父亲塑造胚胎发育的分子"签名"。图片来源：Daniela Velasco/EMBL
过去几十年，越来越多的证据挑战了遗传仅由DNA序列决定的传统观念。科学家现已认识到表观遗传继承的关键作用——即通过DNA及其相关蛋白质的化学修饰来传递生物特征。这些修饰不会改变遗传密码本身，但会影响基因的开关状态，通常是对外部环境因素（如压力、饮食或药物暴露）的响应。
虽然母系表观遗传继承的概念相对直观——因为在妊娠期间母亲与胚胎有直接的生物联系——但最新研究表明，父亲也能将环境诱导的表观遗传变化传递给后代。然而，表观遗传继承的普遍性及其背后机制仍不明确。
在欧洲分子生物学实验室(EMBL)罗马分部，一个专门的研究方向专注于表观遗传继承，利用设计环境暴露模型的专业知识，并得到基因组编辑专用研究基础设施的支持。特别是，Boskovic和Hackett研究小组正在探索父亲环境干扰如何触发表观遗传变化，最终影响下一代的健康。
在最近的一项研究中，Hackett小组证明，扰乱雄性小鼠的肠道微生物组会增加其未来后代的疾病风险。另一方面，Boskovic小组则专注于研究父亲饮食变化如何调节胚胎发育的机制。
这两个小组合作进行的最新研究现已发表在《EMBO杂志》上，该研究系统地考察了特定父亲环境如何在严格控制的遗传和环境条件下影响小鼠早期胚胎发育。
为了诱导环境干扰，研究人员让准父亲小鼠暴露于非吸收性抗生素（扰乱肠道菌群）或低蛋白高糖饮食中。为最小化实验变异性，分析在体外受精(IVF)产生的胚胎上进行。受精后约四天（囊胚阶段）收集胚胎，并单独分析以测量与对照组（来自未经任何处理的父亲的囊胚）相比的基因表达差异。
结果令人瞩目。两种环境干扰都导致胚胎基因表达发生显著变化。父亲肠道菌群的紊乱降低了参与胚外组织发育的关键基因表达，而饮食变化则与轻微的发育延迟相关。
为进一步研究遗传背景的影响，科学家使用不同品系的小鼠重复了实验。结果有所不同，这表明遗传成分在塑造环境暴露如何影响后代方面的重要性。
此外，来自年长父亲的胚胎在基因表达上表现出更强的影响，特别是在参与免疫相关过程的基因上，这表明父亲年龄是表观遗传继承中的另一个重要因素。
Boskovic表示："我们已经证明，大规模实验对于理清特定环境因素如何在不同遗传背景下促成表观遗传继承至关重要。我们严格控制的实验设计可作为未来跨代研究的模板。"
Hackett表示："我们的研究代表了理解表观遗传继承机制，特别是通过父系途径的重要一步。我们计划应用额外工具来研究后代对父亲环境的早期变化，希望为疾病预防开辟新策略。"
该项目是在"人类生态系统横向主题"框架下进行的——这是当前EMBL科学计划定义的研究领域——旨在了解环境对人类疾病风险的影响。
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