當(dāng)一個生物體生長并適應(yīng)環(huán)境時,，其細(xì)胞中的基因不斷地開關(guān),，在不同的細(xì)胞中有不同的基因表達(dá)模式。但是基因的表達(dá)變化能從父母傳給子女和后代嗎,？雖然這一現(xiàn)象的間接證據(jù),，稱為“跨代表觀遺傳”，正在增加,，但它仍然有爭議,，因?yàn)楸澈蟮臋C(jī)制太神秘。

現(xiàn)在,，加州大學(xué)圣克魯斯分校的研究人員已經(jīng)證明,，父母精子染色體攜帶的表觀遺傳信息可以引起后代基因表達(dá)和發(fā)育變化。他們的研究發(fā)表在3月20日的Nature Communications上,，包括一系列線蟲模型的清晰實(shí)驗(yàn),。

表觀遺傳的改變不會改變基因的DNA序列，而是涉及到對染色體中組蛋白或DNA的化學(xué)修飾,。這些修飾或“標(biāo)記”改變基因表達(dá),，打開或關(guān)閉基因。

在他們對線蟲的實(shí)驗(yàn)中,，加州大學(xué)圣克魯斯分校Susan Strome實(shí)驗(yàn)室的研究人員專注于組蛋白修飾,、組蛋白尾部特定氨基酸的修飾。Strome是分子,、細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)教授，他說這項(xiàng)新研究解決了表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的一個核心問題,。

“這是一個非常直接的問題：精子染色體中組裝DNA的組蛋白修飾改變會影響后代的基因表達(dá)嗎,？答案是會影響的，”她說,。

文章第一作者Kiyomi Kaneshiro是Strome實(shí)驗(yàn)室的研究生,，他主導(dǎo)了這項(xiàng)研究,，他說線蟲是研究這個問題的一個很好的模型，因?yàn)榻M蛋白修飾完全保留在線蟲的精子染色體中,。在人類和其他哺乳動物中,，組蛋白修飾僅部分保留在精子中。

“關(guān)于組蛋白修飾在人類體內(nèi)保留了多少仍存在爭議,，但我們知道它被保留在基因組的一些重要的發(fā)育區(qū)域,，”Kaneshiro說。

研究人員關(guān)注父系的表觀遺傳,，因?yàn)槿旧w是精子對胚胎的主要貢獻(xiàn),。相反，卵內(nèi)含有許多其他可能影響胚胎發(fā)育的成分,，這使得很難梳理出母系的表觀遺傳效應(yīng),。

在她的實(shí)驗(yàn)中，Kaneshiro選擇性地從精子染色體上去除了一個特定的組蛋白修飾,，然后用修改過的精子使卵子受精,，并研究了由此產(chǎn)生的后代。一個關(guān)鍵的創(chuàng)新是使用兩種不同的線蟲品系的精子和卵,，這使得Kaneshiro能夠區(qū)分從精子遺傳的染色體和從卵遺傳的染色體,。她選擇了來自英國和夏威夷的線蟲，這些線蟲獨(dú)立進(jìn)化的時間足以積累許多小的遺傳差異（稱為單核苷酸多態(tài)性）,。

“父本是英國的,，母本是夏威夷的，它們之間有足夠的差異,，我們可以區(qū)分它們后代細(xì)胞中的兩個親本基因組,，”Kaneshiro說?！巴ㄟ^這個雜交系統(tǒng),，我們能夠看到精子染色體組蛋白修飾變化所引起的基因表達(dá)差異?！?/span>

此外,，這些基因表達(dá)的變化也會對發(fā)育產(chǎn)生影響。隨著組蛋白修飾的去除,，精子染色體失去了一種抑制性信號,，這種信號通常會阻止某些基因在后代生殖細(xì)胞（產(chǎn)生卵子和精子的細(xì)胞）中的活性。Kaneshiro觀察到后代的生殖細(xì)胞啟動神經(jīng)元基因并開始發(fā)育成神經(jīng)元,。

在這些實(shí)驗(yàn)中去除的特殊組蛋白修飾是一種廣泛研究的表觀遺傳標(biāo)記,，在從線蟲到果蠅到人類的動物身上都有發(fā)現(xiàn)?！斑@個標(biāo)記在人類精子染色體保留的組蛋白上也有被發(fā)現(xiàn),，”Kaneshiro說,。

新發(fā)現(xiàn)表明，遺傳獲得的表觀遺傳標(biāo)記影響基因表達(dá)和發(fā)育,。但這項(xiàng)研究涉及到人為地改變精子染色體上的標(biāo)記,。有待理解的是，環(huán)境對一個成年有機(jī)體的影響如何改變其生殖細(xì)胞的表觀遺傳,，使這些環(huán)境影響可能傳播到下一代,。

“我們的研究發(fā)現(xiàn)組蛋白修飾可能是跨代表觀遺傳的載體，”Kaneshiro說,?！拔覀冎溃矬w所經(jīng)歷的環(huán)境可以改變體細(xì)胞（非生殖細(xì)胞）的基因表達(dá)模式,。如果它改變了生殖細(xì)胞中的基因表達(dá)模式,，我們期望這些變化可以被遺傳，但我們還沒有證明這一點(diǎn),?！?/span>