科学家们展示表观遗传记忆在多代生物体之间的传递

它可以解释一个人的健康和发展如何受到他或她的父母和祖父母经历的影响。

该研究于9月26日那一周发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，重点关注一种组蛋白的特殊修饰，它改变了DNA在染色体上的“包装”方式。这种被广泛研究的表观遗传标记（称为H3K27me3）被认为可以关闭或“压制”受影响的基因。它存在于所有多细胞动物中--从人类到这项研究中使用的秀丽隐杆线虫（C. elegans）。

通讯作者Susan Strome说：“这些结果在精子传递的组蛋白标记和基因表达以及子代和孙代的发展之间建立了因果关系。”她是加州大学圣克鲁兹分校分子、细胞和发育生物学的名誉教授。

组蛋白是参与在染色体中包装DNA的主要蛋白质。被称为H3K27me3的表观遗传标记是指组蛋白H3中某个氨基酸的甲基化。这导致DNA被更密集地包装，使该区域的基因不易被激活。

在最近的工作中，这种组蛋白标记被有选择地从秀丽隐杆线虫精子的染色体上剥离，然后用来使具有完全标记的染色体的卵子受精。在产生的后代中，科学家们观察到了异常的基因表达模式，父系染色体上的基因（从精子中继承）在没有压制性表观遗传标记的情况下被打开或“上调”。

这导致组织打开了它们通常不会表达的基因。例如，生殖系统组织（产生卵子和精子）开启了通常在神经元中表达的基因。

Strome说：“在我们分析的所有组织中，基因都是异常表达的，但是在不同的组织中，不同的基因被打开了，这表明组织背景决定了哪些基因被上调。”

对后代种系组织中的染色体的分析表明，上调的基因仍然缺乏抑制性组蛋白标记，而未上调的基因上的标记已经恢复。

Strome解释说：“在后代的种系中，一些基因被反常地开启并保持在缺乏压制性标记的状态，而基因组的其他部分则重新获得了标记，并且这种模式被传递给了孙子。我们推测，如果这种DNA包装模式在生殖系中得到维持，它就有可能传给无数代人。”

在祖代中，研究人员观察到一系列的发育效果，包括一些完全不育的蠕虫。这种混合的结果是由于染色体在产生精子和卵子的细胞分裂过程中如何分布，导致许多不同的染色体组合可以传递给下一代。

Strome实验室的研究人员多年来一直在研究优雅动物的表观遗传，她说这篇论文代表了他们在该领域工作的顶峰。她指出，其他研究哺乳动物细胞培养的科学家已经报告了与她的实验室在蠕虫中的发现非常相似的结果，尽管这些研究没有显示出跨多代的传递。

她说：“这看起来是动物中基因表达和发育的一个保守特征，而不仅仅是一个奇怪的蠕虫特有的现象。我们可以在优雅动物中做惊人的遗传实验，这在人类中是做不到的，我们在蠕虫中的实验结果可以对其他生物体产生广泛影响。”