Science:表觀遺傳學實現行為重編程

2020-12-05 中國生物技術信息網

在佛羅裡達木蟻中，大工蟻（majors）和小工蟻（minors）屬於兩個完全不同的階級，它們的社會性行為存在很大差異。賓夕法尼亞大學領導的研究團隊發現， 這些階級特異性的社會行為並非一成不變，可以人為地進行表觀遺傳學重編程。這一重要成果發表在本期的Science雜誌上。

表觀遺傳學修飾可以在不改變DNA序列的情況下調控基因的活性。這種調控機制影響著動物的體型、衰老和行為，是近年來生命科學領域的一大研究熱點。

在此之前，研究人員曾構建了首個螞蟻全基因組表觀遺傳學圖譜。研究顯示，強壯大工蟻和聰明小工蟻之間的關鍵區別在於表觀遺傳學調控。大工蟻頭大、上顎發達，能與敵人戰鬥，也能處理和運輸大塊食物。小工蟻體型小數量多，承擔著尋找食物的重要職責，它們會在大豐收的時候尋求幫助。與大工蟻相比，小工蟻的大腦發育基因和神經傳遞基因存在過表達。

賓夕法尼亞大學的Shelley Berger、亞利桑那州立大學的Juergen Liebig和紐約大學的Danny Reinberg領導團隊，通過影響螞蟻的組蛋白乙醯化，直接改變了階級特異性的覓食行為。他們用化合物抑制組蛋白乙醯化的添加和去除，改變了附近基因的表達水平，重編程了螞蟻的覓食行為。（延伸閱讀：Nature子刊：華大基因參與破解白蟻基因組）

「這些結果說明，螞蟻和其他動物的行為可塑性，可能受到了組蛋白乙醯化的表觀遺傳學調控，」文章的第一作者Daniel F. Simola說。

螞蟻、白蟻以及一些蜜蜂和黃蜂屬於真社會性（eusocial）昆蟲，是研究社會行為的理想模型。此前的研究表明，組蛋白乙醯化能在基因完全相同的個體之間形成很大的基因表達差異，決定螞蟻不同等級的體型和繁殖能力。這項研究意味著，螞蟻的階級性社會行為也受到組蛋白乙醯化的控制。

高等生物的細胞核負責儲存基因組DNA，這些DNA環繞著由四種組蛋白組成的八聚體，形成碟狀的核小體結構。基因組DNA以這樣的形式包裝成為染色質，使DNA受到良好的保護。但在這種緊密包裝的狀態下，介導DNA轉錄、修復和複製的酶難以接觸到DNA，也就無法執行其正常功能。組蛋白乙醯化可以改變染色質結構，使DNA展開。

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