先父遗传【转载】

学术中国 320 26

19世纪中叶,生物学家达尔文曾记载过这样一件事:在英国的乡村,一头花白相间的母猪同一头暗棕色的野公猪交配,生下了杂种仔猪。不久野公猪死了,这头母猪又与本地的公猪交配,生下了第二胎仔猪。令人费解的是,这胎仔猪的身上长着斑驳错落的棕色鬃毛,仍然有点像它们的“先父”。达尔文把这一现象称为间接遗传,现代人则叫做先父遗传。对于这一现象,达尔文绞尽脑汁,依然不得其解。

近一个多世纪以来,经过各种考察和研究,科学家发现先父遗传现象不仅在猪、牛、羊等动物中存在,在人类生儿育女的过程中也屡见不鲜。有些生物学家对此作出了这样的解释;在自然界中,两性的交配并不一定“马到成功”,即使有一个精子和卵子结合了,也总有亿万个精子未能旗开得胜,它们会发生自溶,释放出大量的核蛋白;这些核蛋白及其分解产物,通常就被母体生殖器官的内膜所吸收,进而影响以后的受精和胎儿的发育。

另外一些生物学家认为,精液中含有多种性激素,交配后这些性激素同精液一起被母体的生殖器官所吸收;性激素和精液中的遗传物质脱氧核糖核酸,在母体内往往会使性腺细胞的一些生化反应发生变化,从而使以后卵细胞的一些性状随之而起变化。

19世 纪 ,乔 治 ·道 格 拉 斯(16世 莫 顿 伯 爵 )先 使一 匹 阿 拉 伯 母 驴 和 一 匹 斑 驴 交 配 ,其后又将同一匹 母 驴 与 另 一 匹 黑 色 阿 拉 伯 马 交 配 ,后次交配产生的 子代 的四条腿上 带 有与先前 的 斑驴相似的条纹象 最 早 被 外 科 医 师 Everard 所 发 现 的 ,后 来 又 被 达 尔 文 引 证 ,达 尔 文 认 为 “毫 无 疑 问 ,斑 驴 影 响 了阿 拉 伯 母 驴 与 后 来 那 匹 黑 色 阿 拉伯马的后代的特 征”,并 认 为 这 一 例 证 强 烈 支 持 他 的 泛 生 论 假 说 [1-2]。1896年 ,Webber[3]报 告 ,一 位 女 性 先 与 一 位 红 色 头 发 的 男 性 结 婚 ,随 后她又嫁给了另 一位深色头发的 男 性 并 与 这 位 丈 夫 生 下 许 多 孩 子 ,这些孩子都与她 的 首 位 丈 夫 相 像 ,拥 有 红 色 头 发 。 Webber认 为 ,女 性与 第二任丈夫 生 的孩子有 可 能长得像她的第一任 丈 夫 。动物饲养 者 一直以来 都 担心珍贵的纯种雌性 动 物(马 、猪 、羊 、狗 等 )如果与一个非纯种的雄性动 物 交 配 ,它 们 的 纯种特性将永远 被 污 染 。 第 一 次 的 受 精 将 影 响 持 久 ,因 为 胚 胎 不 但" 接 种" 了 母 亲 的 血 液 ,还 包 括 所 有 和 她 交 配 过 的 雄 性 。 这 一 学 说 在 19 世 纪 一 直 得 到 科 学 界 的 认 可 ,魏 斯 曼 (1834 年 ~1914年 ,德 国 生 物 学 家 )给 这 一 理 论 起 了 一 个 令 人 印 象 深 刻 的 希 腊 名 字 ——— telegony (先 夫 遗 传 )。先 父 遗 传 被 定 义 为 ,先前的男性可能会对同一位女性 与 后 来 其 他 男 性所生育的后代的特征造成 影 响 。

这 一直以来都是遗传学中一 个 非 常 有趣 并富 有争议 的 问 题[4]。长 久 以 来 ,虽 然 人 们 在 动 物 、植 物 甚 至 人 群 中 观 察 到 许 多 类 似 现 象 ,但现代文献也同时报道了阴 性 结 果[5-7],在 现 代 生 物 学 中 ,它 并 未 占 有 一 席 之地 且 受 到 质 疑[4]。 然 而 ,从一些细胞生物 学 和 生 物 化 学 的 研 究 结 果 中 ,我们仍可以找到许多先父遗传 的 理 论 依 据 。

1 精子穿透女性生殖 道 的 体细 胞组织

1910年 早 期 ,Kohlbrugge[8-9]分 别 在 雌 性 老 鼠 、

兔 子及蝙蝠的子宫及输卵管 的 黏 膜 细胞 中观 察到许 多 精 子 ,并 认 为 这 些黏膜细胞的改变可以介导父系 对 胚 胎 的 影 响 ,且 这种影响会从一次妊娠延续至下

