一般来说,DNA里存的信息能让生物发育、干活,还能把特征一代代传下去。但光靠DNA,也说不清基因在不同细胞和环境里是怎么被打开或关掉的。这种调控有一部分是受别的因素管着的,叫表观遗传学,比如DNA甲基化——就是一种化学修饰,能在不改动遗传密码本身的情况下,影响基因的活跃程度。
不同动物的表观遗传重置
在哺乳动物里,大部分表观遗传信息在受精(就是精子和卵子结合那会儿)之后就被抹掉了,这样一来,后天得来的表观遗传状态就不会大范围传给下一代。不过,这种重置机制在无脊椎动物里好像没有,比如蠕虫、珊瑚、海葵这些,或者海胆。
给海葵做甲基化实验
在这项发表于《自然·生态与进化》杂志的研究中,科学家动手去掉了海葵(Nematostella vectensis)的DNA甲基化,想看看这些表观遗传模式被破坏后会怎样。没想到吧,动物居然发育得挺正常,尽管它们失去了大部分DNA甲基化。去掉甲基化,没让基因调控出啥大乱子,主要是把那些藏着的“跳跃基因”或“自私基因”给放了出来——这些基因原本躲在活跃基因里头。要是没人管,这些基因寄生虫就会钻进重要基因和调控区域里,可能破坏正常发育,搞得基因组不稳定。
表观遗传变化能传好几代
伦敦玛丽女王大学进化表观基因组学方向的高级讲师亚历克斯·德·门多萨博士解释说:“因为这些动物不像哺乳动物那样,在受精后会把表观遗传标记大范围地重置一遍,所以有些异常的甲基化状态就留在了后代身上。这些传下去的表观遗传变化,让下一代基因的开关方式变了样。这就证明了,在动物身上,实验搞出来的表观遗传变异是能传给下一代的。”
DNA甲基化的远古角色
这些发现表明,动物DNA甲基化的原始作用主要不是用来调节基因表达,而是保护活跃基因免受破坏性跳跃基因的影响。在哺乳动物中,这一相同的分子系统后来被用来执行多种功能,包括调节发育以及让雌性两条X染色体中的一条失活。因此,这项研究让我们能初步了解重要调控系统的进化起源。
表观遗传变异是进化的燃料
此外,这项工作还揭示了不完整的表观遗传重置,怎么让可遗传变异不用改变基因就能传好几代,给进化变化提供了潜在素材。这项研究还说明,更古老的基因调控系统是怎么一代代传递信息的。
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