大约 15 年前,科学家们一致认为,性状不仅可以通过 DNA 从父母那里遗传。一项新的研究表明,表观遗传特征可以代代相传——“从祖父母传给孙辈”。
具有活跃和失活 H3K27me3 表观遗传标记的线虫胚胎
来自加利福尼亚大学圣克鲁斯分校(美国)的科学家们发现了 DNA 分子之外的生物特征和特征的传递机制。事实证明,遗传信息不仅可以从父母那里转移,还可以从祖父母那里转移,生物学家在《美国国家科学院院刊》杂志上写道。
人们在古代就注意到了后代与父母的相似之处,但直到 19 世纪,僧侣生物学家格雷戈尔·孟德尔和贵族伊姆雷·费斯特里克对为什么会发生这种情况给出了科学解释。基因形式的遗传特征被编码在代代相传的 DNA 和 RNA 分子中。基因本身通常不会在生物体的一生中发生变化,而产生新一代变异的原因是祖先的基因(不仅是直接的,而且更远的)在有性生殖过程中像一副纸牌一样被洗牌。
长期以来,科学家们认为基因是传递遗传信息的唯一机制。也就是说,在 DNA 和 RNA 之外,不会发生性状遗传。这意味着身体在生命中获得的那些特征和特性不能传递给它的孩子。然而,到了 20 世纪末,生物学家发现情况并非如此:性状的传递仍然存在表观遗传通道。他的工作本质是:在各种活体因素的影响下(例如,严重的压力),DNA和RNA各个部分的“激活水平”发生了变化。正因为如此,相同的遗传密码可以为父母和孩子产生不同的结果。
来自加利福尼亚大学的美国生物学家使用土壤线虫(秀丽隐杆线虫)研究了一种这样的机制。在H3K27me3表观遗传标记的影响下,DNA分子密集排列,使得一些基因难以激活。科学家们从带有完全标记基因的线虫精子和受精卵的染色体上去除了这个标记,以确定这会导致什么变化。
正如生物学家所预料的那样,没有 H3K27me3,通常不活跃的基因在后代中被激活。这导致了各种影响,直至某些蠕虫不育。但最有趣的是,一些基因比必要的更早被激活——就在胚胎组织中,而通常它们应该在已经形成的神经元中开始。这种获得的基因激活模式一直传递给后代。
根据该研究的作者之一苏珊·斯特罗姆(Susan Strome)的说法,生殖系中的任何表观遗传变化都可能持续数代。这看起来不像线虫的一些奇怪特征,而是像一种保守的表观遗传机制,这是包括人类在内的一般动物的特征。
因此,一个人的发展会受到他祖先的生活环境的影响——不仅直接影响他的父母,也影响祖父母。然而,目前还不可能在人类身上检验这一假设:禁止涉及人类的基因实验。