一個(gè)改變了的有絲分裂紡錘體，可防止母本和父本DNA的混合，從而產(chǎn)生了一個(gè)單親的后代。那么它可能對(duì)印跡和表觀遺傳學(xué)研究有何影響呢？

性可能是神秘的，但從遺傳學(xué)上來(lái)說(shuō)，接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么并不神秘。精遇到卵子，遺傳混合隨之而來(lái)，然后，承載著母親和父親混合遺傳屬性的下一代就出生了。

這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為孟德?tīng)栠z傳，自古以來(lái)，正是通過(guò)這種方式，有性生殖的生物——從人類(lèi)、果蠅到恐龍得以繁衍生息。但事實(shí)證明，他們不一定要這樣。延伸閱讀：挑戰(zhàn)孟德?tīng)柡瓦_(dá)爾文定律的基因；自私基因打破百年孟德?tīng)柗蛛x定律；Science：當(dāng)CRISPR技術(shù)遇上孟德?tīng)栠z傳定律。

在《Nature Biotechnology》發(fā)表的一項(xiàng)研究中，馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所的Judith Besseling和Henrik Bringmann，在秀麗隱桿線蟲(chóng)中描述了一種所謂的“非孟德?tīng)栠z傳”的策略。修補(bǔ)有絲分裂紡錘體，可破壞在*個(gè)胚胎細(xì)胞分裂前發(fā)生的母系和父系遺傳物質(zhì)融合。因此，通過(guò)這個(gè)過(guò)程所產(chǎn)生的細(xì)胞代表父母其中一方，而不是兩方。

瑞士洛桑大學(xué)的博士后研究員Alexandra Bezler也研究非孟德?tīng)栠z傳，她說(shuō)：“這項(xiàng)研究是開(kāi)創(chuàng)性的。以前沒(méi)有人這樣做過(guò)。”

據(jù)Bringmann介紹，該方法具有廣泛的應(yīng)用范圍，從育種學(xué)和表觀遺傳學(xué)，到合成生物學(xué)。“這是一個(gè)很好的概念驗(yàn)證，表明通過(guò)改變細(xì)胞的生物學(xué)結(jié)構(gòu)，我們可以制備具有新性能的細(xì)胞——并zui終制備出動(dòng)物。”

調(diào)節(jié)基因的表達(dá)
孟德?tīng)栠z傳并非Bringmann的研究重點(diǎn)。他的實(shí)驗(yàn)室主要集中于睡眠的調(diào)節(jié)和功能，但在遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的背景下，他還研究有絲分裂紡錘體。

在2011年，Bringmann的研究團(tuán)隊(duì)描述了一種方法，通過(guò)調(diào)整密碼子的使用，來(lái)調(diào)節(jié)線蟲(chóng)外源蛋白的表達(dá)。基本上，通過(guò)細(xì)胞的tRNA豐度來(lái)指導(dǎo)一個(gè)轉(zhuǎn)基因中密碼子的使用，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他們可以促進(jìn)或抑制線蟲(chóng)體內(nèi)的蛋白表達(dá)。他們用來(lái)測(cè)試這種方法的其中一個(gè)蛋白是GPR-1——有絲分裂紡錘體的一個(gè)組成部分。

在細(xì)胞分裂中期，有絲分裂紡錘體由微管和分子馬達(dá)構(gòu)建而成，定位在分裂細(xì)胞中心的姐妹染色單體，然后在后期把單個(gè)染色體分開(kāi)，從而確保兩個(gè)子細(xì)胞能接收全部的遺傳物質(zhì)。

GPR-1是這一過(guò)程的一個(gè)臨界力調(diào)節(jié)器。GPR-1缺失可削弱紡錘體拉力；蛋白質(zhì)的過(guò)度表達(dá)可能分解結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生的不是一個(gè)雙記紡錘體，而是兩個(gè)單極紡錘體。Bringmann想知道，在胚胎發(fā)育的*次細(xì)胞分裂過(guò)程中發(fā)生了什么。

為了弄清這一點(diǎn)，他和Besseling使用密碼子適應(yīng)性來(lái)增加GPR-1在秀麗隱桿線蟲(chóng)生殖細(xì)胞中的特異表達(dá)。然后他們讓一個(gè)精和一個(gè)卵子受精，并通過(guò)時(shí)間推移顯微鏡觀察發(fā)生了什么事。據(jù)預(yù)測(cè)，兩個(gè)原核——每一個(gè)都包含一個(gè)親本的遺傳物質(zhì)，被猛拉分離成兩個(gè)子細(xì)胞，才可以融合。因此，從這些胚胎生長(zhǎng)起來(lái)的線蟲(chóng)，含有來(lái)自父親或母親的遺傳物質(zhì)，而不是兩者兼有。

