遺傳學 · global
孟德爾之外,老鼠研究揭開表觀遺傳的隱形傳家路徑
一項三代小鼠研究顯示,DNA上的甲基化標記有時會以不合經典遺傳規則的方式流動,甚至在親代未見時於子代出現,為環境、發育與遺傳之間的關係留下更深的問號。
一百多年來,孟德爾的豌豆實驗替遺傳學打下簡潔而有力的骨架:親代把基因版本傳給子代,顯性與隱性決定許多性狀如何浮現。但生命從來不只照著一張基因序列表運作。最新小鼠研究提醒科學家,附著在DNA上的化學標記,也可能把某些「記憶」帶進下一代,而且走的路徑未必符合教科書裡的分離與組合規則。
這項由約翰霍普金斯大學與德州農工大學等團隊參與的研究,發表於《Nature Genetics》。研究人員追蹤三代小鼠的基因組與DNA甲基化狀態;甲基化是一類常見表觀遺傳修飾,能影響基因是否較容易被啟動或沉默,卻不改變DNA字母本身。
研究涵蓋第一代26隻、第二代34隻與第三代19隻小鼠,並分析非性染色體上的多種遺傳性甲基化模式。結果顯示,在所檢視的表觀遺傳傳遞模式中,約7%不符合孟德爾式預期;團隊共辨認出522個這類案例,其中還包括54個罕見的「新生」事件,也就是親代沒有相同甲基化標記,子代卻出現了。
這並不表示孟德爾定律被推翻。更準確地說,基因序列的遺傳規則仍是遺傳學核心,但在序列之上,細胞還有一層可調節基因活動的化學語法。過去科學家已知道基因印記會讓某些等位基因依父源或母源而表現不同;這次研究則提出更多印記案例,也顯示還有一些甲基化傳遞方式難以直接回溯到父母任一方。
研究中最引人注目的線索,是團隊在Capn11基因附近觀察到一種稱為「參數突變」的現象:一個等位基因上的甲基化狀態,似乎能影響另一個等位基因也取得相似標記。這類現象曾在植物與果蠅中被描述,但這項研究被報導為哺乳動物中首個自然發生的例子。Capn11與正常精子發育有關,人類對應基因的變異也曾與不孕和精子相關疾病連結,不過目前這項小鼠發現不能直接外推成人類疾病機制。
技術上,研究團隊使用長讀長DNA定序,同時解析較大片段的基因差異與甲基化位置。這比一般短讀長方法更費工,卻有助於分辨某個標記究竟落在哪一條等位基因上,也讓研究人員能把基因組與表觀基因組放在同一張圖上比較。
這項研究的意義,在於把「遺傳」從單一DNA序列擴展成更立體的問題:有些可遺傳差異,可能來自基因字母之外的分子標記;而飲食、壓力、創傷或其他環境因素是否能透過這些標記影響後代,仍需要更嚴格的實驗與人類資料驗證。現階段,它提供的是一個強而有趣的哺乳動物模型,而不是對人類家族疾病或生活方式風險的簡單答案。