Nature遗传学:不良饮食习惯祸延子孙

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2016年3月16日 来源:生物通

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  表观遗传学修饰能在不改变DNA序列的情况下调控基因的表达。三月十四日的三月十四日Nature Genetics杂志发表的一项研究证实,父母的行为会通过表观遗传影响孩子的健康。科学家们发现,虽然不良饮食习惯没有引入基因突变,但它的健康影响能通过卵子和精子延续到下一代。

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生物通报道:近年来越来越多的证据表明,特定的获得性性状可以遗传给下一代。不过,获得性性状的遗传仍然存在争议,因为人们还不了解这一现象背后的确切分子机制。

表观遗传学修饰可以在不改变DNA序列的情况下调控基因的活性,对于人类发育、人类疾病和环境影响有深远的意义,是生命科学领域最近的一大研究热点。不少生物学研究表明,个体的表观遗传学改变都可以传递到下一代。

三月十四日的三月十四日Nature Genetics杂志发表的一项研究证实,父母的行为会通过表观遗传影响孩子的健康。科学家们发现,虽然不良饮食习惯没有引入基因突变,但它的健康影响能通过卵子和精子延续到下一代。

德国科学家Peter Huypens及其同事将遗传背景相同的小鼠分为三组,在六周时间内给它们分别提供高脂、低脂和正常饮食。可想而知,高脂饮食的小鼠越来越胖,并且表现出葡萄糖耐受不良(二型糖尿病的早期表现)。

研究人员收集这些小鼠的卵子和精子进行体外授精(IVF),并将IVF胚胎移植到健康母鼠体内。他们通过这种方式排除了包括微生物组在内的各种混淆因素,IVF小鼠表现出的性状或行为只可能来自于卵子和精子。

研究人员在IVF小鼠成年后为其提供高脂饮食。他们发现,父母都胖的小鼠更容易增重和葡萄糖耐受不良,父母都瘦的小鼠体重增加得最少。也就是说,父母不良饮食对后代的健康影响是可以叠加的。

这项研究显示,IVF小鼠之间还存在性别差异。在父母肥胖的情况下,雌性IVF小鼠更容易增重,而雄性IVF小鼠更容易葡萄糖耐受不良。此外,与父亲的饮食习惯相比,母亲的饮食习惯对孩子的代谢影响更大。此前的一些人类流行病研究也发现了类似的现象。

那么,这些性状究竟是如何传递下去的呢?目前人们提出的表观遗传机制主要有两个:DNA甲基化和microRNA。DNA甲基化是最常见的一种表观遗传学修饰,广泛参与了细胞对基因表达的控制,在细胞生长、细胞分化、细胞增殖和疾病状态中起到了关键性的作用。MicroRNA是长约22nt的非编码RNA,广泛存在于从病毒到人类的各种生物中。这些小RNA能够与mRNA结合阻断蛋白编码基因的表达,防止它们翻译成为蛋白。

研究人员就这两种途径展开了研究。他们发现,肥胖小鼠和健康小鼠的甲基化模式和RNA转录本的确存在差异,但还不清楚这些差异是否就是IVF后代受到影响的原因。

自然界所有父母们都能将自己的DNA留给后代,然而父母对孩子的影响远远不止于此,比如表观遗传、妊娠和分娩、母乳喂养以及育儿过程。正是这些超越基因的馈赠让孩子们得以健康成长,应对这个世界上的各种挑战。Science杂志之前推出的育儿特刊通过一系列文章向人们指出,养孩子已经不只是为孩子提供食物、住所、保护和教育,广义上的育儿实际上从受孕之前就已经开始。(更多详细信息参见:Science好父母养成攻略:超越基因的馈赠

2014年中科院孙青原研究组曾在PNAS杂志上发表文章指出,父亲的糖尿病前期症状影响了后代的表观遗传学修饰,这样的影响能遗传好几代。研究人员构建了不涉及基因的小鼠糖尿病前期模型。他们发现,父本的前期糖尿病会通过精子的表观遗传学改变,提高后代对糖尿病的敏感性。如果小鼠具有糖尿病前期的症状,其后代会出现葡萄糖耐受不良和胰岛素抵抗。这项研究不仅为获得性性状的遗传提供了分子基础,还揭示了肥胖症、二型糖尿病和其他慢性代谢疾病如此普遍的原因。(更多详细信息参见:中科院孙青原研究组PNAS解析糖尿病的跨代遗传

2015年Science杂志发表的两篇文章表明,父亲的饮食会影响精子中的小tRNA片段(tsRNA),实现获得性代谢紊乱的跨代遗传。近年来人们逐渐意识到,男性能通过多种途径对自己的后代产生影响,比如精子表观基因组、微生物组转移和精液信号传导。这两项研究相辅相成地展示了父亲饮食对精子RNA的重要影响,这种影响能改变后代的基因调控,引起相应的代谢紊乱。(更多信息请参见:两篇Science:父亲饮食会通过精子RNA影响后代

生物通编辑:叶予

生物通推荐原文:Epigenetic germline inheritance of diet-induced obesity and insulin resistance

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