性别之战

正如丽贝卡提到的，我们听到的第一个演讲是来自宾夕法尼亚大学细胞和发育生物学教授玛丽莎·巴托洛梅(Marisa Bartolomei)，她在2017年遗传学学会奖章讲座上讲述了她在基因组印记方面的工作。Kat Arney首先请她解释什么是印记。

玛丽莎-基因组印记是一个只影响少数基因的过程。它是哺乳动物。基因组印记的底线是，这些少数基因只能通过母亲的等位基因或父亲的等位基因表达——他们从母亲那里继承的拷贝或从父亲那里继承的拷贝。另一个拷贝被抑制了。

凯特:对于大多数基因来说，我们从母亲那里得到一份拷贝，从父亲那里得到一份拷贝，实际上，这是一个备份系统。如果一个坏了，另一个还可以。但这些基因，要么是母亲的拷贝要么是父亲的拷贝。是不是在所有的细胞中只有父亲或母亲的拷贝被激活而另一个被关闭?

玛丽莎:所以对某些基因来说，它存在于所有细胞中，但对其他基因来说，有组织特异性印记。例如，可能只有一个亲本拷贝在大脑或胎盘中有表达，而其他组织通常有两个拷贝。所以有很多不同的变体。但对于其他基因来说，它无处不在。无论基因在哪里表达，它都只在其中一个拷贝中表达。如果是母亲的基因，那就永远是母亲的基因。

凯特:我们说的是哪一种基因只有来自母亲才有活性，或者只有来自父亲才有活性?这些基因之间有共同的特征吗?

玛丽莎:是的。所以我认为当我们刚开始研究和思考这个问题的时候，我们认为这些基因中的大多数都是生长调节基因和在胚胎和胎儿中很重要的基因。但随着时间的推移，我们发现基因有其他特性这些特性不局限于胎儿的生长这些特性影响着行为，影响着出生后的能量平衡。

因此，它们的特性是非常多样化的，你不能再说，这些是生长调节类型的基因。也可能只有少数人的印记是重要的，而其他人只是旁观者。它们只是在一个印记基因的区域，它们就这样走了。

但在这一点上，我们不太容易判断。也就是说，我们可以说印记在老鼠和人类之间是高度保守的，所以一定有什么东西维持了对印记基因的选择。

凯特，我记得有一种观点认为，来自父亲的活跃基因是那种使胎儿长得很大的基因，因为它们试图从母亲那里吸取所有的资源，而来自母亲的复制基因则试图抑制这一点。但你的意思是它比这更复杂。

玛丽莎:我的意思是，我认为这有点复杂，尽管这仍然是主流的理论，从进化的角度研究印记的人似乎真的专注于这些类型的特征。但你可以说，行为特征对母亲或父亲的照顾也很重要。

我们不太清楚印记的进化目的但我们知道它是存在的，我们有兴趣研究这些基因是什么，它们是如何被调节的以及它们对人类健康的影响。

凯特-让我们再来解释一下。我们知道这是如何控制的，在这些细胞中，为什么只有来自父亲的拷贝是活跃的，母亲的拷贝是关闭的，或者相反，当只有母亲的拷贝是打开的，父亲的拷贝是关闭的?是什么分子细节使这种活动或沉默发生?

玛丽莎:我们确定的一件事是，大多数印迹基因都是在基因组中聚集在一起的。我们也知道它们是由这些DNA小片段调控的，可能只有一千碱基的长度。这些DNA片段似乎具有表观遗传修饰，以父母特定的方式进行。因此，可能存在DNA甲基化或染色质修饰。

它们要么来自父亲的生殖细胞，要么来自母亲的生殖细胞。因此，当卵子和精子相遇进行受精时，它们已经有了母亲的特定标记或父亲的特定标记。一旦它们进入受精卵，它们就会说:“我来自妈妈。我是从爸爸那里来的。我会积极的。我会被压抑的。”

