越來越多的證據(jù)表明，環(huán)境壓力可以造成基因表達(dá)發(fā)生改變，而這些改變可以從父母處傳遞給他們的后代，這使得“表觀遺傳學(xué)”成為了一個(gè)熱門話題（延伸閱讀：Science：祖母的表觀遺傳“原罪” ）。表觀遺傳修飾不會(huì)影響基因的DNA序列，但卻可以改變DNA的包裝以及基因的表達(dá)方式。現(xiàn)在來自加州大學(xué)圣克魯茲分校的科學(xué)家們在一項(xiàng)研究中揭示了表觀遺傳記憶跨代遺傳以及在發(fā)育過程中在細(xì)胞間傳遞的機(jī)制。

這項(xiàng)發(fā)表在9月19日《科學(xué)》（Science）雜志上的研究，將焦點(diǎn)放在了一種得到充分研究的表觀遺傳修飾——組蛋白H3甲基化上。眾所周知，組蛋白H3上的一個(gè)特定氨基酸（第27位的賴氨酸）甲基化可以關(guān)閉或“抑制”基因，這種表觀遺傳標(biāo)記存在于從人類到微小線蟲所有的多細(xì)胞動(dòng)物中。

“對于這一甲基化標(biāo)記是否可以通過細(xì)胞分裂以及跨代進(jìn)行傳遞一直存在爭議，現(xiàn)在我們證實(shí)了確實(shí)可以，”論文的通訊作者、加州大學(xué)圣克魯茲分校的分子、細(xì)胞核發(fā)育生物學(xué)教授Susan Strome說。

Strome實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建出了攜帶一種突變的線蟲，這種突變除去了負(fù)責(zé)生成這一甲基化標(biāo)記的酶，然后他們將這些線蟲與正常的線蟲交配。利用熒光標(biāo)記，他們能夠在顯微鏡下追蹤從卵細(xì)胞和精子到受精后分裂的胚胎細(xì)胞中標(biāo)記和未標(biāo)記染色體的命運(yùn)。突變卵細(xì)胞與正常精子受精生成的胚胎有6條甲基化的染色體（來自于精子）和6條無標(biāo)記的染色體（來自卵子）。

隨著胚胎的發(fā)育，細(xì)胞復(fù)制它們的染色體并進(jìn)行分裂。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一條標(biāo)記染色體復(fù)制時(shí)，兩條子染色體也被標(biāo)記。但是沒有組蛋白甲基化所需的酶，隨著細(xì)胞分裂這些標(biāo)記逐漸稀釋。

Strome 說：“這種標(biāo)記持續(xù)存在于由初始具有這種標(biāo)記的染色體衍生的染色體上，但子染色體沒有完全負(fù)載足夠的標(biāo)記。因此在單細(xì)胞胚胎中標(biāo)記是明亮的，在細(xì)胞分裂后亮度變淡了些，在4細(xì)胞胚胎中光亮暗淡，到24-48細(xì)胞時(shí)我們就看不到它了。”

研究人員隨后完成了相反的實(shí)驗(yàn)，讓正常的卵細(xì)胞與突變精子受精。PRC2甲基化酶存在于卵細(xì)胞，但不存在于精子中。因此新實(shí)驗(yàn)中的胚胎仍然有6條無標(biāo)記的染色體（這次來自精子）和6條有標(biāo)記的染色體，但現(xiàn)在它們還有PRC2酶。

Strome 說：“值得注意的是，當(dāng)我們觀察通過細(xì)胞分裂的染色體時(shí)，看到在一次又一次的細(xì)胞分裂之后標(biāo)記染色體仍然有標(biāo)記且保持明亮，因?yàn)檫@些酶不斷地在恢復(fù)這種標(biāo)記，但無標(biāo)記的染色體保持著無標(biāo)記。這表明這種遺傳的標(biāo)記模式通過多次細(xì)胞分裂被傳遞。”

Strome指出，在這項(xiàng)研究中有關(guān)線蟲組蛋白甲基化傳遞的研究發(fā)現(xiàn)對于其他的生物也具有重要的意義，盡管不同的生物在發(fā)育過程中不同的方面利用研究的這種抑制標(biāo)記調(diào)控了不同的基因。所有的動(dòng)物都利用相同的酶來構(gòu)建了同樣的甲基化標(biāo)記作為一種基因抑制信號，她的從事小鼠和人類表觀遺傳研究的同事們對這些新發(fā)現(xiàn)感到非常興奮。

“跨代表觀遺傳是一個(gè)尚未解決的領(lǐng)域——它處于不斷變化之中。有數(shù)十個(gè)潛在的表觀遺傳標(biāo)記。在一些證實(shí)了親子表觀遺傳的研究中，還不清楚傳遞了什么，從分子水平上理解它非常的復(fù)雜。我們獲得了表觀遺傳記憶傳遞的一個(gè)具體例子，我們可以在顯微鏡下看到它，這是拼圖中的一塊。”