【第6期 · 抽奖送书】我们为何生而不同?

作者: 于文强

来源: 科学世界

发布日期: 2019-07-01 17:45:51

本文探讨了新生命如何从父母那里继承遗传物质,并在此基础上形成独特的个体特征。文章详细介绍了表观遗传学的概念,特别是DNA甲基化的过程及其在胚胎发育中的作用,解释了为什么即使是同卵双胞胎也会有差异。文章还提到,每个新生命都会经历一个全基因组DNA甲基化的去除再恢复的过程,以形成独特的甲基化谱系,从而造就独一无二的新生命。

我们为何生而不同?

撰文/于文强

新生命究竟“新”在哪里?“龙生龙,凤生凤,老鼠的儿子会打洞”,这种说法承载了亲代与子代间生物学行为和社会学行为的延续。然而,作为一个新生命,我们总想知道自己到底与父母有哪些不同,这些不同又是如何形成的?

生命有一个共同的特征,那就是必须有一段特定的遗传序列。它们是由腺嘌呤、胸腺嘧啶(或尿嘧啶)、胞嘧啶和鸟嘌呤这4种碱基组成的DNA或RNA序列。

如果说遗传序列就是生命,这并不准确,如恐龙、猛犸象等诸多生命早已灭绝,尽管人们仍在努力通过基因扩增技术尝试获得它们的DNA序列,但至今未获成功。同样,当生命个体死亡后,其DNA序列由于自身的稳定性,还会存在很长一段时间,这只能说明序列具有存续性,但并不代表生命现象的持续存在。

如果说序列不代表生命,那生命又是什么?

生命的另一个特征是有序地变化。

我们既不会返老还童,也不会永葆青春,而是以一定的规律在有序地变化着。人类每个体细胞中的46条染色体均是一半来自父亲,另一半来自母亲,由此构成一个“新人”。然而,我们的兄弟姐妹也同样继承了父母各一半的遗传物质,跟他们比起来,怎么理解我们是“新”的?尤其是同卵双胞胎,虽然他们的遗传物质相同,但还是有这样或那样的不同,形似而神不似。这些用遗传学理论很难解释的现象,用表观遗传学的理念则可迎刃而解。

表观遗传推动着生命的有序变化

简单来讲,表观遗传就是不依赖于DNA序列的遗传,它包括几个各自独立又相互关联的方面,如DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA的调控。所谓DNA甲基化,是指DNA序列上特定的碱基在DNA甲基转移酶的催化作用下,以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)作为甲基供体,通过共价键结合的方式获得一个甲基基团的化学修饰过程。

人体的DNA甲基化一般发生在碱基中的胞嘧啶上,对其进行检测和功能研究是表观遗传学的重要核心内容。利用DNA甲基化抗体进行免疫荧光检测发现,在胚胎发育早期,全基因组DNA甲基化明显减少,父原核(来源于精子的遗传物质)的DNA甲基化最先去除,在4细胞期,DNA甲基化仅剩下为数不多的荧光斑点,这种低甲基化状态一直维持到囊胚期,当胚胎在子宫着床后,DNA甲基化得以迅速恢复。

研究发现,在后代遗传过程中,有的基因只表达父亲来源的,而有的基因只表达母亲来源的。这种只表达父亲或母亲一方来源的基因称为印记基因,而这种现象称为基因组印记。

事实上,胚胎细胞的DNA甲基化并不需要全部去除,大约会保留20%。这一点非常重要,至少目前认为,印记基因DNA甲基化必须受到特殊保护并确保不被去除,因为印记基因保证了某些基因分别从父源或母源表达,而这些DNA甲基化对维持印记基因表达调控具有重要作用。

我们不禁要问,为什么生殖细胞在发育过程中要经历一个全基因组DNA甲基化的去除再恢复的过程?一个较为经典的解释就是,每个新生命必须将父母的表观遗传特征全部去除,然后在此基础上形成生命个体独特的甲基化谱系,进而造就独一无二的新生命。这种解释看似合理,其实还需要大量实验佐证。

每个独立的生命从父母那里继承了许多共同的东西,并且将它们遗传下去,这其中既包含了一般遗传学的特性,也包含了表观遗传学的特征,它们共同记录了父母和祖辈的生活轨迹。鉴于一般遗传与表观遗传间存在相互作用和关联,来源于父母的遗传物质会相互影响,进而改变特定位点表观遗传状态,从而使我们有的地方像母亲多一点,有的地方像父亲多一点。

新的生命,新的起点。我们不仅想知道新生命“新”在哪里,更想知道为什么是“新”的,以及如何完成“新的征程”,那就从这本《超越双螺旋:神奇的表观遗传密码》开始吧!

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