近交衰退的隐藏元凶:DNA表观遗传变化

2012-07-20 08:00 · Cecil

近交衰退的隐藏元凶:DNA表观遗传变化。近亲通婚让奥地利和西班牙皇家成员患上不孕不育症,并最终导致了整个血统的绝灭。科学家们一直将这些问题归咎于罕见的遗传变异。然而新研究显示,导致这种所谓的近交衰退的并非只是基因本身,还包括这些基因开启和关闭的方式。

作为欧洲历史上最为显赫、统治地域最广的王室之一,哈布斯堡家族为近亲结婚付出了惨痛的代价。几个世纪的近亲通婚使这个奥地利和西班牙皇室家族的成员患上了心理疾病和不孕不育症,并最终导致了整个血统的绝灭。

近亲通婚让哈布斯堡家族走向灭亡

近亲通婚让哈布斯堡家族走向灭亡

近交衰退是指有亲缘关系的亲本进行交配,可使原本是杂交繁殖的生物增加纯合性,从而提高基因的稳定性,但往往伴同出现后代减少、后代弱小或后代不育的现象。近交能够使貂、狐、貉的繁殖力、生活力以及生产能力降低,随着近交程度的加深,很多性状都发生不同程度的衰退。近交后代不同性状衰退程度是不同的,遗传力低的性状衰退明显,如繁殖力各性状,出现产仔数减少,畸形、死胎、弱仔增多和生活力下降等现象;遗传力较高的性状,如体形外貌、胴体品质则很少发生衰退。

一百多年来,科学家们一直将这些问题归咎于罕见的遗传变异。然而,一项关于植物的最新研究显示,导致这种所谓的近交衰退的并非只是基因本身,还包括这些基因开启和关闭的方式。

来自荷兰内梅亨大学的研究人员菲丽嫔•沃吉尔注意到,在灰蓝盆花中,是否为近亲繁殖,使其对环境条件的反应大不相同。

研究发现,干旱和营养不良会导致所谓的DNA表观遗传变化,即一种被称为甲基的化学物质的添加或者移除,能有效地将基因开启或者关闭。那么,这样的修饰是否会引起近交衰退?

为了找到答案,沃吉尔和同事计算了灰蓝盆花近交系和远交系基因组中的甲基数。近交系灰蓝盆花表现出了各种各样的健康问题,包括难以进行光合作用、发育缓慢。同时,它们的基因组中甲基的数量比远交系多出了10%,这表明其遗传表观变化显著。

为了表明甲基化是一个原因而非近交衰退的一种影响,研究人员用一种叫做5-氮杂胞嘧啶核苷的化学物质处理了另外一批近交系灰蓝盆花,将其DNA中的甲基移除。

经过处理的近交系灰蓝盆花,其甲基化水平和远交系大致相当。在光合作用的效率上,两者间没有区别,生长和成熟的速率也相同。该研究团队日前在《生物学快报》网络版上发表了此项成果[1]

近交衰退危害的研究进展

Horsenettle植物近交后对powdery mildew表现出易感性[2]

果蝇近交引起的基因表达变化能应对近交衰退[3]

个体遗传标记点多样性能检测近交衰退[4]

[1] Vergeer P, Wagemaker NC, Ouborg NJ. Evidence for an epigenetic role in inbreeding depression. Biol Lett,2012

[2] Kariyat RR, De Moraes CM, Stephenson AG, Mescher MC. Ibreeding increases susceptibility to powdery mildew (Oidium neolycopersici) infestation in horsenettle (Solanum carolinense L).Plant Signal Behav,2012

[3] García C, Avila V, Quesada H, Caballero A. Gene Expression Changes Caused by Inbreeding ProtectAgainst Inbreeding Depression in Drosophila. Genetics,2012

[4] Restoux G, Huot de Longchamp P, Fady B, Klein EK. Variability of individual genetic load: consequences for the detection of inbreeding depression. Genetica,2012