[转载]DNA甲基化遗传来源于父本？
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斑马鱼与人类的基因相似度高达85%，幼鱼胚体透明,是公认的研究脊椎动物发育的模式生物。研究团队精确绘制了单碱基分辨率的斑马鱼卵子、精子、6个早期胚胎和精囊共9个全基因组的DNA甲基化图谱。通过海量数据分析和深度数据挖掘发现了斑马鱼精子和卵子甲基化图谱差别巨大，进一步发现（如下图所示）：（1）斑马鱼受精后，父源DNA一直保持着精子的甲基化谱图；（2）母源DNA在16细胞期之前，一直保持卵子的甲基化图谱；然后卵子的甲基化图谱作为一个整体被抛弃，并重新编程，当胚胎发育到囊胚期（midblastula）时，母源DNA也转变成了精子的甲基化图谱；（3）精子甲基化图谱的信息指导早期胚胎发育。&此研究阐明了斑马鱼子代早期胚胎完全继承精子的甲基化图谱。之后斑马鱼以精子甲基化图谱为基础进行细微重编程，此重编程仅限于局部区域的甲基化变化，从而分化出不同细胞、器官等。研究说明在斑马鱼中除了DNA可以从亲代传递到子代外，精子的DNA甲基化图谱也可以被遗传到子代中，并用于指导胚胎早期发育。此研究结果颠覆了传统上认为早期胚胎发育主要是由卵子决定的观念。过去人们发现卵子的体积很大、富含蛋白质和RNA，而精子的体积很小、几乎仅能携带一半的DNA，因此推断认为决定早期发育的信息几乎都在卵子中。而此研究证明了DNA甲基化的图谱是来源于精子的。进一步实验发现，剔除细胞核的卵子加入精子细胞核（孤雄实验）能产生胚胎的发育，但如果不加入精子的细胞核仅有卵子的细胞核或再加入一个卵子的细胞核，无论如何刺激卵子都无法启动胚胎的发育（孤雌实验），这些结果也进一步证明了精子中携带的信息在胚胎发育中不可缺少的作用。&
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中国科学家揭示精子对遗传使命的新贡献
中央政府门户网站　　　 日 12时03分　　 来源：新华社
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    新华社北京５月１０日电（记者 吴晶晶）胚胎的早期发育主要是由卵子决定还是由精子决定？过去的研究认为是由卵子决定。中科院北京基因组研究所科研人员的最新研究发现，子代会选择性地继承父本而抛弃母本的ＤＮＡ甲基化图谱，从而揭示了精子对遗传使命的新贡献，有助于揭开从受精卵到个体发育的奥秘。
    由中科院北京基因组研究所研究员刘江、副研究员慈维敏及团队完成的这项成果被国际顶尖学术期刊《细胞》于北京时间１０日以封面文章的形式发表。
    生命得以延续的基础是遗传，父母的ＤＮＡ序列信息会遗传给子代。一个生物体内的每个细胞都具有同样的ＤＮＡ序列，那是什么决定了它们发育成不同的组织器官呢？
    “近年来的研究发现，这是由表观遗传信息决定的。它使得动物在仅一套ＤＮＡ序列的基础上，从一个受精卵分化成２００多种表型各异的细胞，最终形成大脑、心脏等不同器官。”刘江说，“但表观遗传信息能否从父母遗传到子代以及怎样传递，一直是一个未解之谜。”
    研究团队以与人类的基因相似度高达８５％的斑马鱼为模型开展研究发现，斑马鱼的胚胎发育中除了ＤＮＡ可以从父母传递到子代外，精子的ＤＮＡ甲基化图谱也可以被遗传到子代中，并用于指导胚胎早期发育。而ＤＮＡ上的甲基化正是表观遗传信息中最重要的一类。
    这项研究结果颠覆了传统上认为早期胚胎发育主要是由卵子决定的观念，证明子代继承父源的ＤＮＡ甲基化图谱，抛弃了母源的图谱，精子中携带的信息指导胚胎的发育。
    该研究证明了除了ＤＮＡ序列之外，ＤＮＡ甲基化图谱也可以被遗传。这个结果填补了表观信息遗传理论的空白，将为干细胞及其转化医学的发展和应用提供理论基础，也为一些疾病的治疗提供了新的思路，还有助于克隆、体外受精生殖技术的完善和应用。
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（责任编辑： 康丽琳当前位置： >
摘要 : 中科院基因组所刘江团队与南京大学黄行许团队的近期合作研究结果，揭示了哺乳动物中子代如何继承亲代DNA甲基化图谱的规律，更新了关于受精之后DNA甲基化图谱重新编程的传统认识，相关论文于日再次发表在国际著名学术期刊《细胞》上。
哺乳动物受精后由一个受精卵发育成一个完整的个体，DNA甲基化则是指导受精卵发育成早期胚胎、进而发育成完整个体的最重要表观遗传调控方式之一。中科院北京基因组所刘江团队2013年揭示继承父代精子的甲基化图谱，但哺乳动物子代如何继承表观遗传信息仍知之甚少。
刘江团队与南京大学黄行许团队的近期合作研究结果，揭示了哺乳动物中子代如何继承亲代图谱的规律，更新了关于受精之后DNA甲基化图谱重新编程的传统认识，相关论文于日再次发表在国际著名学术期刊《细胞》上。
