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YOU学科:基因新探索

2012年10月17日      家庭医生在线

  自然界中最神奇的过程,除去大峡谷是如何形成的、斧头鲨如何进化而来,就要数人是如何从一个小小的单细胞受精卵成长为一个由亿万个细胞构成的全新个体了。

  人体细胞中携带了23对染色体,这正是保存有我们DNA的基本结构。DNA是一套完整的指令系统,体现我们的身体将如何发育。这个指令系统负责调整我们的各项特征,每一单个的基因都是这个系统中的一个小小片断。(见图1.2)在这个世界上,没有两个长相完全一样的人,也就是说,来自母亲和来自父亲的DNA有限的结合可能,从而赋予了我们每个人的个性特征。当来自母亲的棕色眼睛和红色头发基因与来自父亲的蓝色眼睛和金色头发基因相遇时,其后代就有了四种基因组合的可能,他们是:棕眼睛配金发、棕眼睛配红发、蓝眼睛配金发、蓝眼睛配红发。如果以23对染色体来类推,那可能的排列组合是难以置信的,除非你对数学特别擅长:223,或者说是差不多830万种排列组合,这就意味着同一对父母要想生出基因完全一样的孩子,那个概率大概只有800万分之一(不包括长相相似的孪生兄弟姐妹)(见图1.3)。

  然而,这只不过是真相的一部分。现在来看看孪生子女的情况,虽然他们可能获得了完全相同的DNA,但他们沿着自己的轨迹衍生出了各自的特性:一个可能会是过敏体质,另一个可能不是;一个可能会患上某种疾病,另一个可能没有;一个可能是钢琴天才,另一个却或许五音不全。这些区别从何而来呢?这就要从他们的生活环境中找原因了,这个环境甚至要追溯到子宫中的环境,因为子宫环境甚至影响到了基因的不同表达。这就是发育遗传学要研究的问题。

YOU学科:基因新探索

  发育遗传学的原理是这样的:人类身体中的每一个细胞都包含大约2米长的DNA,这些DNA被压缩到大约直径只有5微米的微小原子核中,这就相当于把3000多公里长的缝纫线塞进一个网球当中。就像缝纫线一样,这些DNA被缠绕在一种蛋白质做的线轴上,这种蛋白质叫做组蛋白。在每一个细胞中,不是所有的DNA都能得以表达,或者用来制造成蛋白质;事实上,每个细胞中大多数的线轴都被储藏起来,有些甚至不再现身。

  有一个比喻能够形象地说明这个过程:你和你的伴侣,从各自的家庭带来了拿手菜菜谱,你拿出了一流水煮鱼菜谱,你的爱人带来了超级柠檬派菜谱,但也许不仅仅有两份菜谱,或许有成百甚至上千份菜谱(毕竟人类基因组中包含有大约2万到3万个基因)。有一些菜谱被写在索引卡片上,有一些记载在图书上,还有些被写在了鸡尾酒会餐巾纸上,你该如何处理这些支离破碎的菜谱呢?除非你把它们好好地组织起来,比如在那些你想伸手就能拿到的菜谱上粘上粉红记事贴,总之,给你最钟爱的菜谱贴上标签,这样你就能够迅速地找到,并且做一盘拿手好菜了。

  这就是发育遗传学的工作原理。

  基因就像菜谱——父亲和母亲各自给他们的下一代贡献了一份完整的菜谱,但他们的宝宝只能够使用其中的一份。父母双方都掌握着做相同食物的菜谱(眼睛的颜色、头发的颜色,脚趾甲生长的速度等),区别在于他们菜谱的版本稍有不同,专业的名称叫做等位基因。对于这些基因,你只表达来自母亲一方的或者来自父亲一方的——也就是说,只有一个版本是活跃的,而非两个版本同时活跃。

  那么,一个细胞是如何关闭24999个它不需要的基因,仅仅打开那几个它所需要的基因呢?每种细胞——人体内有大约200种不同种类的细胞——都需要知道哪几种基因是与之相关的基因,而在这几种基因里,哪种基因是需要表达的,不管它是来自父亲还是来自母亲。

  方法确实有。你的身体在某些特定的基因上粘贴了生物“记事贴”,它决定了要用哪个基因菜谱。而粘贴标签是通过几种化学作用完成的(例如甲基化作用和乙酰化作用),在你怀孕期间,你的行为会影响到这些化学作用,从而决定标签贴在哪个基因上,哪个基因得以表达,从而最终影响到宝宝的健康(见图1.4)。

  当DNA被贴上标签以后,使得基因有途径和能力可以表达。在给定时间内,你的基因只有4%处于可以表达的状态,而其他的基因则不能得到活跃的使用。正是发育遗传学解释了哪些基因被开启、哪些基因被关闭,从而使你成为独一无二的个体。

  下面的这个例子或许能帮助你理解发育遗传学的观点:人类跟一只猴子有99.8%的相同基因,两个婴儿拥有99.9%的相同基因,人类甚至跟一只香蕉有50%的相同基因。因此,单凭基因是不能解释我们在外貌、动作、行为和发育上的差别的。我们之所以跟猴子有如此巨大的差别,而人与人之间之所以有或大或小的差别,基因的表达方式从中起到了至关重要的作用。

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(责任编辑:杜丽华 )

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