揭开胚胎发育之谜—新闻—科学网

 
作者:程唯珈 来源:中国科学报 发布时间:2018/7/30 10:20:21
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揭开胚胎发育之谜

刘江(中)团队合影

 

■本报见习记者 程唯珈

DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰。以高等动物为例,个体从受精卵发育成成体的过程中,DNA甲基化图谱都是动态变化的,会调控不同的细胞往不同的方向分化。因此,建立DNA甲基化图谱对理解生殖细胞形成和胚胎发育至关重要。

在基金委“细胞编程和重编程的表观遗传机制”重大研究计划中,中国科学院北京基因组研究所刘江课题组以斑马鱼为模型,发现了子代选择性继承父本而抛弃母本的DNA甲基化图谱,从而揭开从受精卵到个体发育之谜。

传统观点中,人们认为早期胚胎发育主要由卵子决定,精子只提供一套DNA序列,不提供其他信息。为确切了解表观遗传信息的传递,刘江团队选取了与人类基因类似度高达85%的斑马鱼为实验对象,共测量斑马鱼卵子、精子、6个早期胚胎和精囊共9个时期的全基因组DNA甲基化序列,并利用品系间的单核苷酸多态性(SNPs)来区分DNA来源于父源还是母源。

研究发现,斑马鱼受精后,子代继承父源DNA的甲基化图谱,而母源DNA的甲基化图谱被抛弃,并重新编程变成精子的甲基化图谱。进一步功能分析发现,斑马鱼子代胚胎继承父代的甲基化图谱可以调控基因的时序表达,从而指导胚胎的早期发育。

该研究首次证明除DNA序列外,DNA甲基化图谱也可以被完整地遗传到子代中,这意味着在调控动物发育、表型甚至疾病等方面,表观遗传信息的变异可能和遗传信息的变异一样起重要作用。

而哺乳动物受精后,早期胚胎需要对来自父本与母本的表观遗传信息进行全基因重编程才能完成早期发育,进而发育成完整个体。受精后,需要父源DNA和母源DNA具有一样的甲基化图谱,但哺乳动物使用了与斑马鱼完全不同的机制。

2014年,刘江课题组与南京大学模式动物研究所黄行许课题组合作,发现在哺乳动物早期发育过程中,作为表观遗传新标志物的5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)在父源与母源基因组中均存在。并且,基因组的DNA去甲基化并不是由5-甲基胞嘧啶(5mC)氧化产物介导的被动稀释而实现的,因此无论父源还是母源DNA都存在主动去甲基化的方式。

此项发现改写了关于哺乳动物早期胚胎发育过程中,5mC的氧化产物只存在父源基因组中,且母源基因组通过被动稀释去甲基化的认识。

通过对哺乳动物和鱼类的进化比较,刘江等人推测哺乳动物全基因组特异的去甲基化过程为印记基因的产生提供了可能,从而使胎盘类生殖方式的哺乳动物得以进化出来。换言之,表观遗传重新编程方式的进化,可能是产生胎盘生殖方式哺乳动物的重要一环。

研究人员认为,这些发现丰富了我们对表观遗传信息网络起源与进化的认识,使我国在早期胚胎发育表观遗传修饰重编程研究中处于国际领先水平。

《中国科学报》 (2018-07-30 第4版 基金)
 
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