父亲基因组消除:研究一种奇怪的生殖策略

今年早些时候,BMC编辑约瑟夫·哈桑(Joseph Hasan)参加了德克萨斯州奥斯汀的分子生物学与进化学会(SMBE)年会。他的有趣讨论之一是与爱丁堡大学罗斯实验室的博士生Stevie Anne Bain。Stevie目前正在研究父母基因组消除(PGE),这是一种独特的基因组印记。约瑟夫邀请她谈论她的研究和发现。

基因组印记是一种现象,其中基因的表达取决于其父母的起源,因此据说表达是原始的父母特异性。这个过程独立于孟德尔的继承定律,这意味着,尽管您收到两个基因的副本,一个来自每个父母的副本,但其中一份是根据父母的来历而受到青睐的。

人们普遍认为这种现象是哺乳动物和开花植物独有的,在过去的几十年中,它已经对其进行了广泛的研究。

然而,基因组印记在节肢动物中至少独立进化了7次,这是一组包括昆虫的无脊椎动物。

我的博士学位可以说是基因组印记最惊人的病例之一:废除父亲基因组消除(PGE)。在几种昆虫物种中发现了这一过程citri)。

在雄性伴随着父亲的遗传信息中,在大多数组织中,他们从父亲那里得到的遗传信息被凝结成一个沉默的状态。此外,雄性不会将亲子遗传的基因包装到产生的精子中。

因此,尽管从受精卵中发育并从父母双方接受基因,但雄性仅表达其基因组的一半,这些基因组从母亲那里继承下来,并且只能将母体亲密的基因传播到其后代。

PGE似乎受到与哺乳动物印记相似的表观遗传机制的调节

从进化的角度来看,个人的适应性是通过将基因传递给子孙后代的能力来衡量的,因此我们的研究小组对PGE这样的生殖策略如何在这些物种中演变并持续存在感兴趣。

表观遗传学的作用

我的研究重点是了解如何确定基因的父母来源以及如何在男性中进行沉默和消除过程。

有趣的是,PGE似乎受到与哺乳动物印记,即DNA甲基化和组蛋白修饰相似的表观遗传机制的调节。这些DNA修饰不会改变DNA序列本身,而是改变其处理方式,例如,某些表观遗传修饰可能会使DNA凝结DNA,从而阻止蛋白质表达。

但是,最近对许多昆虫物种的工作表明,表观遗传机制在不同的分类学组之间的工作方式存在差异。一个关键的例子是DNA甲基化,尽管它与哺乳动物的沉默有关,但它不存在或与昆虫中的高表达相关。

为了更好地了解PGE的基础机制,我正在分析斑lylybug中的DNA甲基化模式,以确定基因上的模式是否取决于其父母的起源,即从爸爸遗传的基因是否具有不同的DNA甲基化水平与从妈妈继承的基因水平不同?这应该提供一些有关如何确定遗传信息的父母来源的深入了解。我还正在研究组蛋白修饰在男性中发生的沉默和消除过程中的作用。

了解父亲基因组消除的运作方式将为表观遗传工具箱提供一般见解。父母特定的基因表达在包括人类在内的哺乳动物的早期发展中起着重要作用,我们的研究提供了开发一个无脊椎动物模型系统,用于研究科学界目前无法使用的父母源性效应。

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