已发现表观调控机制参与获得性表型跨代传递的证据

2 月 20
日,国际学术期刊《生物学评论》在线发表了中国科学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
的评述论文。该论文系统全面地总结了表观调控机制参与获得性表型跨代遗传的最新研究进展。

二十世纪遗传学研究的主流观点“中心法则”认为,DNA
是遗传信息的携带者,生物性状是由 DNA
序列决定的。与之不同,“获得性遗传理论”认为,生命体在应对环境改变时可产生生理和行为的改变,并能传递给后代。自拉马克提出着名的“获得性遗传理论”以来,环境因素是否可通过表观遗传方式传递获得性表型引发了持续的关注和讨论。表观遗传调控,主要包括
DNA 甲基化、组蛋白修饰和多种非编码 RNAs 等,可在不改变 DNA
序列情况下调控基因表达,参与多种环境因素对生理或行为的调控。现在越来越多的表观遗传学研究表明,祖先或父母辈生活环境或方式的改变,如营养缺乏或失衡、养育行为、社会压力或恐惧等,可在塑造子代或子孙表型特质中发挥作用。目前,在免疫系统、代谢系统、情绪和精神方面等多个领域,已发现表观调控机制参与获得性表型跨代传递的证据。在此基础上,该课题组系统全面地总结了线虫、果蝇、斑马鱼、啮齿类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。该评述详细地讨论了在特定环境因素下,获得性性状通过
DNA 甲基化、组蛋白修饰、siRNA、miRNAs、piRNA、tRNA
碎片等特定的表观遗传调控方式由生殖细胞传递给后代的具体机制。

该评述文章中作者明确指出获得性表型跨代遗传领域存在的许多问题。例如,祖辈或父辈所处的环境因素如何特异性影响生殖细胞的表观基因组;生殖细胞的表观基因组又如何抵抗发育中的重编程过程,进而特异性地指导特定的表观遗传标记在子代特定组织的建立。针对这些问题,作者提出两种相应的解决方式。一是,在全基因组水平、单个细胞分辨率上进行精准的表观调控检测,同时能针对发育敏感期和特定的表观遗传调控方式对试验动物进行操作,将有助于发现和鉴定出获得性表型跨代遗传的特定表观遗传标记。二是,鉴于表观遗传图谱在各物种间的多样性,在无脊椎动物中发现的跨代遗传分子机制是否在哺乳类动物中也具有同等重要的作用还需进一步的研究。

再访“获得性遗传”理论,使研究者认识到组成生命现象的 DNA

并非一成不变,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人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讨论有助于理解基因

环境互作如何塑造机体生理功能,这将会对人类健康以及理解生物适应和进化产生广泛而长期的影响。

图片 1

在啮齿类动物中,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,多种表观调控方式参与了获得性性状跨代遗传的调控

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