19世纪初,生物进化的先驱拉马克提出了著名的拉马克学说,拉马克学说有两个著名的原则,就是“用进废退”和“获得性遗传”。前者指经常使用的器官就发达,不用会退化,比如长颈鹿的长脖子就是它经常吃高处的树叶的结果。后者指后天获得的新性状有可能遗传下去,如脖子长的长颈鹿,其后代的脖子一般也长。
1859年,达尔文出版了著名的《物种起源》,进化论被广泛接纳,也意味着拉马克学说的衰落。
然而,近年来精子介导的获得性表型跨代遗传成为新的研究热点,似乎拉马克学说中的“获得性遗传”再次回到了现代生物学的舞台。
‘I’m back’,says Lamarck’s giraffe.
4月25日,中国科学院动物研究所段恩奎/张莹研究组和周琪研究组,与美国 University of Nevada, Reno 的 Qi Chen 实验室以及德国 German Cancer Research Center 的 Frank Lyko 实验室合作,在 Nature Cell Biology 杂志发表题为:Dnmt2 mediates intergenerational transmission of paternally acquired metabolic disorders through sperm small non-coding RNAs的研究论文,该研究揭示了 RNA 甲基化转移酶 Dnmt2 在精子 RNA 介导的获得性代谢疾病跨代遗传中的重要作用。
精子介导的获得性表型跨代遗传领域的核心观点是配子可以利用DNA序列之外的表观遗传信息载体(DNA甲基化、组蛋白修饰,RNA 等)将获得性性状传递给下一代。尤其是近年来关于哺乳动物精子 RNA 在此过程中的作用为这个领域注入了新的活力。
2016年1月,段恩奎、翟琦巍、周琪等课题组合作在 Science 杂志发表题为:Sperm tsRNAs contribute to intergenerational inheritance of an acquired metabolic disorder研究论文,该研究高脂饲喂诱导的父代肥胖小鼠模型,发现一类成熟精子中高度富集的小RNA(tsRNAs)可作为一种表观遗传信息的载体,将高脂诱导的父代代谢紊乱表型遗传给子代。
最开始通过将高脂饮食诱导的肥胖小鼠的精子头部部分(Sperm Heads)注射进正常的受精卵,发现子代小鼠在正常饮食下也会出现类似于父代肥胖小鼠的表型,比如肥胖、葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗。研究人员推测这类获得性性状的传递可能和精子细胞中的小RNA变化有关。
此次 Nature Cell Biology 的工作,合作团队是在上述 Science 工作的基础上进一步发现,RNA 甲基化转移酶 Dnmt2 对塑造精子 RNA 的“编码指纹 (coding signature)”具有重要的作用。Dnmt2 缺失破坏了由精子 RNA 序列和 RNA 修饰共同组成的精子RNA “编码指纹”,使之不能将父代高脂诱导的获得性性状传递给子代。文章还发现 Dnmt2 介导的 RNA 修饰能够改变 tsRNA 的结构和功能,为研究精子 RNAs 的作用机制打开了新思路。也从 RNA 修饰的角度进一步强调了精子 RNA 携带的父代获得性表观遗传信息的复杂调控。
引用文献:
Chen Qi, et al. Sperm tsRNAs contribute to intergenerational inheritance of an acquired metabolic disorder. Science, 2016
Zhang Yunfang, et al. Dnmt2 mediates intergenerational transmission of paternally acquired metabolic disorders through sperm small non-coding RNAs. Nature cell biology , 2018
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