表观遗传学

现在要进行基因组测序是越发容易了，但表观基因组的研究却并不简单，因为表观基因组中的甲基化、组蛋白修饰和染色质结构存在多种模式，比基因组要复杂的多。近年来,研究显示表观遗传学与越来越多的疾病和发育过程紧密相关，这也催生了表观遗传学检测技术的快速发展。从发现表观遗传学修饰影响蜜蜂发育的机制，到5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）检测技术的突破，下面我们就为您盘点2012年表观遗传学领域的五大头条新闻。

同性恋现象为何未被进化淘汰
Rice WR, Friberg U, Gavrilets S. Homosexuality as a consequence of epigenetically canalized sexual development. 2012. The Quarterly Review of Biology 87:4.

同性恋者难以繁衍后代，如果同性恋是完全由基因编码的性状，那么就应该会在进化过程中被淘汰。然而事实却并非如此，那么在性别发育的过程中是否存在其他起到重要影响的事件呢？在今年十二月发表的一篇文章中，一些进化生物学家和数学家们提出，表观遗传学调控可能在上述过程中具有重要作用。他们使用以同性恋发生频率为基础的数学模型，结合表观遗传学标志的遗传机制，描述了表观遗传学修饰在同性恋发展过程中的作用。他们在文章的末尾还提出了检验这一理论的实验，人们对这一研究的新进展拭目以待。

袋獾的传染性癌症
Ujvari, B., A.-M. Pearse, S. Peck, C. Harmsen, R. Taylor, S. Pyecroft, T. Madsen, A. T. Papenfuss, and K. Belov. 2012. Evolution of a contagious cancer: epigenetic variation in devil facial tumour disease.Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (November).

澳大利亚的研究人员发现，对于一种在澳洲袋獾Tasmanian devil种群中蔓延的传染性癌症而言，表观遗传学修饰是关键。在这些癌细胞中袋獾的基因组保持稳定，但表观基因组尤其是甲基化模式非常多变，从而大大影响了基因的表达模式。由于一些人类癌症也与表观遗传学改变有关，研究人员希望研究袋獾的癌症能帮助人们进一步了解人类癌症。
饮食对蜜蜂基因的影响
Foret, S., R. Kucharski, M. Pellegrini, S. Feng, S. E. Jacobsen, G. E. Robinson, and R. Maleszka. 2012. DNA methylation dynamics, metabolic fluxes, gene splicing, and alternative phenotypes in honey bees. Proceedings of the National Academy of Sciences (March).

对于蜜蜂幼虫来说，是什么决定它们未来成为蜂王还是工蜂？决定因素并非基因组编码，而是它们的饮食，以蜂王浆为食的幼虫将成为新的蜂王。这样的饮食能够影响幼虫的DNA甲基化模式，并使其发育出有功能的卵巢。研究人员为了分析饮食对发育轨迹的控制，比较了蜂王和工蜂幼虫头部的基因组甲基化模式，其中甲基化模式存在差异的基因着数以千计。他们从中发现了编码重要代谢调控子ALK酶（anaplastic lymphoma kinase）的基因，指出这种酶在营养环境与下游信号间非常关键，文章发表在今年的美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

甲基化传递的新方式

Petruk, S., Y. Sedkov, D. M. Johnston, J. W. Hodgson, K. L. Black, S. K. Kovermann, S. Beck, E. Canaani, H. W. Brock, and A. Mazo. 2012. TrxG and PcG proteins but not methylated histones remain associated with DNA through replication. Cell (August).

2012年，一项表观遗传学研究发现甲基化的组蛋白并没有转移给新合成的DNA，而是由未修饰组蛋白组装成了新的核小体，随后组蛋白修饰酶负责将这些组蛋白甲基化。这给该过程带来了新的复杂性，现在研究人员要关注的不仅是甲基化的组蛋白，还有负责修饰组蛋白的酶。（详见Cell新发现颠覆表观遗传传统认知）

5hmC检测技术的突破
Booth, M. et. al. 2012. Quantitative Sequencing of 5-Methylcytosine and 5-Hydroxymethylcytosine at Single-Base Resolution. Science Express. 1-4.

2012年见证了5hmC检测技术的突破，现在人们能够以单碱基分辨率来定位和定量5hmC。尽管数十年来人们一直知道5hmC的存在，但直到2009年研究者们才首次在哺乳动物细胞中鉴定了5hmC。由于重亚硫酸盐测序无法检测到5-甲基胞嘧啶与5hmc的差异，人们一直无法区分这两种表观遗传学标志。今年，人们终于找到了窍门，先转化二者再运行重亚硫酸盐测序，由此分别对二者进行了精确检测。现在人们面临着更艰巨的挑战，即揭示5hmC在癌症、发育和其它生物学过程中的作用。（详见鉴别DNA甲基化，总有一款工具适合你）

2012年，表观遗传学调控在发育生物学中的重要作用日益凸现，我们相信技术上的进步将会使该领域在2013年迎来更多的有趣发现。