蛋白质组学

基因遗传的第二通道

基因遗传的第二通道
 
    研究结果表明,基因组还以另一种方式被组织起来,这种方式给人们提出了一个问题,即重要的基因是怎样遗传的。我们的DNA上镶嵌着数以百万计的蛋白质和其他分子,他们决定着哪些基因能产生副本,哪些则不能。新细胞继承了这些分子和DNA,换句话说,遗传可流经第二个通道。
 
    第二通道的最突出的粒子就是一种叫做柳穿鱼的普通花卉。大多数柳穿鱼植物以镜面对称的方式长有白色花瓣,但是,某些柳穿鱼则长有黄色的五角星。柳穿鱼将这两种花的形式传递给它们的后代。然而,它们花朵之间的差异并不归结为它们DNA中的差异。
 
    相反,这种差异应归结为附着于它们DNA的顶端(cap)模式。这些顶端由碳和氢组成,被称为甲基族。星形柳穿鱼在一个与花朵发育相关的基因上具有一种独特的顶端模式。
 
    DNA不只是被甲基族覆盖,还被轴样的蛋白―――组蛋白缠绕着,组蛋白能解开DNA的一股,从而使细胞不能从它制作副本。悬挂在DNA上所有这些分子,统称为表观遗传标记,它们对于细胞形成身体内的最终形式是必不可少的。当一个胚胎成熟时,不同细胞内的表观遗传标记被改变,导致它们发育成不同的组织。一旦表观遗传标记的最终模式被确定,它就会死死地粘附于细胞。当细胞分裂时,它们的后代就会带有同样的一套标记。哈佛大学的布拉德利・伯恩斯坦说:“它们能帮助细胞记住哪些基因要保留,哪些基因从来不被打开。”
 
    相较于基因组,科学家们对这种“表观基因组”知之甚少。2008年9月,美国国立卫生研究院启动了一项1.9亿美元的计划,着手绘制不同组织内DNA上的表观遗传标记。康奈尔大学的埃里克・理查兹说:“从现在开始,我们就可以将基因之外的所有这些变化进行图表化。”
 
    这项研究也许能对癌症及其他疾病的起源提供线索。长久以来,人们已经了解到,当DNA发生变异时,细胞很容易发生癌变。最近的一些研究表明,当表观遗传标记被干扰时,细胞也会更容易发生癌变,因为那些至关重要的基因被关闭了,而那些应当被关闭的基因却被打开了。使这两种变化变得尤为危险的是,它们还能通过细胞传递给它的所有后代。
 
    胚胎开始发育时,已经累积了父母双方DNA的表观遗传标记被剥离。当细胞成为胚胎时,它们增添了一套新的表观遗传标记,该标记与父母拥有的标记具有相同的模式。
 
    这个过程事实上非常微妙。如果一个胚胎受到某种类型的压力,它就可能无法确定正确的表观遗传标记。譬如,1944年,荷兰遭遇了残酷的饥荒。荷兰莱顿大学的科学家最近对60名在那段时间里受孕的人进行了研究。2008年10月,研究人员报告说,这些研究对象至今具有的表观遗传标记仍比他们的兄弟姐妹要少。研究人员得出的结论是,在1944年的饥荒中,孕妇无法给她们的孩子提供表观遗传标记的原材料。
 
    至少在某些情况下,这些新的表观遗传标记可流传给后代。科学家们正在讨论这种情况发生的频次。将在今年《生物学季度》上发表的一篇论文中,以色列特拉维夫大学的伊娃・雅布隆斯基和盖尔・拉兹列举了101个案例,这些案例表明与表观遗传标记改变相关的性状可以传承三代。
 
    华盛顿大学的马修・艾姆威和他的同事发现,将怀孕的大鼠暴露于可杀死真菌的一种化学品中,可破坏雄性胚胎精子中的表观遗传标记。由这种胚胎发育成的成年大鼠就会患上精子缺陷症或是其他疾病,譬如癌症。雄性将其已改变的表观遗传标记传给自己的下一代,下一代又将这些标记传给自己的后代。
 
    2007年,艾姆威和他的同事甚至记录到了更为令人惊讶的化学影响。在子宫内曾暴露于化学品环境的雌鼠会避免与那些曾暴露于化学品环境的雄鼠进行交配。科学家们发现,这种偏好将持续至少三代。
 
    当这些实验的结果被一一揭开时,这些代代相传的变化到底有多重要引起了科学家们的分歧。


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