卵子主导早期胚胎发育观念被颠覆

日期:2013-05-14 来源:医学教育网
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中国科学院北京基因组研究所研究员刘江率领的研究团队以斑马鱼为模型,研究发现子代选择性地继承父代而抛弃母代的DNA甲基化图谱,并证明除DNA序列之外,DNA甲基化图谱也可被遗传。这一发现填补了表观信息遗传理论的空白,并从根本上颠覆了早期胚胎发育由卵子主导的传统观念。生命科学研究已经证实,DNA序列稳定的遗传,使物种得以延续。但从理论上分析,如果仅有DNA序列的遗传,难以解释为什么一个受精卵细胞可以发

中国科学院北京基因组研究所研究员刘江率领的研究团队以斑马鱼为模型,研究发现子代选择性地继承父代而抛弃母代的DNA甲基化图谱,并证明除DNA序列之外,DNA甲基化图谱也可被遗传。这一发现填补了表观信息遗传理论的空白,并从根本上颠覆了早期胚胎发育由卵子主导的传统观念。生命科学研究已经证实,DNA序列稳定的遗传,使物种得以延续。但从理论上分析,如果仅有DNA序列的遗传,难以解释为什么一个受精卵细胞可以发育成一个包含多种不同细胞、组织和器官的复杂生命个体。此外,表观遗传信息通过有序地开启和关闭基因的表达来调控生物体的生长、发育和分化,其中DNA甲基化是最重要的表观遗传信息之一。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,无法遗传。然而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。

斑马鱼与人类的基因相似度高达85%,幼鱼胚体透明,是公认的研究脊椎动物发育的模式生物。在此次研究中,中科院北京基因组研究所研究团队精确绘制了单碱基分辨率的斑马鱼卵子、精子、6个早期胚胎和精囊共9个全基因组的DNA甲基化图谱。他们通过海量数据分析和深度数据挖掘发现:斑马鱼受精后,父源DNA一直保持着精子的甲基化谱图;母源DNA在16细胞期前,一直保持卵子的甲基化图谱,此后,卵子的甲基化图谱作为一个整体被抛弃,并重新编程,当胚胎发育到囊胚期时,母源DNA也转变成了精子的甲基化图谱;精子甲基化图谱的信息指导早期胚胎发育。

研究人员表示,过去人们认为早期发育的信息几乎都在卵子中。而此研究证明DNA甲基化的图谱来源于精子。此外,进一步实验发现,剔除细胞核的卵子加入精子细胞核能产生胚胎的发育,但如果不加入精子的细胞核仅有卵子的细胞核或再加入一个卵子的细胞核,无论如何刺激卵子都无法启动胚胎的发育,进一步证明了精子携带的信息在胚胎发育中起到不可缺少的作用。

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