Only Perception: 銘印域的演化以哺乳類動物為例

2008-06-08

銘印域的演化以哺乳類動物為例

Evolution of an imprinted domain in mammals
http://www.physorg.com/news131699237.html

June 03, 2008

正常人類基因包含 46 條染色體：23 條來自於母親，23 條來自於父親。因此，你每種基因（除了性染色體那一對有些不規則之外）都有 2 份拷貝。一般來說，不管是父母親的哪一方貢獻出這一條染色體，都不會影響上面基因的表現。不過，這個規則的例外是由「基因組銘印（genomic imprinting）」所造成，基因組銘印是種 DNA 修改，這意味著此基因是來自於父母親的哪一方會影響到基因的表現。本週，一篇發表於公開存取之 PLoS Biology 的新論文，在哺乳類動物基因組的一個特定區域中，研究了基因組銘印的演化。

這項研究，由 Anne Ferguson-Smith 以及在英國與澳洲的同僚所完成，證明在哺乳類動物演化期間，在不同的時間內，不同的區域會變成被銘印。

基因組銘印被假設為會演化，因為母親與父親起衝突的利益（基因）與後代發展有關。在某些狀態下，二位父母會一起對生育下一代做出貢獻，每位父母親（的基因）會透過強迫對方投入更多到嬰兒上而獲得演化上的利益 -- 因為這種投資將會使他們自己的基因獲益（在他們孩子的構成上）而且個體所付出的成本通常與遺傳無關 -- 即交配。

因此，在父親身上的基因也許會因產生一個胎盤而獲益，那要求許多母親的資源，也因此這裡會有一種天擇壓力要去修改精子 -- 而非卵子 -- 所以他們攜帶的基因以某種方式表現，打造出一個高要求的胎盤（譯註：來自於父親的基因為了壯大自己 (以胚胎的形式)，於是促使胚胎努力的從母親那攝取更多養分；而來自母親的基因，則必須抑制胚胎過度的侵蝕以保護母體）。的確，在哺乳類動物身上，銘印似乎形成與胎盤的演化一致，而 Ferguson-Smith 等人的新研究支持這件事。

哺乳類有三種現存世系：胎盤哺乳類動物（placental mammals，包括人類）、有袋哺乳類動物（marsupial mammals，那有簡化形態的胎盤，而那包括袋鼠、無尾熊等），以及單孔目動物（monotremes，卵胎生哺乳類動物，例如鴨嘴獸）。當比較這三群哺乳類動物基因組的特定區域時（稱為 Dlk1-Dio3），Ferguson-Smith 等人發現銘印僅發生在胎盤哺乳類動物身上。

這項發現對照先前的研究，那發現區域銘印出現在有袋哺乳類動物與胎盤哺乳類動物，而單孔目動物則無。因此，連同先前的研究，Ferguson-Smith 等人證明了哺乳類動物基因組的銘印是逐步發生的；某些基因的表現會變成與胎盤--有袋共同祖先與其他後來的有所不同。差異區域會在不同時間改變指出，這些改變是為了要回應天擇壓力也因此適合--有益於生存／繁殖健康，而不是另一種過程的副產品。

有趣的是，Ferguson-Smith 等人所完成的遺傳比較證明銘印與 DNA 高度反覆的區域相關連。在有袋類動物中， Dlk1-Dio3 區域的長度是胎盤類身上所發現的 2 倍，這是由於非編碼 DNA 的隨機插入，而在不同的胎盤哺乳類動物世系中，此區域非編碼序列的量很少。

※ 相關報導：

＊ The Evolution of the DLK1-DIO3 Imprinted Domain in Mammals
http://biology.plosjournals.org/perlserv/?request=get-document&doi=10.1371/journal.pbio.0060135

Carol A. Edwards, Andrew J. Mungall, Lucy Matthews,
Edward Ryder, Dionne J. Gray, Andrew J. Pask, Geoffrey Shaw,
Jennifer A.M. Graves, Jane Rogers, the SAVOIR consortium,
Ian Dunham, Marilyn B. Renfree, Anne C. Ferguson-Smith
PLoS Biology Vol. 6, No. 6, e135
doi: 10.1371/journal.pbio.0060135