2008-04-25

暖化?科學家澄清一種外遺傳的繼承機制

Scientists clarify a mechanism of epigenetic inheritance
http://www.physorg.com/news128096573.html

April 22, 2008

雖然代表三十億對分子的字母所塑造而成的螺旋形 DNA「階梯」的「梯級」,經常被稱為人類的「遺傳密碼」,但 DNA 所構成的遺傳特徵則以不同方式橫跨世代,它們並非全都依靠密碼中字母的順序。

在某些例子中,並非「字母」的順序,而是物理性方式,在其中 DNA 纏繞著稱為組織蛋白(histones)的線軸並緊緊裹成染色體,來決定特定基因是否要表現或其表現強度為何。冷泉港實驗室(Cold Spring Harbor Laboratory,CSHL)的一個科學家團隊已解開關於這種基因表現機制另一系列的謎,並在 4/8 該期的 Current Biology 上描述。


繼承成團(Inherited clumping)

根據 CSHL 教授 Rob Martienssen, Ph.D.,他領導這個研究團隊,我們的 DNA 大約 1/10 是冷漠地矗立著,大部分的時間都花在塞的緊緊的一團,稱為異染色質(heterochromatin)當中,而且只在細胞分裂時才會展開以便複製。在拷貝之後,所產生的 DNA 分子 -- 令人驚訝的有許多 -- 都被觀察到,一如原先那樣,在相同的位置形成孤寂的(reclusive)一團。

這種繼承成團的 DNA,那導致基因以特殊方式表現,是一系列被科學家稱為外遺傳(epigenetic)的現象之一。如果 DNA 成團的方式不同,同樣的核苷酸(nucleotides)序列在二個人身上就能產生不同的基因表現模式。


在酵母中探索外遺傳

"我們仍不十分了解外遺傳的繼承," Dr. Martienssen 說,一位植物遺傳學家,同時也是外遺傳研究中的先驅之一。為了探索這種過程,他與他的團隊研究酵母中 DNA 的包裹,以及這種包裹如何傳遞給下一代。酵母這種單細胞生物很容易研究,部份是因為它缺乏其他外遺傳繼承機制,例如 DNA 的化學修飾,那使更複雜動植物的研究變得難以對付。

長長的 DNA 分子幾乎都神奇地塞進細胞核中,那快要比它們小上 100 萬倍。它們藉由圍繞一種蛋白質,稱為組織蛋白包裹而辦到,組織蛋白本身會將它自己本身沿著 DNA 分子的長度排列,如同小珠子在線上。這些包裹 DNA 的組織蛋白會接著形成較大的陣列。此稠密包裹的一團接著由其他蛋白質進行化學上的修改以形成異染色質。

異染色質密集的包裹將 DNA 序列隱匿,讓能夠讀取其遺傳資訊的細胞機器找不到,故異染色質中的 DNA 因而「沈默(silenced)」。它所包含的基因有效地被關閉。

驚人的是,所形成的一團即便在細胞分裂後依然存留,Dr. Martienssen 說,"組織蛋白的修飾如何能被繼承總是個謎。" 然而,幾年之前,他的小組與其他人解開了這個謎。他們發現組織蛋白的修飾是由複雜的細胞機制所控制,大體上稱為 RNA interference(RNA 干擾,或 RNAi)。

在 RNAi 中,拷貝自特定 DNA 區域的 RNA 與各種蛋白進行交互作用以便在同樣區域修改組織蛋白。因為 RNA 只與產生它的那一段 DNA 相配,故它 "提供了專一性,你需要確保只有那一部份的染色體獲得這些組織蛋白修飾," Dr. Martienssen 說。"如果整個染色體都得到這些修飾,你將會死。"


全都是時機

然而,這些結果出現了新疑雲:因為包含在異染色質當中的基因已經沈默了,它們如何使 RNA 分子幫忙修改組織蛋白?在新研究中,Martienssen 的團隊現在已藉由追蹤細胞的生長與分裂週期,解開了這個謎。

他們發現干擾中的 RNA 分子只短暫出現在細胞週期中,那時 DNA 正在複製。Martienssen 說這種結果,"正好說明了有關「沈默的」異染色質如何能轉錄(到干擾中的 RNA)的悖論,因為它只在細胞週期中狹窄的一扇窗中被轉錄。"

研究者異發現 RNAi 強烈地與溫度一同變化。他們懷疑這樣的變異是「春化(vernalization,這種程序因某些植物在開花前,必須暴露在低溫下而眾所皆知的)」這種遺傳而得之特徵的原由。

Martienssen 說,事實上,這是 "一種外遺傳現象(認知上)的全然改觀,那對溫度敏感。"

※ 說不定暖化就是這樣導致物種滅亡。

* RNA Interference Guides Histone Modification during the S Phase of Chromosomal Replication
http://www.current-biology.com/content/article/abstract?uid=PIIS0960982208003163
Anna Kloc, Mikel Zaratiegui, Elphege Nora, and
Rob Martienssen
Current Biology, Vol 18, 490-495, 08 April 2008
化石記錄支持全球暖化將會造成物種大滅絕
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植物壽命與尺寸相關 暖化是平衡後的結果?
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「環保」生物燃料的新來源

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fsj 提到...

