来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/1/15 13:05:50
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《科学》:父亲的饮食同样影响后代健康
 
 
近年来,不断的有研究表明,除了DNA之外,父亲的饮食结构、压力水平等表观性状都能影响后代的新陈代谢。研究者仍在不断的探索父代的代谢变化以及生理环境对子代的影响。来自中科院的研究人员发表在Science上的最新研究成果揭示,精子tsRNA(tRNA-derived small RNAs)可为一种表观遗传信息的载体,将高脂诱导的父代代谢紊乱表型传递给子代。该研究从精子RNA角度为研究获得性性状的跨代遗传现象开拓了全新的领域,同时也提示,RNA片段或许同样可以从另一个方向发挥作用,通过保持健康的饮食结构影响后代的健康,改变“上梁不正下梁歪”的不健康状态。
 
研究背景:精子tsRNA可能作为父源表观遗传信息载体
 
已有证据表明,上一代在环境压力下产生的某些获得性性状可以“记忆”在配子中并遗传给下一代。随着人类生活环境和生活/饮食习惯的巨大改变,这种获得性遗传形式对人类繁衍及子孙健康具有深远的影响。这种获得性性状的跨代遗传涉及DNA序列之外的表观遗传信息在配子中的存储及传递。
 
动物所科学家于2012年在哺乳动物成熟精子中首次发现tsRNAs可作为一种父源信息在受精时进入卵子。2014年,他们又发现tsRNAs可通过序列上的核酸修饰维持其稳定性,且在机体应激等情况下发生敏感变化,故推测tsRNAs及其RNA修饰可能作为一种表观遗传信息的载体,将环境诱导的获得性性状经配子(精子)传递到子代。
 
研究结果:精子tsRNA促进获得性代谢紊乱的跨代遗传
 
在本研究中,研究组首先将高脂饮食诱导的肥胖小鼠的精子总RNA注射进正常的受精卵,发现其出生的子代小鼠在正常饮食下也会出现类似于父代肥胖小鼠的糖代谢紊乱,这提示肥胖小鼠精子RNA中携带有传递父代获得性性状的表观遗传信息。这促使科学家对tsRNA表达谱和RNA修饰谱进行分析,结果发现它们在父代肥胖小鼠模型中精子中均发生了显著的变化。
 
 
图1 小鼠精子细胞的DNA和RNA同样影响后代的代谢
 
在进一步研究中,研究人员分离肥胖小鼠精子中的tsRNA 片段并注射到正常受精卵内,发现tsRNA能象总RNA一样诱导子代代谢紊乱,而注射其它片段的精子RNA则不能引发代谢紊乱。这些证据提示精子tsRNAs对介导获得性性状的跨带传递是至关重要的。
 
此外还发现,注射肥胖小鼠精子tsRNA的早期胚胎以及后代小鼠胰岛的转录组发生了明显变化,变化基因集中在代谢通路上;但这些变化与基因CpG岛的DNA甲基化程度并不相关,提示精子tsRNA的作用并非通过调节DNA甲基化来实现。
 
研究方法:单细胞测序成为研究热点
 
本研究中的一大亮点是在胚胎8细胞时期和囊胚时期进行了单细胞测序,发现众多差异表达的基因,它们可能对下游造成了严重的影响,导致F1代胰岛中基因表达的重编码,最终造成代谢紊乱。信号通路分析揭示这些差异表达的基因具有调节多样化细胞事件的功能(如:细胞凋亡、自噬,氧化压力,葡萄糖摄入等)。
 
 
图2 单细胞测序发掘胚胎发育早期差异表达基因
 
该研究工作由国内单细胞测序技术领导者的安诺基因合作完成,安诺基因早在2015年初,便在国内首家推出单细胞测序技术整体解决方案,经过不断升级,现已丰富至三大组学、五个高端产品,涵盖单细胞基因组测序、单细胞转录组测序、单细胞甲基化测序、单细胞Hi-C测序以及最新的单细胞基因组与转录组平行测序(G&T-Seq),这些技术能够有针对性并准确服务于不同的研究策略和实验目的,随着基础研究的深入,单细胞测序将助力癌症、生殖发育、神经科学、免疫等研究领域不断取得新的突破。
 
研究意义:开拓获得性性状跨代遗传研究新领域
 
本研究证实精子tsRNAs可以作为一种父代表观遗传的因素,并可以调节饮食诱导代谢紊乱的跨代遗传,从精子RNA角度为研究获得性性状的跨代遗传现象开拓了全新的领域。另外,正如原作者Qi Chen所述,RNA的影响并不一定都是有害的,如果不健康的饮食可以影响后代健康,那么健康的饮食同样可以,通过调整饮食结构或许可以改善后代的健康。
 
Science同时发表了题为Are you inheriting more than genes from your father? 的专题点评。

单细胞多组学研究解决方案:http://pic.biodiscover.com/annoroad 
 

 

 
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2016/1/15 17:26:20 wumusheng
挑 战 书 挑战中国科学院南京地质古生物研究、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国地质大学、牛津大学:生物学系、地球科学系 挑战内容:以《解开地球历史之谜》为命题挑战以上单位。见新浪微博网址:http://t.cn/R40GbWG
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