一 次 妊 娠 。Austin等[10-12]对 豚 鼠 、大菊头蝠和普通 油 蝙蝠的观察也进一步证实 精 子 确 实进 入了 子宫的黏 膜 ,而 输 卵 管 峡 部黏膜的基因信息可能被侵入的 精 子 所 改 变 ,这 类 似 于 细 菌 的 转 变 。1974 年 ,Ben-dich等[13]证 精 液 甚 至 可 以进入 培养的中华仓鼠 的 成 纤 维 细 胞 并 导致其细胞特征发生改变 ,这 进 一步 说 明 了 精 液 可 以 向 细 胞 传 送 遗 传 信 息 。2009 年 ,

Brodsdy和 Ivanov 提 出 ,在 体 内 ,精子同样可以穿 透 体 细 胞 并 形 成 有 活 力 的 嵌 合 体 细 胞 ,且 这 种 细 胞在 体 内 可 以 存 活 很 长 时 间[14]。 精子有能力穿透女 性 生 殖 道 的 细 胞 ,这为外源性精子 所携带的遗传基 因可 能改变女性 生 殖细胞的 基 因组信息提供了物质 基 础 。

2 外 源 性 DNA 掺 入 体 细 胞

Watson等[15]在 1983 年 用 氚 化 胸 腺 嘧 啶 标 记DNA,人 工 授 精 24~48 h 时 ,至 少 有 9% 的 标 志 物 穿 过 了 子 宫 壁 ;使用 经标志的精液处理动物 ,其 卵

巢 、肾上腺 和肠系膜淋巴 结中都显示大量的标志物 。他 们 认 为 ,淋 巴 系 统为精子从子宫 散布至母体组织 的 过 程 提 供 了 途 径 。Bendich 等[13]发 现 ,仅 仅 将 二 者混 合培养即可 发 生精子穿 透 哺乳类动物的体细胞 的 现 象 。尽 管 裸 露 DNA 转 移 进 入 骨 骼 或 心 肌 的 效 率 相 对 较 低 ,但 它 确 实 可 以 进 入 体 内 细 胞 并 被 表达[16]。近 年 来 ,Herweijer 等[17]更 是 证 明 ,通 过 电穿 孔 、血 管 内 途 径 及 尾 内 注 射 DNA 等 方 法 ,裸 露 的质 粒 DNA 可 以 有 效 地 转 入 体 内 细 胞 。 Holmgren

等[18]在 1999年 证 实 ,凋 亡 小 体 的 DNA 被 转 移 至 吞 噬 细 胞 的 细 胞 核 内 ,且 这 些 转 移 来 的 DNA 随 着 时间 的 推 移 保 持 稳 定 。由 此 可 以 假 设 ,每 次 性 交 后 ,数以 百 万 的 携 带 DNA 的 精 子 进 入 女 性 体 内 ,未 用 于 受精 的精子凋亡 后 可能被母 体 组织的吞噬细胞所摄 取 ,如 果 这 些 外 来 的 DNA 可以 掺 入体细胞并影响 卵 子 ,那 么 该 女 性 的后代就很有可 能表现出这些异 常 成 分[19]。当 然 ,在 自 然 界 ,这 种转染率是非常低 的 ,这也许 可以解释先父 遗传的低发生率 。

3 母 亲 血 液 中 存 在 胎 儿 基 因

1997年 ,Lo 等[20]首 次 发 现 母 体 血 浆 中 存 在 胎 儿 基 因 ;2012年 ,Fan等[21]报 告 ,在 怀孕的母亲血样 中 可 以 检 测 出 胎 儿 的 完 整 的 基 因 组 序 列[21]。 这 些发 现 不 仅 使 非 侵 入 性 产 前 诊 断 成 为 可 能 ,更 为 先 父遗 传 理 论提 供 了非常好的佐 证 。2012 年 ,Chan 等[22]发 现 ,在 很 多 女 性 脑 内 存 在 男 性 DNA,推 测 可 能 是 因 为 这 些 女 性 在 孕 育 胎 儿 期 间 ,胎 儿 的 DNA穿 过 了 血 脑 屏 障 并 定 植 于 母 亲 脑 内 。许 多 事 实 可 以证 明 ,来 自 胎 儿 的 外 源 性 DNA 可以进入母体的卵 母 细 胞 。Gordon 等[23]首 次 发 现 ,可以通过微注射 将 质 粒 重 组 体 转 入 母 鼠 的 卵 母 细 胞 ,且 该 注 入 的DNA 在 其子代长成的 小 鼠 中可以被检测到 ;在 进 一 步 的 实 验 中 ,他 们 证 实 这 些 DNA 被 整 合 入 基 因 ,20%的 小 鼠 后 代 带 有 该 转 入 基 因 。Carballada等[24]证 实 ,从 卵 巢 收 集 来 的 卵 细 胞 非 常 容 易 被 转 染[24]。早 期 胚 胎 DNA 常 发 生 短 暂 的 断 裂 ,这 可 能 给 外 源 性 DNA 的 掺 入 提 供 了 途 径[25]。 在 怀 孕 期 间 ,胎 盘细 胞将许多核酸片段入母体 血 液 ,因 此 ,孕 妇 的 血 液

