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北京生科院孫中生研究組發表獲得性表型跨代遺傳評述文章
發表日期: 2017-02-24 來源: 科研教育處
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  2017220日,國際著名學術期刊Biological Reviews在线发表了中國科學院北京生命科学研究院基因组和表观基因组研究组孙中生团队题为“Lamarck rises from his grave: parental environment-induced epigenetic inheritance in model organisms and humans”的評述論文。該論文系統全面地總結了表觀調控機制參與獲得性表型跨代遺傳的最新研究進展。 

  二十世紀遺傳學研究的主流觀點“中心法則”認爲,DNA是遺傳信息的攜帶者,生物性狀是由DNA序列決定的。與之不同,獲得性遺傳理論認爲,生命體在應對環境改變時可産生生理和行爲的改變,並能傳遞給後代。自拉馬克提出著名的獲得性遺傳理論以來,環境因素是否可通過表觀遺傳方式傳遞獲得性表型引發了持續的關注和討論。表觀遺傳調控,主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾和多種非編碼RNAs,可在不改變DNA序列情況下調控基因表達,參與多種環境因素對生理或行爲的調控。現在越來越多的表觀遺傳學研究表明,祖先或父母輩生活環境或方式的改變,如營養缺乏或失衡、養育行爲、社會壓力或恐懼等,可在塑造子代或子孫表型特質中發揮作用。目前,在免疫系統(線蟲)、壽命(線蟲)、生殖系統(線蟲)謝系統(線蟲、果蠅、齧齒類和人類)、情緒和精神方面(齧齒類)等多個領域,已發現表觀調控機制參與獲得性表型跨代傳遞的證據。在此基礎上,該课题组系统全面地总结了线虫、果蝇、斑马鱼、齧齒類和人类在多种环境因素下获得的继代、多代和世代遗传证据,对获得性表型跨代遗传进行了全面评述。該評述詳細地討論了在特定環境因素下,獲得性性狀通過DNA甲基化、組蛋白修飾、siRNAmiRNAspiRNAtRNA碎片等特定的表觀遺傳調控方式由生殖細胞傳遞給後代的具體機制。 

  本評述文章中作者明確指出獲得性表型跨代遺傳領域存在的許多問題。例如,祖輩或父輩所處的環境因素如何特異性影響生殖細胞的表觀基因組;生殖細胞的表觀基因組又如何抵抗發育中的重編程過程,進而特異性地指導特定的表觀遺傳標記在子代特定組織的建立。針對這些問題,作者提出兩種相應地解決方式。一是,在全基因組水平、單個細胞(如精子或卵子)分辨率上進行精准的表觀調控檢測,同時能針對發育敏感期和特定的表觀遺傳調控方式對試驗動物進行操作,將有助于發現和鑒定出獲得性表型跨代遺傳的特定表觀遺傳標記。二是,鑒于表觀遺傳圖譜在各物種間的多樣性,在無脊椎動物中發現的跨代遺傳分子機制是否在哺乳類動物中也具有同等重要的作用還需進一步的研究。 

  再訪獲得性遺傳理論,使我們認識到組成生命現象的DNA并非一层不变,而是日复一日与生存环境、生活方式和习惯发生着密切交流。这种影响不仅会造成我们生理功能的多种变化,还有可能会对后代的生理和心理健康烙下印迹。因此,对获得性表型跨代遗传的表观调控机制进行全面概述和深度討論有助于理解基因-環境互作如何塑造機體生理功能,這將會對人類健康以及理解生物適應和進化産生廣泛而長期的影響。 

  該工作由中科院北京生科院孫中生研究團隊的副研究員王彥主要完成並得到國家科技部973項目和公益性行業科研專項的資助。

       論文鏈接

 

在齧齒類动物中,父辈或祖先经历多种环境因素变化可使新获得的性状在继代、多代和世代间传递,多种表观调控方式參與了獲得性性狀跨代遺傳的調控

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