哺乳动物中，DNA甲基化在早期胚胎发育和原始形成过程中的重编程和遗传规律
在北京基因组所核酸测序和高性能计算平台的有力支撑下，刘江研究团队在表观信息遗传规律方面取得了系列性成果。2013年他们以斑马鱼为研究模型，发现精子的DNA甲基化图谱和卵子的甲基化图谱有巨大的差别，子代中父源DNA稳定保持精子的甲基化图谱、而母源DNA却抛弃卵子的甲基化图谱并完全转变成精子的甲基化图谱，最终父源和母源DNA都具有与精子一致的甲基化图谱。哺乳动物受精后也需要使父源DNA和母源DNA具有一样的DNA甲基化图谱，但哺乳动物使用了与斑马鱼完全不同的机制。
过去的研究发现父源和母源DNA都经历全基因组水平的去甲基化过程，但认为父源DNA上的甲基化是通过生物酶的催化反应而去的甲基化，而母源DNA上的甲基化是通过而被动的稀释导致DNA的去甲基化;除此之外，过去的研究认为只有父源的DNA甲基化可以被氧化，而母源的DNA甲基化不会被氧化。刘江和黄行许团队的研究发现，无论是父本还是母本来源的DNA都应该是通过生物酶的催化反应而去甲基化，并且发现了父源和母源的DNA都被氧化的重要过程。
通过对哺乳动物和鱼类的进化比较，刘江等进而推测提出哺乳动物全特异的去甲基化过程导致了印记基因的产生，从而使胎盘类生殖方式的哺乳动物得以进化出来。换言之，表观遗传重新编程方式的进化，可能是产生胎盘生殖方式的哺乳动物的重要一环。
这些重要发现和理论突破，不仅改写了该领域长久以来的传统理论，而且将对生殖健康、进化生物学和的研究具有重要意义。
此工作获得了973、中国科学院先导专项和自然基金委的资助。
原文摘要：
Lu Wang, Jun Zhang, Jialei Duan, Xinxing Gao, Wei Zhu, Xingyu Lu, Lu Yang, Jing Zhang, Guoqiang Li, Weimin Ci, Wei Li, Qi Zhou,Neel Aluru, Fuchou Tang, Chuan He, Xingxu Huang, Jiang Liu
The reprogramming of parental methylomes is essential for embryonic development. In mammals, paternal 5-methylcytosines (5mCs) have been proposed to be actively converted to oxidized bases. These paternal oxidized bases and maternal 5mCs are believed to be passively diluted by cell divisions. By generating single-base resolution, allele-specific DNA methylomes from mouse gametes, early embryos, and primordial germ cell (PGC), as well as single-base-resolution maps of oxidized cytosine bases for early embryos, we report the existence of 5hmC and 5fC in both maternal and paternal genomes and find that 5mC or its oxidized derivatives, at the majority of demethylated CpGs, are converted to unmodified cytosines independent of passive dilution from gametes to four-cell embryos. Therefore, we conclude that paternal methylome and at least a significant proportion of maternal methylome go through active demethylation during embryonic development. Additionally, all the known imprinting control regions (ICRs) were classified into germ-line or somatic ICRs.
作者：基因组所 点击：次
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