重寫達爾文 – 新的非基因遺傳學

重寫達爾文 – 新的非基因遺傳學

所有雌蜂（包括蜂后）都由基因完全一樣的幼蟲發育，因此對蜜蜂而言，在早期發育時所吃的食物產生一種漸成設定具有一輩子根本性的影響，當然這是一個極端的例子，但是研究人員開始體認到在其他動物也有相似機制產生作用，甚至包括人類。對蜜蜂似乎有一個極端重要的早期階段，在其個體基因的表現模式被大程度地「程式化」(programmed)，而環境因子能嵌入此程式化過程，可能具有長期健康影響。

在2000年，美國杜克大學的Randy Jirtle領導以具有一種完全相同基因的小鼠進行一個突破性的實驗，這些小鼠攜帶agouti基因，使得牠們變得肥胖並傾向產生糖尿病與癌症，Jirtle與其學生Robert Waterland在受孕前及懷孕期間給一群雌性小鼠一種富含甲基群的食物，結果發現後代小鼠與親代非常不同，牠們不但瘦而且可活至耄耋之年，雖然剛出生小鼠遺傳到可造成傷害的agouti基因，但甲基群結合至基因且減弱其功能。

Jirtle然後嘗試添加genistein至食物給懷孕agouti小鼠吃，這是一種在大豆中發現類似「雌激素」(oestrogen)的化學物質，劑量設計為與一個人吃高黃豆飲食的消耗量相比較，這與減少癌症危險及含較少量身體脂肪有關，結果這些小鼠也更容易生下體瘦、健康的後代，而且較少機會在成年時變得肥胖，這種改變與包括在管控agouti基因活性的六個DNA鹼基對位置上甲基作用增加有關。

這些實驗與其他動物研究強力建議懷孕女人的飲食能影響她小孩的漸成標記，因此某些營養成分的作用被稱為有問題或許並不令人驚奇，例如folate是一種有力的甲基供應者，這是在某些國家（包括美國）例行性推薦在懷孕時添加入穀類加工食品中，因為如果在懷孕期前後吃入可減少發生「脊髓管缺陷」(spinal tube defects)的危險，但是Jirtle懷疑是否這也會誘發目前還未知的、傷害性漸成影響。（待續三）

重寫達爾文 – 新的非基因遺傳學

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拉馬克有關真正非基因遺傳如何可能產生作用的想法是最了不起的，例如他寫道：長頸鹿的脖子一代接著一代變得更長，是因為動物有向上伸長脖子吃到樹頂葉子的習性，相反地，最近的研究則在生物機制上發展出一個堅實的基礎，就是所謂「漸成改變」 (epigenetic change)。

「漸成作用」(epigenetics)解釋在細胞內基因活性如何被管制，哪些基因被打開或關閉，及所有這些情況都發生時哪些基因功能如何及何時變弱，例如，一個人肝臟與皮膚細胞含有完全相同的DNA，這兩種器官特殊的漸成設定顯示組織看起來非常不一樣並執行完全不同的工作，同樣地，在不同發育階段及整個生命期，不同基因可能在相同組織中會表現，研究人員對於真正何種機制控制所有這些情況的了解還差得遠，但是他們獲得了某些進展。

在細胞核內，DNA疊起被一些稱為「組織蛋白」(histones) 的蛋白質束包圍，它們帶有尾巴由核心伸出，影響基因表現的一個因素是這些尾巴經過「化學修飾」（chemical modifications）的模式，例如乙醯及甲基群存在與否，基因也能直接經由將甲基群結合至DNA上的酵素而「失去功能」(silence)，所謂「RNA干擾作用」(RNA interference, RNAi)系統能經由小型RNA股指揮此活性，同時控制DNA「甲基化作用」(methylation)及改變組織蛋白，這些RNAi分子係針對信使者RNA（股的長度要長得多，作為在DNA序列及預定製造蛋白質間的中間物質），藉打碎信使者RNA成為許多小段，RNAi製造出漸成「標記」(marks)來控制基因活性。

我們知道基因（可能也包括非編碼DNA）控制RNAi，也因此在決定一個人的漸成設定上產生作用，然而情況變得愈來愈清楚，環境因子也具有直接影響，帶有可能改變生命的衝擊，最明顯的例子來自蜜蜂，所有雌蜂都由基因完全一樣的幼蟲發育出，但是那些餵食「王漿」(royal jelly)的蜜蜂卻變成具有生育力的蜂后，而其他蜜蜂則命定一輩子成為無生殖能力的工蜂，在2008年5月，澳洲國立大學由Ryszard Maleszka領導的研究小組顯示漸成機制可解釋此現象，科學家使用RNAi來關閉蜜蜂幼蟲中一個製造「DNA甲基轉變酵素」(DNA methyltransferase)的基因，這是將甲基群加至DNA上所必須的一種酵素，結果大部分這些幼蟲孵出成為蜂后，而牠們從未吃過王漿(Science, DOI: 10.1126/science.1153069)。〈待續二〉