Bringmann說(shuō)：“這是一件很酷的事情，并且它是可行的。每當(dāng)你將這些有絲分裂紡錘體混在一起時(shí)，通常會(huì)有一種致命的殺傷力。但在這種情況下，遺傳物質(zhì)的分離是如此的干凈，因此能使胚胎存活下來(lái)。”

五彩繽紛的線蟲(chóng)
為了生動(dòng)地證明這一點(diǎn)，Besseling和Bringmann用綠色熒光蛋白（GFP）標(biāo)記GPR-1過(guò)表達(dá)的雌雄同體，用紅色熒光蛋白tdTomato標(biāo)記正常雄性個(gè)體。在正常的孟德?tīng)栠z傳中，產(chǎn)生的后代是由*表達(dá)兩個(gè)蛋白（在雙色覆蓋中它們顯示黃色）的細(xì)胞構(gòu)成的。但是當(dāng)GPR-1過(guò)表達(dá)時(shí)，動(dòng)物包含的細(xì)胞是單色的。

在模式生物中，線蟲(chóng)是*的，因?yàn)樗幸粋€(gè)定義的和不變的細(xì)胞譜系。研究人員已經(jīng)地查明在成蟲(chóng)中哪一個(gè)細(xì)胞是由哪一個(gè)祖細(xì)胞產(chǎn)生的，并且他們可以將這些譜系一直追溯到兩細(xì)胞階段。當(dāng)一個(gè)線蟲(chóng)受精卵分裂時(shí)，它產(chǎn)生了兩個(gè)細(xì)胞，AB和P1。前者產(chǎn)生特定的體細(xì)胞組織，包括神經(jīng)系統(tǒng)；后者產(chǎn)生其余的體細(xì)胞組織，以及生殖細(xì)胞系。通常情況下，這并不重要，因?yàn)槊恳粋€(gè)細(xì)胞都是相同的。但是使用Bringmann的技術(shù)，如果AB細(xì)胞是父系來(lái)源，結(jié)果將是，這條線蟲(chóng)具有一個(gè)父系的神經(jīng)系統(tǒng)和母系的配子；如果AB細(xì)胞是母系來(lái)源（如zui常見(jiàn)的情況），則情況可能是相反的。

Bringmann說(shuō)：“zui終，這是克隆動(dòng)物的一種新方法。”

該小組報(bào)道了28%的相對(duì)高的致死率，在一些組合中是63%，可能源于一個(gè)事實(shí)：雄性線蟲(chóng)沒(méi)有Y染色體——它們是“XO”。作為父系來(lái)源的配子沒(méi)有X染色體，具有父本配子的非孟德?tīng)柧€蟲(chóng)，在與雄性配時(shí)有50 / 50的機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)*不包含X染色體的胚胎。這些細(xì)胞顯然是不能存活的。”

這種方法有幾個(gè)令人興奮的應(yīng)用，特別是遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)。例如，它使科學(xué)家能夠制備嵌合體動(dòng)物，在這種動(dòng)物中，相同生物體中的不同組織，是由具有不同表型的父母本產(chǎn)生的。Bringmann說(shuō)：“在這里，整個(gè)基因組，而不是個(gè)體突變，是優(yōu)勢(shì)所在。”

非孟德?tīng)杽?dòng)物也應(yīng)該能夠?yàn)檠芯窟z傳印記提供一個(gè)平臺(tái)，某些基因的差異表達(dá)取決于它們是母系來(lái)源還是父系來(lái)源。它們可以被用來(lái)研究環(huán)境因素對(duì)動(dòng)物后代的影響，一個(gè)叫隔代遺傳的現(xiàn)象。

據(jù)Bringmann介紹，非孟德?tīng)栠z傳策略應(yīng)該也適用于其他高等真核生物，包括小鼠，因?yàn)镚PR-1是高度保守的。事實(shí)上，在哺乳動(dòng)物組織培養(yǎng)物中的初步實(shí)驗(yàn)顯示，GPR-1過(guò)度表達(dá)可導(dǎo)致相似的增力，雖然尚未在受精卵中嘗試過(guò)。

然而，Bezler認(rèn)為，當(dāng)研究人員沿著進(jìn)化階梯向上爬時(shí)，該方法可能不那么有用，因?yàn)槠渌锊⒉慌c線蟲(chóng)共有嚴(yán)格定義的細(xì)胞譜系。雖然單個(gè)細(xì)胞確實(shí)是母系或父親的起源，但整個(gè)組織可能會(huì)不是。她說(shuō)：“這將是隨機(jī)的，在每一種動(dòng)物中它將是隨機(jī)的。”這可能會(huì)使大規(guī)模的分析變得復(fù)雜化。

但至少在秀麗隱桿線蟲(chóng)中，Bezler看到了相當(dāng)大的希望。她說(shuō)：“我們訂購(gòu)了菌株。我們會(huì)用它做一些事情。”

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