大师级女科学家两篇Science文章解析非传统遗传

　　

生物通报道：出生于法国的Catherine Dulac是一位杰出的脑科学领域科学家，她在哺乳动物嗅觉信号分子机制方面获得了重要的突破，而且这位女科学家还发展了一种全新的筛选技术，以及一种从单个神经元中克隆基因的新方法。近期Dulac研究组接连在Science杂志上发表文章，解析小鼠大脑亲源等位基因。

除了传统的遗传模式以外，生命体还存在一些其他的机制，这些机制涉及到了遗传学结构，并且与一些遗传性疾病相关。染色体亲源效应（Parent-of-Origin effect）就是一种不遵从孟德尔定律的依靠单亲传递某些遗传学性状的现象，这种存在于染色体的许多区域的非传统遗传与早期发育的生长和行为有关，也有一些与肿瘤和癌症的发展相关。由于亲源效应的影响，某些基因呈亲源依赖性的单等位基因表达，其另一等位基因不表达或表达极弱，仿佛这些基因的不同亲本来源的一对等位基因上带有某种可供识别的印迹。

在新的研究中，研究人员通过对小鼠胚胎和成年小鼠大脑进行的研究表明，约四分之一的大脑区域为印迹基因表达热点，这些区域与进食、交配、疼痛感、社交及动机性行为相关。同时研究人员也发现母系大脑遗传基因在大脑发育阶段优先表达，而在成人阶段，情况则发生了根本的转变，父系基因将起决定性的作用。

研究人员利用全基因组测序的方法对小鼠大脑进行分析，结果发现已知的与小鼠大脑相关的1300多个基因，在不同阶段会表现出对父系和母系基因的不同偏好。研究人员还对一些罕见的大脑遗传性疾病进行了分析，发现在童年期，某些特定的母系和父系基因会发生冲突。有研究表明，胎儿发育过程中存在母系父系基因竞争现象。在胎儿发育时期，父系基因具有促进胎儿对母系基因需求的作用，并会导致胎儿过度生长，而母系基因在此阶段的作用与父系基因相反。

父系和母系基因在大脑发育及成年后的不同时期，基因表达具有高度动态调节特性，且父系和母系基因对不同大脑区域的影响也与人们此前的预料有很大的区别。这项研究不仅有助于认识到父系和母系基因在子代不同发育成长阶段的不同影响和作用，也能帮助科学家们理解亲源基因之间的竞争关系。

Catherine Dulac在嗅觉研究方面曾获得了重要的研究突破，发表在Science上的文章：“Charting Olfactory Maps”总结归纳了这方面的成果，Dulac认为不同的物种会使用不同的感应方式去了解世界。噬齿动物主要应用生化信息素调节性行为，而灵长类动物及人类则更多地偏重于视觉特征。

这一研究组之前曾通过基因敲除方法揭示出雌鼠大脑与雄鼠大脑一样具有调节性行为的环路，这一发表在Nature上的文章挑战了通常认为的动物性行为主要是由性激素调节的理论。

在小鼠中，信息素检测是由犁鼻器和主要的嗅觉上皮细胞来执行的。而一种叫做TRPC2的基因对小鼠犁鼻器感应生化信息素则起到关键作用。该基因编码的Trpc2是一种在犁鼻器神经元中特异性表达的离子通道，对犁鼻器感觉传到至关重要。缺少Trpc2的雄性小鼠的性别判断能力和雄性之间的好斗特征被削弱。

研究人员应用基因工程技术敲除了雌性小鼠体内的TRPC2基因。结果发现，缺少该基因的雌性小鼠喜爱爬上雄性小鼠身体，骨盆耸动，并且发出类似雄性小鼠求偶时发出的声音。直到一个月后，这些雌性小鼠仍旧狂热地追求雄性小鼠。当研究人员用手术方法将成年小鼠的犁鼻器切除后，这些小鼠也表现出了相同的行为特征，并且这种手术不干扰发情周期和性激素水平。这些发现意味着，犁鼻器介导的激素输入在野生型雌性小鼠中能移植雄性行为并且刺激雌性行为。而且，这些发现还暗示出，与雄性特异性行为有关的功能性神经元环路也存在于正常的雌性小鼠大脑中。

（生物通：万纹）

原文摘要：

High-Resolution Analysis of Parent-of-Origin Allelic Expression in the Mouse Brain
Genomic imprinting results in preferential expression of the paternal or maternal allele of certain genes. We have performed a genome-wide characterization of imprinting in the mouse embryonic and adult brain. This approach uncovered parent-of-origin allelic effects in over 1300 loci. We identified parental bias in the expression of individual genes and of specific transcript isoforms, with differences between brain regions. Many imprinted genes are expressed in neural systems associated with feeding and motivated behaviors, and parental biases preferentially target genetic pathways governing metabolism and cell adhesion. We observed a preferential maternal contribution to gene expression in the developing brain and a major paternal contribution in the adult brain. Thus, parental expression bias emerges as a major mode of epigenetic regulation in the brain.