Cell：精子的表观遗传学信息也会影响子代胚胎发育

小丫

一般认为胚胎早期发育过程中，精子仅仅提供DNA遗传信息，其它方面主要由卵细胞决定，然而最新一期（5月10日）Cell杂志上接连公布了两项研究成果，指出精子的表观遗传学信息也会影响子代胚胎发育，这颠覆了传统上认为早期胚胎发育主要是由卵子决定的观念，也对于发育生物学和癌症生物学具有重要的意义。
( V9 h5 z* I5 K7 a随着研究的深入，科学家发现DNA序列不是唯一的遗传信息，除了基因组DNA外，还有大量遗传学信息调控着基因的表达，称之为表观遗传信息。通过组蛋白氨基末端残基的翻译后修饰对染色体结构和基因转录进行调控，是目前表观遗传学研究领域的重要部分。
传统理论认为在子代 发育过程中父代和母代的DNA甲基化信息在受精后几乎都被去除，而无法遗传，这种学说一直缺乏高分辨率全基因组水平甲基化图谱的直接证据。
" n0 x, u5 I9 m8 J/ z2 q; n在第一篇文章中，研究人员采用斑马鱼作为研究模型，证明了父母基因组中的表观遗传信息在受精后，将会对子代胚胎发育产生重要的影响。
研究人员利用高通量测序平台完成了斑马鱼多个发育阶段单碱基高分辨率的DNA甲基化图谱的绘制。斑马鱼与人类的基因相似度高达85%。研究团队共测量了斑马鱼卵子、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，产生了约1200G的数据，发现了斑马鱼子代胚胎选择性地继承精子DNA甲基化图谱。
) Q% `  Z6 E. A3 C/ F7 l* W/ {这一研究阐明了斑马鱼子代早期胚胎完全继承精子的甲基化图谱。之后斑马鱼以精子甲基化图谱为基础进行细微重编程，此重编程仅限于局部区域的甲基化变化，从而分化出不同细胞、器官等。研究说明在斑马鱼中除了DNA可以从亲代传递到子代外，精子的DNA甲基化图谱也可以被遗传到子代中，并用于指导胚胎早期发育。
第二篇文章则解释了DNA甲基化事件在哺乳动物中的显着差异：父源基因在受精之时已预编程至胚胎所需状态，而母源基因则处于另一种状态，还必须进行重编程才能与之相匹配。
8 a7 u/ B# W9 w7 x研究人员利用高通量基因测序，全面且精确地分析了斑马鱼基因组的DNA甲基化模式。结果发现即将分化的胚胎期甲基化模式与精子细胞一致。与之相反，卵细胞的模式最初是完全不同的，但经过一组惊人的改变后，变得与精子DNA的模式完全匹配。这一研究工作表明卵细胞DNA经过这一广泛的重编程，才为分化过程做好准备。
这项研究证实当父亲的遗传物质被除去之时，目前的基因组仍然能将自身重塑至正确状态，而母源基因在经历DNA甲基化重编程后，成为了决定胚胎发育最重要的位点。例如许多的hox基因决定了身体图式（body plan）以及造血过程中的细胞分化，它们在母源遗传物质中甲基化，在父源遗传物质中去甲基化，并且都存在于胚胎中。
. `& _9 b( I; t: {- V- q' }! A7 l/ u此外关于精子的调控机制，近期来自生物物理所的研究人员报道了在秀丽线虫的精子成熟过程中，生殖道上皮细胞分泌的微量元素Zn2+作为内源性活化因子依赖于SPE-8信号通路促进精子的成熟。
1 k4 m% e: A; T- t/ D6 n这一研究显示雄性精子与雌雄同体精子的胞内Zn2+分布格局截然不同，这些差异可能是雄性精子在精子竞争占优势的物质基础。
相关阅读：
% o' j% |# M2 \# T  r! U: }# F! `. _Cell：中国科学家揭示精子对遗传使命的新贡献
0 s( L8 d! I/ J! s# ~- nCell：超越DNA的遗传与编程

原文检索：
# B- b9 V7 F% k
1 X! Y- Y' o- dJamie A. Hackett, M. Azim Surani. Beyond DNA: Programming and Inheritance of Parental Methylomes. Cell, 9 May 2013; DOI: 10.1016/j.cell.2013.04.044