eLife:当母亲在胚胎中关闭父亲的基因时

【字体: 时间:2022年08月25日 来源:eLife

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  在人类和许多其他物种中,遗传自母亲和父亲的基因都会影响胚胎的发育。然而,GMI Berger实验室的研究人员现在发现,在地钱子里,母亲拥有完全的控制权。在发表在《eLife》杂志上的一项研究中,研究人员表明,“母植物”完全控制并完全灭活其胚胎中的父基因,以确保它们正常发育。

  
   

Chromosomes of a Marchantia embryo in the metaphase plate during cell division.    

图片:在细胞分裂的中期板上的钱子胚胎的染色体。在青色中报道了父系染色体沉默的表观遗传标记。因此,父染色体为青色,母染色体为粉红色。    


在人类和许多其他物种中,从母亲和父亲那里继承的基因都会影响胚胎的发育。然而,在苔藓植物地钱(Marchantia polymorpha)中,母亲拥有完全的控制权,GMI的Berger实验室的研究人员现在发现了这一点。在发表于《eLife》的一项研究中,研究人员表明,"母株 "拥有完全的控制权,并完全使其胚胎中的父系基因失活,以确保它们正常发育。 

人类有两套染色体,一套是母体,一套是父体,这两套染色体通常都为个体贡献性状,取决于哪些基因被表达--这就是我们的 "二倍体"。但这并不是所有生物的情况。       

藻类和苔藓的亲属,包括肝吸虫,在其生命周期的大部分时间里,只有一套染色体。当一个母体和一个父体生殖细胞的遗传物质结合在一起,产生一个胚胎时,肝吸虫只有一个短暂的二倍体阶段,这个阶段由母体组织携带。在这个短暂的二倍体阶段,植物需要有一种机制来应对其遗传物质的加倍。

其中一个机制是沉默一个基因的拷贝,也称为 "亲本基因组印记"。通过基因组印记,甚至整条染色体都可以永久失活,就像女性两条X染色体中的一条一样。父母的基因组印记只在那些创新的胚胎外组织中被发现,这些组织将营养从母亲输送到胚胎,如哺乳动物的胎盘和开花植物的胚乳。

一个由母体基因主导的基因组应对机制

地钱胚胎也在母体组织内生长,但与哺乳动物不同,它们的发育不涉及胚胎外组织。考虑到这些因素,伯杰研究小组着手研究马钱子的父母基因组印记机制的存在。

"我们发现,Marchantia在胚胎中完全灭活父系染色体,甚至在父系和母系基因组融合之前就已经灭活了。第一作者Sean Montgomery说:"这样一来,Marchantia甚至在其成为二倍体的短暂阶段也能保持功能性的单倍体,”他是GMI Berger实验室的一名应届博士毕业生。研究小组还发现,沉积在整个父系染色体上的分子标记在整个胚胎发育过程中一直保持。"因此,胚胎的发育完全取决于母体基因的表达。在某种程度上,母体基因拥有完全的控制权。破坏这一过程会导致父系基因的表达和胚胎的死亡"。

对自然界的多样性略知一二

该研究小组在肝吸虫中描述的沉默机制本身并不新鲜。这种有针对性的沉默是由Polycomb Repressive Complex 2(PRC2)介导的。然而,这种精确的机制还没有与整个染色体的沉默联系起来。

由于肝吸虫的祖先比哺乳动物或开花植物的祖先要古老得多,这些发现表明,印记机制的进化比目前已知的要早得多。此外,Berger和他的团队提出,这种现象已经在各种生命形式中多次进化,许多印记机制仍有待发现。通过我们的工作,我们能够突出生物学的一个独特方面,这是自然界广泛多样性的一个片断。”

文章标题多梳蛋白介导的父系染色体抑制维持了马香子二倍体胚的单倍体剂量

Polycomb-mediated repression of paternal chromosomes maintains haploid dosage in diploid embryos of Marchantia


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