北京基因組所等揭示Y染色體表觀信息遺傳機制

　　表觀遺傳學是與傳統遺傳學相對應的概念。遺傳學以基于DNA序列的中心法則來傳遞遺傳信息，在人群中，遺傳信息在世代之間穩定遺傳，那么表觀遺傳信息是否像遺傳信息一樣可被子代繼承，尚缺少相關有力證據。DNA甲基化是非常重要的表觀遺傳信息，是表觀遺傳學研究的重要內容。目前，鮮少有DNA甲基化在人群中的繼承性研究，其難處在于，子代的基因組信息來源于父母雙方，其同源染色體間的交換，難以保證表觀遺傳的差異是否源于不能確定的子代與父代之間的遺傳信息的來源一致性，以及進化和分化時間明確樣本的選擇。

　　近日，中國科學院北京基因組研究所精準基因組醫學重點實驗室孫英麗課題組與上海復旦大學生命科學學院合作，就人群 DNA甲基化的遺傳繼承性進行了深入研究。首次將用于人類學研究的人類Y染色體DNA單倍型類群模型應用于人群表觀遺傳規律的研究中。Y染色體只能父子相傳，所以可以在長時間人類遺傳過程中，保持穩定的可追溯的傳遞性。基于Y染色體遺傳變異特性，根據Y染色體上的基因突變點可將人群分為不同的Y染色體單倍型類群，從而繪制人類Y染色體譜系樹，用于研究人群在父系關系上的遷徙和發展。

　　該研究通過Y染色體單倍型模型對分屬于12個不同單倍型的72個男性樣本的DNA甲基化對比分析發現，Y染色體上的DNA甲基化模式無論在具有三代直系親屬關系的個體間或不同地域的同一單倍體型個體間，還是在不同單倍型個體間，均具有很強的保守性，這些個體間的最長分化時間可長達5萬年。在其中兩個單倍型樣本中，分別發現了樣本共有特異性差異甲基化位點，擴大樣本研究發現，差異甲基化位點在該單倍型所有樣本中均存在，為單倍型特異甲基化位點。為了進一步驗證位點甲基化差異產生機制，研究人員進行了DNA序列分析，發現單倍型特異的甲基化差異位點均在序列上發生了突變，是由胞嘧啶的點突變所造成的甲基化水平的差異。這些研究結果顯示，在遺傳過程中，表觀遺傳信息與遺傳信息是相輔相成的，Y染色體上的DNA甲基化模式是相對保守和穩定的，伴隨有DNA序列改變的甲基化改變可穩定遺傳給后代，而不與SNP偶聯的可能由其他潛在因素所產生的甲基化改變很難遺傳給后代。

　　該項目的主要負責人包括孫英麗、上海復旦大學生命科學學院教授李輝以及中科院院士金力。該研究從不同視角對表觀遺傳信息的繼承性進行了探索研究，為破解表觀遺傳之謎提供了很好的基礎，具有重要意義。Y染色體的表觀修飾的穩定性和保守性也從另一層面揭示了Y染色體DNA甲基化在人類男性遺傳進化過程中的重要作用，其在幾萬年的進化時間內甲基化的保守性可以與鉆石的恒久性相媲美。相關研究成果以Epigenetic Pattern on the Human Y Chromosome Is Evolutionarily Conserved 為題發表在PLoS One 雜志上。該研究得到中科院戰略性先導專項、科技部重點基礎研究發展計劃（“973”計劃）、國家自然科學基金等項目的資助。

男性人群Y染色體上DNA甲基化繼承性研究（圖A. Y染色體單倍型及分化時間信息；圖B. 人群Y染色體DNA甲基化水平對比分析；圖C. Y染色體DNA甲基化信息繼承模式圖）