点,炖肉的师傅只看得到怎么炖肉,这就是表观遗传学。
    这篇文章说的是,原本科学家以为每个人生命之初从父母那里得到的菜谱大全里面是没有任何白纸覆盖遮挡的。但是现在有证据显示父母那本遮盖了哪道菜,孩子那里竟然也遮住了,具体什么机制,尚不清楚。
    举个例子说,就算父母那本书里明确写着佛跳墙这道菜(你拥有这个基因),但他们不会烧,你也不会烧(基因不表达)。

  9. 直立行走猪
    @6 months ago
    3524942

    @sqc: 那是因为你现在又年轻又穷,如果你有钱又老了就会想宁可穷困潦倒也要多活40年。

  10. 3524953

    @直立行走猪: 年轻倒是真的 穷也不穷看和谁比了,和王思聪比还是穷鬼。家里也有车,不过也不是ABB。所以我真的很想要那种50岁挂的生活。 顺便回复 @然 到时候我自己也不想续命 续命做什么,我付出了我的生命得到了我需要的。就算我挂了也是活该。就像我玩狼人杀时候一直说的一句话:为自己的行为买单!

  11. sarcophile
    @6 months ago
    3524967

    两大倒霉蛋,一是小鼠,二是果蝇

  12. 粉骨碎龙
    @6 months ago
    3524983

    由图可知脑子是稀缺资源,分了一点就不多了。。

  13. 3524991

    这项研究、这个概念肯定没问题,但文章没说清一件事:到底啥是表观遗传。

    如果说吸烟、压力、疾病、饮食引发的基因改变就算表观遗传,那辐射为什么不算?辐射也算的话,人类早就太空育种了呀,还何须二次证明。

  14. 3525010

    @a 基因改变分序列改变和信息遮盖,举个例子,金瓶梅中关键情节描写时的一串方块就属于DNA改变。
    彩票上涂在谢谢惠顾上的灰漆就是表观遗传学。

  15. 3525053

    简单说吧,DNA里的遗传信息类似于“乐谱”,表观遗传学机制类似于“指挥”。
    抓鸡点不开原文,但我估计应该还是H3组蛋白上某个K氨基酸的甲基化修饰。至于染色体甲基化修饰在受精卵早期发育过程中的影响,展开会有很大篇幅……

  16. 俱舍莲帝
    @6 months ago
    3525146

    @UU: 一看你就没当过领导,居然指望群众看书?你只能举下三路的例子给中学生看。。。

  17. 上次什么名字
    @6 months ago
    3525157

    我觉得首先是基因的遗传,然后是细菌真菌的遗传,然后是表现(生活习惯)的遗传,还有想法、思想的遗传,排名可能不完全准确

  18. 3525188

    @UU: 那太空育种与表观遗传有关吗

  19. 3525216

    @a都有关系,太空育种甚至可以大段大段的剪切DNA,这在地上是不可能实现的。

  20. 3525273

    @sqc: 像爽,直接嗑药呀。反正你也不在乎能不能多活几年。

  21. protons
    @6 months ago
    3525408

    鲁棒是个什么?

  22. 3525561

    基因遗传和表观遗传是这样的:基因是硬件,而表观基因组是软件,软件不能改变硬件,但能控制硬件,即控制基因如何转录。比如说同卵双生的双胞胎,DNA序列完全相同,但会出现一个孩子有病,另一个健康的情况。表观遗传的特点是会受到外界环境和生存状态的影响,比如母亲压力很大,就会导致后代容易暴饮暴食。
    这篇文章说的,是表观遗传的基因组印记会从父母遗传给后代,而不仅仅是每代独立产生的。其实好几年前就有不少相关文章,再说个煎蛋比较感兴趣的吧,哈哈。
    生物上对同性恋的成因并不清楚,但现在有一些研究表明同性恋是表观遗传的。父母的表观遗传印记epi-marks会传递给后代,而有些印记和性取向有关,当母亲把“爱好男”的印记遗传给儿子,父亲把“爱好女”的印记遗传给女儿的时候,就会使得后代会被同性吸引。
    好了,我再拓展一下,意大利帕多瓦大学曾经做过一个统计研究,发现男同性恋的母亲的后代数量多于男异性恋母亲的后代数量。综合前面的研究,我们可以推测,这种“爱好男”的表观印记,1,会让女性倾向有更多的后代。2,会让男性倾向变成同性恋。而这,或许可以从生物进化上,去解释为什么同性恋这种表面上完全不利于物种繁殖的性状会普遍存在。
    这种性取向的表观印记,其实就像基因的性别对抗性选择一样,它在男性和女性之间来回遗传,对一种性别是有利的,该性别后代就会比较多,对另一种性别是不利的,后代会比较少,本质上是两性之间的一种竞争。比如胡须浓密,对男性就是不错的遗传性状,但到了女性那里就会被嫌弃;再比如红色头发ginger的遗传性状,对男性来说糟糕透顶,但到了女性那里就超级火辣。这些遗传性状的背后,是两性在不断角力。

  23. boooooooo、
    @6 months ago
    3526288

    是不是因为后辈在先天遗传本来就与前辈基因相似
    然后后天又根前辈在一起生活 更顺利的激发了那些基因??
    而并不是遗传来的?

    比如春哥和曾哥造了个人 一定是脾气暴躁 一射一大壶的样子
    但如果把这个人从一生下来就带到平和的环境里 那也显不出春哥或者曾哥的样子了

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