我们的基因必须一半来自爸爸，一半来自妈妈吗

作者：杨超月

　　中科院生物物理研究所的研究员朱冰

　　为什么这些印记基因

　　知道自己来自于母亲还父亲？

　　它们有什么不同？

　　看到今天的题目，可能大家首先会问：什么是表观遗传？为什么我把它叫做“基因组以外的世界”？

　　爸爸妈妈，离了谁都不行

　　大家都很熟悉基因组，大概也都知道遗传。当我们遇到一些不太理想的事情，至少都可以抱怨一下。比如我说自己长得不太好看，那是因为我爸、我妈，这是遗传决定的，对吧？因为我们的基因来自于父母。但是表观遗传指的是什么呢？就是当你拥有同样基因的时候，它的效果也有可能是不一样的。

　　我们知道，每一个人的基因组都来自于父亲和母亲，爸爸妈妈会分别给我们一套基因组。这就产生了一个问题：爸爸妈妈给我们的基因组效果一样吗？

　　大概就在三个礼拜之前，我们家小儿子问了我一个问题：爸爸，如果有一个受精卵，你把它的细胞核拿掉，然后放进去两套来自于两个卵子的细胞核，它会不会活下来？能不能变成一个胚胎，甚至变成一个孩子？

　　我说：你知道吗？我的主要研究方向就跟这个有关，接下来我就给你讲一讲。

这张示意图的上方，有一个比较大的卵子，还有一个小一点的精子。当然实际上精子的个头远远比这个小，更加不成比例。

　　一旦受精以后，来自于卵子的DNA和来自于精子的DNA不会马上混合在一起，它会变成两个原核：一个叫雌原核，一个叫雄原核。这两个原核在形态上不一样，所以在光学显微镜下能够清楚地知道，哪一个是从妈妈那儿来的，哪一个是从爸爸那儿来的。

　　根据这样的特征，在很多年前，科学家们就做了一项探索：他们将一根毛细管扎进小鼠的受精卵，然后把来自妈妈的雌原核吸走；吸走以后，再放入一个来自于爸爸的雄原核。这就相当于小鼠没有妈妈了，它有两个爸爸，对吧？结果他们发现胚胎致死，单雄生殖失败。

　　两个爸爸不行，那两个妈妈行不行？两个妈妈也不行。科学家也做了这个实验，把来自于父亲的雄原核吸走，再注入一个来自于母亲的雌原核，这样的胚胎也是不能发育的，同样是胚胎致死。

　　可能有些读者会觉得，你拿这个毛细管扎来扎去，说不定扎也把受精卵扎死了。但科学家之所以是科学家，就是因为他会做对照实验。那么对照实验是怎样的呢？

　　研究人员将毛细管扎进受精卵以后，把雌原核和雄原核都吸走，然后再分别给它注入一个雌原核和一个雄原核。结果这个胚胎是活的，可以发育为小鼠，小鼠活蹦乱跳，没什么太大问题。这个受精卵多扎了两次都没事，所以不是因为被扎坏了，而是告诉了我们一个非常朴素的道理：我们既需要一个爸爸，也需要一个妈妈。

　　我们从小就知道这个道理，但是从科学的角度来讲，不是特别容易理解。因为我们以前知道的信息是：爸爸提供一套基因组，妈妈提供一套基因组，我们有两套基因组，所以就活了下来。在自然界中，我们确实需要通过精卵受精实现这一过程，但如果我们做一个人为实验，像刚才那样，你明明可以拥有两个基因组，为什么就不行呢？

　　这就告诉我们，因为某个不太清楚的原因，妈妈和爸爸提供的基因组不是完全等价的。这涉及到什么呢？涉及到一个经典的表观遗传学现象，叫做基因印记。

　　神奇的印记基因

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　　基因印记指的是啥呢？我们人大概有两三万个基因，但其中只有两三百个是印记基因。之所以管它叫印记，就是因为它知道自己是从妈妈那儿来的，还是从爸爸那儿来的。而印记基因虽然有两个拷贝，这两个拷贝的DNA或者说序列一模一样，它承载的遗传信息一模一样，但是在我们的细胞中只有一个表达，或者说只有一个起作用。

　　这挺让人感到困惑的。因为在我们的一个细胞里面，要么有这个基因，要么没有这个基因。现在的情况是有，而且不但有，还有两个，而且这两个基因序列一模一样，但是只有一个表达，另外一个不表达。

　　传统上认为，一个基因的表达需要看上游的调控因子存在或者不存在，显然在这个细胞里面，调控因子是存在的。为什么呢？因为那个能表达的表达得好好的，但是另外一个就算有上游的调控因子，仍然是不表达的。这就是一个挺困惑的事情。

　　那么印记基因在我们的基因组里大概有多少个呢？有两三百个。有意思的是，这两三百个印记基因在我们的基因组里并不是散在分布的，它们经常扎堆，好多个印记基因在一堆。当然另外也有好多堆，这样才会有两三百个。