Science：表观遗传学实现行为重编程
查字典生物网
2016-01-08
在佛罗里达木蚁中，大工蚁（majors）和小工蚁（minors）属于两个完全不同的阶级，它们的社会性行为存在很大差异。宾夕法尼亚大学领导的研究团队发现，这些阶级特异性的社会行为并非一成不变，可以人为地进行表观遗传学重编程。这一重要成果发表在本期的Science杂志上。
表观遗传学修饰可以在不改变DNA序列的情况下调控基因的活性。这种调控机制影响着动物的体型、衰老和行为，是近年来生命科学领域的一大研究热点。
在此之前，研究人员曾构建了首个蚂蚁全基因组表观遗传学图谱。研究显示，强壮大工蚁和聪明小工蚁之间的关键区别在于表观遗传学调控。大工蚁头大、上颚发达，能与敌人战斗，也能处理和运输大块食物。小工蚁体型小数量多，承担着寻找食物的重要职责，它们会在大丰收的时候寻求帮助。与大工蚁相比，小工蚁的大脑发育基因和神经传递基因存在过表达。
宾夕法尼亚大学的ShelleyBerger、亚利桑那州立大学的JuergenLiebig和纽约大学的DannyReinberg领导团队，通过影响蚂蚁的组蛋白乙酰化，直接改变了阶级特异性的觅食行为。他们用化合物抑制组蛋白乙酰化的添加和去除，改变了附近基因的表达水平，重编程了蚂蚁的觅食行为。（延伸阅读：Nature子刊：华大基因参与破解白蚁基因组）
“这些结果说明，蚂蚁和其他动物的行为可塑性，可能受到了组蛋白乙酰化的表观遗传学调控，”文章的第一作者DanielF.Simola说。
蚂蚁、白蚁以及一些蜜蜂和黄蜂属于真社会性（eusocial）昆虫，是研究社会行为的理想模型。此前的研究表明，组蛋白乙酰化能在基因完全相同的个体之间形成很大的基因表达差异，决定蚂蚁不同等级的体型和繁殖能力。这项研究意味着，蚂蚁的阶级性社会行为也受到组蛋白乙酰化的控制。
高等生物的细胞核负责储存基因组DNA，这些DNA环绕着由四种组蛋白组成的八聚体，形成碟状的核小体结构。基因组DNA以这样的形式包装成为染色质，使DNA受到良好的保护。但在这种紧密包装的状态下，介导DNA转录、修复和复制的酶难以接触到DNA，也就无法执行其正常功能。组蛋白乙酰化可以改变染色质结构，使DNA展开。
