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Y染色体父系表观信息数万年内稳定遗传

2016/01/31 来源:北京基因组研究所
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导读
近日,中国科学院北京基因组研究所精准基因组医学重点实验室孙英丽课题组与上海复旦大学生命科学学院合作,就人群 DNA甲基化的遗传继承性进行了深入研究。该研究从不同视角对表观遗传信息的继承性进行了探索研究,为破解表观遗传之谜提供了很好的基础,具有重要意义。


表观遗传学是与传统遗传学相对应的概念。遗传学以基于DNA序列的中心法则来传递遗传信息,在人群中,遗传信息在世代之间稳定遗传,那么表观遗传信息是否像遗传信息一样可被子代继承,尚缺少相关有力证据。DNA甲基化是非常重要的表观遗传信息,是表观遗传学研究的重要内容。目前,鲜少有DNA甲基化在人群中的继承性研究,其难处在于,子代的基因组信息来源于父母双方,其同源染色体间的交换,难以保证表观遗传的差异是否源于不能确定的子代与父代之间的遗传信息的来源一致性,以及进化和分化时间明确样本的选择。

近日,中国科学院北京基因组研究所精准基因组医学重点实验室孙英丽课题组与上海复旦大学生命科学学院合作,就人群 DNA甲基化的遗传继承性进行了深入研究。首次将用于人类学研究的人类Y染色体DNA单倍型类群模型应用于人群表观遗传规律的研究中。Y染色体只能父子相传,所以可以在长时间人类遗传过程中,保持稳定的可追溯的传递性。基于Y染色体遗传变异特性,根据Y染色体上的基因突变点可将人群分为不同的Y染色体单倍型类群,从而绘制人类Y染色体谱系树,用于研究人群在父系关系上的迁徙和发展。

该研究通过Y染色体单倍型模型对分属于12个不同单倍型的72个男性样本的DNA甲基化对比分析发现,Y染色体上的DNA甲基化模式无论在具有三代直系亲属关系的个体间或不同地域的同一单倍体型个体间,还是在不同单倍型个体间,均具有很强的保守性,这些个体间的最长分化时间可长达5万年。在其中两个单倍型样本中,分别发现了样本共有特异性差异甲基化位点,扩大样本研究发现,差异甲基化位点在该单倍型所有样本中均存在,为单倍型特异甲基化位点。为了进一步验证位点甲基化差异产生机制,研究人员进行了DNA序列分析,发现单倍型特异的甲基化差异位点均在序列上发生了突变,是由胞嘧啶的点突变所造成的甲基化水平的差异。这些研究结果显示,在遗传过程中,表观遗传信息与遗传信息是相辅相成的,Y染色体上的DNA甲基化模式是相对保守和稳定的,伴随有DNA序列改变的甲基化改变可稳定遗传给后代,而不与SNP偶联的可能由其他潜在因素所产生的甲基化改变很难遗传给后代。

该项目的主要负责人包括孙英丽、上海复旦大学生命科学学院教授李辉以及中科院院士金力。该研究从不同视角对表观遗传信息的继承性进行了探索研究,为破解表观遗传之谜提供了很好的基础,具有重要意义。Y染色体的表观修饰的稳定性和保守性也从另一层面揭示了Y染色体DNA甲基化在人类男性遗传进化过程中的重要作用,其在几万年的进化时间内甲基化的保守性可以与钻石的恒久性相媲美。相关研究成果以Epigenetic Pattern on the Human Y Chromosome Is Evolutionarily Conserved 为题发表在PLoS One 杂志上。该研究得到中科院战略性先导专项、科技部重点基础研究发展计划(“973”计划)、国家自然科学基金等项目的资助。


男性人群Y染色体上DNA甲基化继承性研究(图A. Y染色体单倍型及分化时间信息;图B. 人群Y染色体DNA甲基化水平对比分析;图C. Y染色体DNA甲基化信息继承模式图)

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