因此，在种系中发生了很多这些印记的事件受精后，它们被正常的机器读取读取其他所有的东西和基因组在发育过程中打开或关闭一些东西。

我总是喜欢把这些表观遗传修饰想象成便利贴或便利贴。所以，你是说它们是在鸡蛋里被植入的。当妈妈们产卵的时候，就像是，“好吧，这些基因都来自我”，而在爸爸的精子里，就像是，“这些基因都来自我”。但如果胚胎长大后产生卵子或精子取决于它是男性还是女性，那么所有这些标记都必须重新取下并重置。

玛丽莎:没错。然后这些便利贴被撕掉，处理掉，然后在它们变成卵子或精子的过程中，它们说，“好吧，它们知道我是一个卵子。“我是一个精子”部分是由它们的基因组成部分是由它们的环境决定的。他们说:“好吧，我现在是鸡蛋了。我会在卵母细胞发育期间和排卵前打上标记。”

然而，如果它们在精子中，它们会说，“好吧，我知道我在男性生殖细胞中。我要记下我的分数。”因此，它们知道这一点，但它们取出体细胞组织中存在的物质，将其清除，然后重新开始。这对这些印记的生命周期至关重要。

凯特:所以我们就有了这样一个循环，来自母亲的印记，来自父亲的印记，形成带有母亲基因或父亲基因的胚胎，把它们消灭，再开始，周而复始，周而复始。所以我们知道这是它正常工作的方式。但是在某些情况下，它会出错吗?有什么疾病与这种印记有关吗?

Marisa -所以，有很多印记障碍，比如过度生长障碍和欠生长障碍，比如beckwithwiedemann综合征和silverrussell综合征，还有一些神经行为障碍，比如Angelman综合征和Prader-Willi综合征，以及其他印记障碍。在某些情况下，只是基因表达拷贝中的缺失或突变导致了这种疾病。

但也有一些情况取决于疾病的流行程度它们只是在种系中出现的印记标记错误或者可能在配子体形成过程中发生了一些事情它被抹去了一点或者在受精之后，发生了一些事情。目前还不清楚，但我们可以看到，在一些患有贝克威兹-魏德曼症或西尔弗-罗素症的孩子身上，他们的细胞中会有一个马赛克图案，因此一些细胞的DNA甲基化看起来是正确的，正常的，而一些细胞则失去了甲基化。

因此，我们不知道是否在发育早期发生了什么事情导致了这种情况，如果有环境扰动。我的实验室和其他一些实验室研究的事情之一是辅助生殖技术对印记的影响。通过小鼠模型，我们已经证明，辅助生殖中使用的一些技术可能导致一些错误，无法维持适当的印记，从而导致这些疾病。

凯特-基本上是体外受精。

玛丽莎:没错，这与贝克威斯-魏德曼综合症的发病率增加有关。所以卵子、精子或早期胚胎所处的环境对合适的印记非常重要。

Kat:现在我们知道了这些印记基因的存在，并且开始了解它们是如何工作的，那么还有什么大问题呢?我们还需要知道什么?

玛丽莎:我认为还有很多大问题，那就是，这些基因是如何在生殖系中被识别出来的，如何被修改或标记为它们的亲本起源。这是我们和其他人仍在努力的另一件事。所以仍然有很多非常重要的问题需要回答，因为它影响人类健康，这是我们真正想要深入研究的问题。

