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两篇Science共同证实:除了DNA,精子RNA同样影响后代健康

2016/01/05 来源:生物探索
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导读
2015年12月3日,《Cell Metabolism》发表一篇文章,证实男性的体重会影响精子的表观遗传学,从而将父亲的饮食信息传递给后代,甚至于影响后代的肥胖几率。12月31日,Science连发表两篇文章,进一步证实雄性老鼠的饮食习惯以RNA片段的形式通过精子传递给后代老鼠。


2015年12月3日,《Cell Metabolism》期刊在线发表了一篇文章,证实男性的体重会影响精子的表观遗传学,从而将父亲的饮食信息传递给后代,甚至于影响后代的肥胖几率。紧接着,12月31日Science期刊连发表两篇文章,进一步证实雄性老鼠的饮食习惯以RNA片段的形式通过精子传递给后代老鼠,并影响后代的基因表达情况。

一时间,父亲通过精子表观遗传变化、微生物组、信号转导等途径影响后代遗传的研究成为热门课题。科学界一直认为,除了DNA,生殖细胞中还存在一些其他因素会遗传给后代。

近年来,不少科研团队发现了蛛丝马迹,包括雄性老鼠的饮食结构、压力会影响下一代的新陈代谢;DNA化学修饰会改变后代特征;精子中携带有microRNA会遗传给后代。但是,这些因素如何影响后代还一直是个谜团。

Science:改变饮食结构,精子中的tRNA片段影响后代性状

作为遗传信息程度过程的关键桥梁,RNA于我们而言是熟悉到不能再熟悉的生物概念,主要包括信使RNA(mRNA)、非编码RNA(tRNA、rRNA)及小分子RNA。其中,tRNA负责携带、运输氨基酸进入核糖体,以mRNA为模板完成蛋白质的合成过程。

来自于马萨诸塞大学医学院的Oliver Rando团队发现这一关键tRNA片段在精子成熟过程中形成并通过受精过程遗传给下一代,并影响它们的性状。研究团队以低蛋白食物喂养试验鼠。他们发现相比于正常精子,这些受试老鼠的精子中含有tRNA片段,且这些片段在精子经过睾丸的时候形成。深入研究后证实,这些tRNA片段会抑制一些基因的表达水平。


试验老鼠的精子细胞

高脂饮食会影响后代老鼠的身体健康

由中国科学院及其他研究机构组成的团队同样也找到了tRNA片段遗传后代的证据。

通过以高脂肪或者低脂食物喂养老鼠后,研究团队将受试老鼠的精子人工注入未受精卵子中,随后观察所生后代的代谢指标(正常喂养后代)。尽管高脂食物喂养的雄性老鼠的后代身形依然苗条,但是它们不能正常吸收葡萄糖、且胰岛素水平不稳定。而这两个缺陷在它们的父亲中及肥胖、糖尿病患者中经常出现。

为了确定tRNA碎片与这些表征相关联,研究人员将这些片段注射入已于其他正常精子融合的受精卵中。结果显示,来自于被喂食高脂肪食物的老鼠的精子中的片段,会影响后代的葡萄糖吸收功能。

雄性老鼠馈赠一份意外的遗产给他们的后代。去年12月份Science两篇文章证实,啮齿动物的精子携带有RNAs,调控后代的代谢。RNAs参与蛋白质的合成,研究结果预示着一个非传统形式的继承。太平洋西北糖尿病研究所的遗传学家Joseph Nadeau表示,结果是“出人意外且为之兴奋的,但是并非不可能”。

研究意义:重新认知tRNA,打开遗传新思路

文章作者之一、内华达大学医学院生殖学家Qi Chen表示,他们的研究结果意味着找到了新的联系父亲和后代的关键点。

过去tRNA的功能是参与蛋白质表达,最新的两份研究证实,tRNA片段还参与遗传过程。Rando团队通过抑制胚胎干细胞中tRNA片段,发现70个基因表达水平上调。英国剑桥大学发育内分泌学家Susan Ozanne表示,科学家现在需要弄清楚这些变化如何永久影响后代,且通过改变饮食结构如何快速改变它们。

Chen强调,RNA片段的影响不一定是有害的。他推测,如果不良的饮食会影响我们,那么健康的饮食也将以类似的方式传递给下一代。

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