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但如果僅僅只是DNA序列的遺傳，難以解釋為什么一個受精卵細(xì)胞可以發(fā)育成一個包含多種不同細(xì)胞、組織和器官的復(fù)雜生命個體。 最近20年的研究發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳信息通過有序地開啟和關(guān)閉基因的表達(dá)來調(diào)控生物體的生長、發(fā)育和分化，其中DNA甲基化（5甲級胞嘧啶）是最重要的表觀遺傳信息之一。但目前人們對DNA甲基化圖譜能否從親代傳遞到子代以及DNA甲基化信息在早期胚胎發(fā)育中的調(diào)控作用了解甚少。傳統(tǒng)理論認(rèn)為在子代發(fā)育過程中父代和母代的DNA甲基化信息在受精后幾乎都被去除，而無法遺傳，這種學(xué)說一直缺乏高分辨率全基因組水平甲基化圖譜的直接證據(jù)。 近日，中國科學(xué)院北京基因組研究所劉江研究員和他的研究團(tuán)隊(duì)在表觀遺傳信息遺傳規(guī)律的研究方面取得了重大突破。該團(tuán)隊(duì)以斑馬魚為模型，發(fā)現(xiàn)了子代選擇性地繼承父代而拋棄母代的DNA甲基化圖譜，這一理論有助于揭開從受精卵到個體發(fā)育的奧秘，相關(guān)研究成果被國際學(xué)術(shù)期刊Cell（《細(xì)胞》）于5月9日以封面文章的形式特別報(bào)道。 斑馬魚與人類的基因相似度高達(dá)85%，幼魚胚體透明,是公認(rèn)的研究脊椎動物發(fā)育的模式生物。研究團(tuán)隊(duì)精確繪制了單堿基分辨率的斑馬魚卵子、精子、6個早期胚胎和精囊共9個全基因組的DNA甲基化圖譜。通過海量數(shù)據(jù)分析和深度數(shù)據(jù)挖掘發(fā)現(xiàn)了斑馬魚精子和卵子甲基化圖譜差別巨大，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)（如下圖所示）： 1.斑馬魚受精后，父源DNA一直保持著精子的甲基化譜圖； 2.母源DNA在16細(xì)胞期之前，一直保持卵子的甲基化圖譜；然后卵子的甲基化圖譜作為一個整體被拋棄，并重新編程，當(dāng)胚胎發(fā)育到囊胚期（midblastula）時，母源DNA也轉(zhuǎn)變成了精子的甲基化圖譜； 3.精子甲基化圖譜的信息指導(dǎo)早期胚胎發(fā)育。  此研究闡明了斑馬魚子代早期胚胎完全繼承精子的甲基化圖譜。之后斑馬魚以精子甲基化圖譜為基礎(chǔ)進(jìn)行細(xì)微重編程，此重編程僅限于局部區(qū)域的甲基化變化，從而分化出不同細(xì)胞、器官等。研究說明在斑馬魚中除了DNA可以從親代傳遞到子代外，精子的DNA甲基化圖譜也可以被遺傳到子代中，并用于指導(dǎo)胚胎早期發(fā)育。 此研究結(jié)果顛覆了傳統(tǒng)上認(rèn)為早期胚胎發(fā)育主要是由卵子決定的觀念。過去人們發(fā)現(xiàn)卵子的體積很大、富含蛋白質(zhì)和RNA，而精子的體積很小、幾乎僅能攜帶一半的DNA，因此推斷認(rèn)為決定早期發(fā)育的信息幾乎都在卵子中。而此研究證明了DNA甲基化的圖譜是來源于精子的。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，剔除細(xì)胞核的卵子加入精子細(xì)胞核（孤雄實(shí)驗(yàn)）能產(chǎn)生胚胎的發(fā)育，但如果不加入精子的細(xì)胞核僅有卵子的細(xì)胞核或再加入一個卵子的細(xì)胞核，無論如何刺激卵子都無法啟動胚胎的發(fā)育（孤雌實(shí)驗(yàn)），這些結(jié)果也進(jìn)一步證明了精子中攜帶的信息在胚胎發(fā)育中不可缺少的作用。 該研究成果證明除了DNA序列之外，DNA甲基化圖譜也可以被遺傳。這個結(jié)果填補(bǔ)了表觀信息遺傳理論的空白，將為干細(xì)胞及其轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。 參與本研究的還有共同通訊作者慈維敏副研究員，并列第一作者蔣嵐、張靖、王京京等人員。 此研究得到了中科院干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金委重大研究方向細(xì)胞重編程項(xiàng)目和科技部“973”項(xiàng)目的資助。 論文鏈接：http://www./abstract/S0092-8674(13)00517-5 |
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