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适应环境变化是动植物生存最重要的能力，通常通过基因突变和自然选择实现，且这是一个由偶然驱动的缓慢过程。而表观遗传修饰则可以让动植物更快和更有针对性地适应环境。近日，来自德国莱布尼茨-伊兹沃大学的一项新研究表明，对野生豚鼠来说，针对独立环境因素的特定表观遗传修饰会传递给下一代。该研究结果发表在《基因》杂志上。
德国柏林莱布尼茨动物园与野生动物研究所的Alexandra Weyrich团队研究了两组雄性野生豚鼠：一组喂食两个月的低蛋白饮食，另一组暴露于温度升高10℃的环境中。动物会在细胞水平通过表观遗传修饰对这些环境变化作出反应。“我们想要确定这些环境改变是否会遗传给下一代豚鼠，以及父亲是否在其中发挥了作用。”Weyrich说。
之前的文献表明，通过表观遗传修饰“遗传”父母对环境变化的反应是可能的，而雄性在这些过程中发挥重要作用。研究小组比较了经历环境变化前后的雄性豚鼠与未经历环境变化的雌性豚鼠所生的后代，发现两组豚鼠后代的DNA甲基化模式存在显著差异。“我们的研究结果首次表明，对环境变化反应的表观遗传包括两个部分——普遍的部分和特异的部分。前者反映了存在环境变化的事实——独立于特定的变化因素；后者是对特定环境变化的特定反应。”Weyrich补充道。
在人为全球变化的背景下，包括气候在内的环境迅速变化，例如气温上升、资源可获得性以及粮食供应的变化，对动植物构成了重大挑战。对某些物种来说，这些挑战可能成为生存的威胁。例如，珊瑚对温度高度敏感，一些蛙类和鳄鱼类的繁殖与特定的温度密切相关。随着环境的急剧变化，适应性强的物种具有更大的生存优势。然而，基因突变和自然选择机制太过缓慢，无法应对迅速的环境变化，而且这种机制依赖于遗传密码的偶然改变，也并非一定可以为生存和繁殖提供优势。
而表观遗传修饰能够更快地适应环境变化，但前提是基因组已经具备足够的灵活性，能够做出适当的反应。在表观遗传修饰过程中，基因密码不会改变，而是通过几个化学过程激活、增强或关闭特定基因。这些过程在细胞成熟分化成皮肤、骨骼或肝细胞时很常见。
“最重要的表观遗传修饰之一就是DNA甲基化。”Weyrich解释说。科学家们比较了雄性豚鼠经历环境变化前后所生后代的甲基化模式，并着重研究了差异甲基化区域（DMRs）。结果发现，对气温上升和饮食改变的特定反应可以追溯到后代基因组的甲基化模式。
在此之前，大多数表观遗传学研究都是使用在人工环境下生活了数代的实验动物群体进行的，对野生物种的研究非常少。这项比较研究设计促进了关于表观遗传修饰跨代遗传的新见解。为了更详细地了解在环境变化背景下表观遗传修饰是如何传递给后代的，这一领域需要进一步的研究。
科界原创
编译：花花
审稿：阿淼
责编：张梦
期刊来源：《基因》
期刊编号：2073-4425
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