中 含有她自己和她胎儿的基 因 混 合 物 ,数 据 显 示 ,母体 中 含 有 10% 左 右 的 胎 儿 DNA,理 论 上 这 其 中 有 一 半 来 源 于 父 系 DNA[26]。 随 着 妊 娠 持 续 ,胎 儿 的

基 因持续释放入母亲的血液中 ,母 体 的 卵 巢 、初 级 卵母 细胞有很大的机会接受来 自 于 父 系的 基因 并被其 转 染 。如果这个被转染的卵 母 细 胞 日后 被另 一位男 性 的 精 子 融 合 ,那 么他们的后代则会表现出母亲前 夫 的 遗 传 特 征[27]。 胎 儿 的 基 因 在 分 娩

后 仍 可 以 在 母 体 内 存 留 数 年 至 数 十 年[28]。 当 这 些 存 留 于 母 亲 体 内的来自于胎儿的父系基 因 掺 入 该母 亲与 另一男 性 所 生 胎 儿 的 体 内 基 因 时 ,那么这个胎儿理所当然 就 会表现出先前那位男性的 特 征 。

4 精 子 RNA 介 导 的 非 孟 德 尔 遗 传

Ostermeier等[29]研 究 了 10 位 有 生 育 能 力 的 男 性 的 精 液 ,发 现 精 液 中 含 有 3000 种 不 同 的 mRNA,其 中一些编码胚胎早期发育 所 需 的 蛋白 质 。在 受 精

时 ,一 组 特 殊 的 有 功 能 的 RNA 会 进 入 卵 母 细 胞 并 可 能 在 胚 胎 早 期 发 育 中 发 挥 作 用[30]。 现 已 充 分 证实 ,在 反 转 录 病 毒 及 反 转 录 因 子 的 反 转 录 过 程 中 ,

RNA 可 以 作 为 DNA 合成的模板 并指导基因组重 排[31-32]。精 子 可 以 穿 透 体 细 胞 ,理 论 上 可 以 将 RNA传 入体细胞并发挥调控及遗 传 效 应 。反 转 录 病 毒 及

反 转 录 因 子 可 以 易 化 该 转 染 并 将 mRNA 逆 转 录 成cDNA,使其 整 合 入母体 卵细胞基因并在子 代 中 表达[27]。

虽 然 达 尔 文 及 许 多 19 世 纪 的 著 名 生 物 学 家 支 持 先 父 遗 传 学 说 ,但由于一些学者的反对及一些实 验 得 到 的 阴 性 结 果 ,先父 遗传长期受到质疑 。 如 果 先 父 遗 传 属 实 ,那 么 一 对 夫 妇 的 几 个 孩 子 中 ,越 小 的 孩 子应该越像父亲 ,而 事 实 却 并 非 如 此 。直 至 如 今 ,我 们仍缺乏有力的实验室证据 。也 许 进 一 步 精 确 比较 处 女 怀 孕 前 后 的 DNA 差 别 ,或 母 体 其 他 部 位 的 细 胞 DNA 和 生 殖 细 胞 DNA(包 括 其 他 对 繁 殖 后 代有 影 响 的 细 胞 )的 差 别 ,将 会 有 助 于 对 先 父 遗 传 作 出基 本 的 判 断 。无 论 支 持 或 反 对 ,先父遗传现象有待 更 进 一 步 的 研 究 。

人们已经从先父遗传的现象中得到了启发:在畜牧业中,当优良品种的公畜比较缺乏时,应该让尽可能多的母畜先与这个良种公畜交配,这样便能得到质量优异的幼畜,即使这些母畜以后与别的公畜交配,也能使后代保持一部分优良性状。

参 考 文 献

[1] Darwin C.The variation of animals and plants under domesti-

cation[M].London:John Murray,1868.

[2] Liu Y.A new perspective on Darwin’s Pangenesis[J].Biol

Rev,2008,83(2):141-149.

[3]  Webber HW .Telegony[J].Br Med J,1896,2(1871):

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