有哪些看似不可思议、有悖常识的生物学冷知识？ 第1页

DNA甲基化

大家脑海中DNA是由A,T,C,G,4中编码组成的序列，并由不同的序列组合成我们所看到的生命的形式，然而除此之外，几个原子对其的影响甚至能够影响个体的表现形。

甲基化并不是生物学的专有名词，他其实就是想说一个分子上多挂了一个甲基。

A腺嘌呤;T胸腺嘧啶;C胞嘧啶;G鸟嘌呤

其中胞嘧啶C是这4个碱基中唯一一个可以被甲基化的，胞嘧啶甲基化后变为5-甲基胞嘧啶，甲基化后的胞嘧啶依然可以和鸟嘌呤G结合，这一个甲基就影响了后面的基因表达。

通常情况下，这种甲基化并不是由突变引起的，大多数都是由DNMT1，DNMT3A，DNMT3B3种DNA甲基转移酶(DNA MethyTransferase)中的一个催化产生。而大多数情况下，这种催化只能在G前面的C上添加甲基，这种结构被称为CpG(—C—phosphate—G—)。大概60%的编码蛋白质的基因启动子都处于CpG岛内，当这些CpG岛的甲基化程度很低时，启动子后面的基因会被激活，而呈现高甲基化的状态时，基因们就会被关闭。

当DNA被甲基化之后，它会与MeCP2(甲基CpG结合蛋白2 MethylCpG binding Protein 2)结合。而这种蛋白并不会结合没有甲基化的DNA，当MeCP2与5-甲基胞嘧啶结合之后，它会结合很多其他蛋白质来帮助关闭基因，它还能防止转录复合体结合到启动子上，这样mRNA就不会被生成，而这种改变几乎是终生的，高度甲基化的基因与MeCP2结合后会缠绕的相当紧密，而使转录机制无法接近碱基生成mRNA分子，对于那些终生性质的细胞比如说神经元，被他们关闭的基因会高度甲基化，而这种甲基化会一直持续到生物体的死亡。这就是为什么一个神经细胞分化后不会变成皮肤，也不会变成肌肉的原因，当然为什么这个细胞会变成神经，这后面的原因就显得更加复杂。

基因相同就会长的一样吗？

为了更好的研究遗传学，科学家们会专门培养一些基因完全一样的小鼠，通过小鼠和自己的兄弟姐妹交配得到的孩子们再进行交配，如此反复20代以上，所有的差异基因基本上都被剔除了，这可以保证一个种系的小鼠带有相同的DNA。为了专门的研究某些基因，科学家还能利用这些小鼠制作出仅有一个DNA变化的种系。

在差异化研究中，有一种agouti小鼠，正常的小鼠具有带状的毛发，前端和根部都是黑色的，而中间是黄色，而agouti基因是生成黄色部分必不可少的条件，它会在正常小鼠中周期性开启。

当agouti基因突变后(简称a)，会导致这个基因保持关闭，这时小鼠的毛发称黑色。另外一个种系A_vy(agouti 显黄色agouti viable yellow)。他们的agouti始终开启，所以它的毛发是黄色的而不是带状。小鼠的两个agouti基因，一个来自父本，一个来自母本。当小鼠的基因是(a,agouti)时，小鼠成黑色，因此我们知道，a相对于agouti是显性的，而当小鼠的基因是(a,A_vy)时，人们猜测小鼠应该也是黑色，而结果却令人大为吃惊。拥有(a,A_vy)基因的小鼠实际上什么颜色都有(不是共享单车那种)。有的发尖呈黄色，有的是带状，有的是介于两者之间的各种颜色

同一个笼子里出来的具有相同基因型的小鼠的黄色是哪里来的呢？一段DNA刚好被插入到了agouti基因的前面，这段DNA被称为反转录转座子，它并不编码蛋白，而是编码一段异常的RNA，这个RNA会使下游的agouti一直保持开启，这样小鼠就会呈黄色。当这段DNA的CpG序列被甲基化之后，反转录转座子编码的RNA就不会被产生，也就不会使下游的agouti保持开启，这样的小鼠就呈正常的带状毛色，而有的小鼠的反转录转座子根本没有甲基化，小鼠又会变黄，而甲基化介于两者之间的小鼠就呈这两者之间的毛色。

甲基化的其他影响

因为纳粹的入侵，荷兰西部被切断了由东部而来的粮食供给线，1944年到1945年冬季，引发了饥荒，22000人因此死亡。历史是痛苦的，然而这个冬天的幸存者们被科学家定义为同一时间段遭遇营养不良的特殊人群，奥黛丽·赫本就是其中之一,然而后面的故事跟她没关系。研究发现，如果一个母亲一直有着良好的营养状况，只是怀孕的后几个月营养不良，那她的孩子可能体重偏轻。如果一个母亲在怀孕期间，前几个月营养不良，而后几个月恢复，刚出生的婴儿会拥有正常的体重。

当对这些人群进行跟踪研究几十年之后，出生时很瘦的孩子一直都很瘦且有很低的肥胖率，而孕期前期营养不良而有正常体重的婴儿更有可能变得越来越胖(不要回去质疑自己的母亲)，而且还有更高的精神分裂的可能性。而且这种变化能够跨代影响，出生时体重轻的婴儿长大后生的孩子体重往往是正常的，而那些早期营养不良拥有正常体重的孩子长大后生出的后代比婴儿平均体重更沉(不要回去质疑自己的姥姥)。中国在1958到1961年度过大饥荒的人群也有着同样的特征。

对这些人群进行甲基化特征分析后，显示在代谢相关的基因上出现了变化，虽然无法证实是直接原因，但是这些数据证实了早期的营养不良确实会影响表观遗传学特征。

营养不良并不是影响和疾病的唯一因素，饮酒也会影响基因的甲基化程度，被允许随意饮酒的A_vy小鼠和正常小鼠的毛色有着显著不同。在怀孕期间如果过量饮酒，则会导致出生缺陷和智力发育迟缓。

烯菌酮

红酒工业中被大量用做抗真菌剂的烯菌酮(Vinclozolin),如果在胚胎睾丸发育期给母鼠接触烯菌酮，雄性后代则会出现睾丸缺陷和生殖能力降低，而且这种作用会持续到后三代。大概90%的雄性后代会受此影响。同一个研究组的后续研究已经证明了烯菌酮能够导致基因组特定区域的异常DNA甲基化。

以上只是甲基化的一部分影响，很多基因并不像agouti那么简单，很多的时候基因更像是一个非线性回路，一点点影响就会产生很大的区别。

对于已经发生的事情我们无法控制，但是为了后代，还请不要过渡饮酒

感谢作家[英]内沙·凯里(Nessa Carey)的著作《遗传的革命》

参考资料

Annu Rev Public Health. 2011; 32: 10.1146/annurev-publhealth-031210-101230.

The agouti mouse model: an epigenetic biosensor for nutritional and environmental alterations on the fetal epigenome

Roseboom T, de Rooij S, Painter R: The Dutch famine and its long-term consequences for adult health. Early Hum Dev 2006; 82: 485–491.

Schulz L: The Dutch Hunger Winter and the developmental origins of health and disease. Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107: 16757–16758

Ravelli GP, Stein ZA, Susser MW: Obesity in young men after famine exposure in utero and early infancy. N Engl J Med 1976; 295: 349–353.