Kat - Marisa Bartolomei来自宾夕法尼亚大学。

佛罗里达大西洋大学的研究人员开发了一种新的方法来确定濒临灭绝的海龟宝宝的性别，并将他们的发现发表在《解剖记录》杂志上。

虽然许多物种使用性染色体——比如我们自己的哺乳动物的X和Y染色体——但海龟的方式不同。

在温度较高的地方孵化的卵往往是雌性，而在温度较低的沙子上孵化的卵更有可能是雄性。

新测试的重点是测量一种叫做CIRPB的蛋白质的水平，这种蛋白质在雌性海龟的卵巢中含量很高，即使在孵化阶段也是如此，但在雄性海龟中含量要低得多。

当研究人员将CIRPB测量方法与传统的海龟性别测定技术进行比较时，新测试对红海龟的成功率为93%，对棱皮龟的成功率为100%，这表明该测试是可靠的和可重复的。

随着全球气温的上升，有证据表明，海龟的数量正朝着雌性更多的方向倾斜，如果没有足够的雄性海龟，这可能会使这个物种面临灭绝的危险。

更棘手的是，海龟的性别从解剖学上看并不明显，直到它开始接近性成熟，这可能需要至少十年的时间。

开发这种方法来快速、轻松地确定新孵化的海龟宝宝的性别比例，对于试图追踪和保护该物种的环保主义者来说是一个至关重要的工具。

是时候听听春季会议上另一位演讲者的演讲了——来自伦敦弗朗西斯克里克研究所的Bryony Leeke，他的演讲是“新可处理系统”系列演讲的一部分。Kat Arney事后忍不住跟她聊了聊她正在研究的动物……

Bryony -所以我们研究负鼠。它们来自南美洲，大小和老鼠差不多这使它们成为研究有袋动物生物学非常有用的模型动物，因为它们很容易在实验室里饲养，因为它们很小，吃正常的食物就像老鼠或老鼠一样。

什么是有袋动物，为什么它们很有趣，它们和我们这样的哺乳动物有什么不同?

所以有袋动物基本上是哺乳动物的早期进化形式。在大约1.8亿年前的进化过程中，它们从我们这种哺乳动物中分离出来。它们在某些方面是相似的。它们给幼崽喂奶，幼崽在它们体内发育。但它们的不同之处在于，它们的孩子出生时发育更早——基本上，看起来仍然像老鼠的胚胎。

它们爬上妈妈的肚子，然后附着在她的乳头上，从外面吸奶，在那里完成发育。所以它们对于研究早期发育的各个方面非常有用因为它们已经在母亲的外部了。它们很容易学习。

凯特:你想用负鼠观察什么东西?你把它们放在你的实验室里。

Bryony -是的，它们和我们一起住在弗朗西斯克里克研究所的小笼子里我们用它们来研究性染色体。在像我们这样的哺乳动物和有袋类哺乳动物中，雄性有一条X染色体和一条Y染色体，雌性有两条X染色体。我们感兴趣的是了解这些性染色体是如何进化的。例如，为什么女性有两条X染色体，因此，来自X染色体的基因数量是只有一条的男性的两倍?

我们知道，在老鼠中，雌性老鼠实际上通过关闭一条X染色体来应对这种情况，所以它们的X染色体基因数量与雄性老鼠相同。我们感兴趣的是研究同样的过程是如何发生在有袋动物身上的，以及这能告诉我们这个过程的进化过程。

凯特-还有一些其他种类的动物。比如鸭嘴兽，它们不是有袋动物，也不是哺乳动物，它们是别的东西。我们对他们了解多少?

Bryony -这些被称为单孔目动物，它们也是哺乳动物，因为它们用奶喂养幼崽。但与有袋动物和人类不同的是，它们产卵。所以她们的孩子不会在子宫里发育。他们甚至更奇怪。它们的性染色体和我们或负鼠的不一样。它们有五条X染色体和五条Y染色体。这实际上是一幅令人困惑的画面。澳大利亚有一些非常优秀的研究人员在研究它们，但它们很难研究，因为它们非常罕见，所以我们对它们知之甚少。

Kat:为了理解X染色体和Y染色体是如何工作的，你还想知道负鼠的X染色体和Y染色体是如何工作的吗?

Bryony -这是个很好的问题。我们知道，在老鼠中，X染色体关闭的方式是一个特殊的基因制造了一个非常非常长的RNA，复制了很多很多。这个RNA包裹着即将被关闭的染色体基本上就像把东西绑在一串绳子上以使其紧密。我们的实验室在负鼠身上发现了一个类似的基因，它似乎做同样的事情，但它不是同一个基因。所以它们在进化过程中是分开进化的，但基本上做同样的工作，这很酷!

我们很想知道接下来会发生什么。我们知道有一种特殊的基因可以关闭一些东西，但在老鼠身上，有很多二级和三级过程来确保染色体保持关闭状态。这些都是表观遗传过程。所以我们现在正在研究负鼠身上同样的过程，看看是什么样的表观遗传学使那条染色体保持沉默。

弗朗西斯·克里克研究所的凯特·布赖尼·李克。