天氣亂糟糟 柚子四季開

【聯合報╱記者翁禎霞/屏東報導】 2008.05.02

天氣錯亂,連水果也瘋了,鹽埔鄉農民蔡順寶在住家附近種了十多種水果,從芒果到龍眼、荔枝、芭樂等,猶如「百果園」,幾乎一年到頭都有水果吃,最近他發現園裡的柚子一年四季都開花,未到中秋已有柚子結果,芒果花期也錯亂。

高雄區農業改良場作物改良課長賴榮茂為「天氣」說話,他表示,作物不按時節開花結果,「有時候不完全是天氣的錯」,只要肥培管理適當,果樹累積了一定的能量,一旦碰到適合的環境,它就會盡情施展潛力。

他說,例如柚子一般都是中秋前才結果,不過遇上肥培條件不錯的環境,有的也會一年到頭都結果,就像檸檬一樣,本來是某一個季節的水果,後來成為一年到頭都能結果,從「異常」慢慢見怪不怪而成了「正常」現象,他說,天氣異常雖然是影響果樹生長的原因之一,但未必是主要「凶手」。

蔡順寶利用一甲多的土地開設養雞場,住家就在旁邊,別人是以種花蒔草綠化環境,他則是在住家旁種了十多種果樹,又能綠化,又能打牙祭,雖非專業果農,但是自給自足,他說,以前果樹正常生長時,吃完蓮霧、可吃芒果、芭樂,到了中秋還可以吃柚子,看著水果輪流結果,還蠻有趣的。

不過這幾年天氣變化大,園裡的水果已經「不按牌理出牌」,才剛過完年,家裡的文旦柚就結果,到了龍眼結果季,龍眼樹卻又偏偏「鬧彆扭」,讓他又好氣又好笑,還有芒果樹上的土芒果,才結滿了果,就又見開花結新果,「新舊、大小」芒果全長在同一棵樹上,完全「錯亂」。



◆ 天候變化 西湖文旦柚落果4成

【聯合報╱記者祁容玉、田俊雄/連線報導】 2008.05.02

西湖鄉內文旦柚4月初開花後,受到氣候變化的影響,不但熟果率差,果實也大量掉落,原本要開始為文旦柚疏果的果農說「果實掉光光,現在無果可疏」,縣府農業局正設法為果農爭取現金救助。

但花蓮縣的柚園並無此現象,花蓮縣瑞穗鄉農會總幹事魏清河說,花蓮縣文旦園面積約1600公頃,之前受天冷的影響,導致延後開花兩周,但熟果率還算正常。與西部多雨、高溫又潮濕,讓滿樹果實掉光的情況大不相同。

西湖鄉農會總幹事徐淡奎說「十幾年來沒這麼嚴重過」,最近接到農民反應「文旦柚異常落果」,本來以為只是個案,巡視全鄉果園才發現,幾乎到處都嚴重落果,剩下光禿禿的枝芽。

西湖鄉文旦產銷班班長吳文通說,4月天氣變化大,來自南方的「燒風」,讓文旦提早開花,不正常結果,接著開始下雨,高溫又潮濕,讓本來結得滿樹的果實掉光光。

徐淡奎說,目前估計全鄉167公頃的果園,會有3到4成無法收穫,農會計畫補助農民先噴灑生長素,希望改善著果情況。

縣府農務課課長江明亮說,已接到西湖鄉農會的報告,經過西湖鄉公所與農改場人員調查後,若全鄉無收穫面積達到3成以上,符合天然災害現金救助條件,縣府將全力為果農爭取每公頃5萬元的補助。

※ 還有更多歹戲上演。

fsj 提到...

全球暖化熱帶昆蟲恐絕跡 惡化糧食危機

鍾玉玨/綜合六日外電報導 中國時報 2008.05.07

美國華盛頓大學最新研究指出,熱帶昆蟲若無法適應全球暖化所造成的環境變化,數量可能銳減,最快可能在本世紀結束之前絕種。反之,生活在較高緯度的寒帶昆蟲或溫帶昆蟲數量可能暴增。

華大生物系助理教授涂斯貝利主持的研究指出,熱帶昆蟲受氣溫變化的影響高於其他地區昆蟲,若無法順利進化,適應外在環境變化,恐有絕跡之虞。該研究結果刊登在最新一期的《美國國家科學院刊》。

昆蟲數量銳減,將影響農作物授粉,讓食物供應出現問題,進一步惡化糧食危機。

研究員選了38種昆蟲,研究1950至2000年氣溫變化對他們的影響。昆蟲、青蛙、蜥蜴、烏龜等冷血動物的體溫會隨外在環境變化而變化,不像恆溫(溫血)動物,可以藉由長毛或掉毛等方式調節體溫,讓體溫保持恆定。所以昆蟲等冷血動物為了求生,必須在熱天時,躲到陰暗處納涼,或是在天氣變冷時,出來曬曬太陽。

研究員表示,到了2100年,熱帶地區的溫度若如預期升高攝氏5.4度,這類昆蟲可能發生適應不良現象。

涂克斯貝利說,熱帶地區許多物種已生活在最適溫度或逼近最適溫度的環境,一旦溫度超過最適溫度,物種的適能程度與繁殖能力會快速衰減。

他接著說,暖化固然會影響熱帶昆蟲的存續,但真正攸關昆蟲存續的原因是昆蟲適應環境的能力。

涂斯貝利說,一些昆蟲適應力若強,可以移居到山上或較高緯度地區繼續生活,或靠著不斷進化,應付不斷升溫的環境;但有些昆蟲可能只有滅絕一途。