一個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)生了一個單親的后代。那么它可能對印跡和表觀遺傳學(xué)研究有何影響呢？

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

這個過程被稱為孟德爾遺傳，自古以來，正是通過這種方式，有性生殖的生物——從人類、果蠅到恐龍得以繁衍生息。但事實證明，他們不一定要這樣。延伸閱讀：挑戰(zhàn)孟德爾和達爾文定律的基因；自私基因打破百年孟德爾分離定律；Science：當(dāng)CRISPR技術(shù)遇上孟德爾遺傳定律。

在《Nature Biotechnology》發(fā)表的一項研究中，馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所的Judith Besseling和Henrik Bringmann，在秀麗隱桿線蟲中描述了一種所謂的“非孟德爾遺傳”的策略。修補有絲分裂紡錘體，可破壞在*個胚胎細胞分裂前發(fā)生的母系和父系遺傳物質(zhì)融合。因此，通過這個過程所產(chǎn)生的細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也研究非孟德爾遺傳，她說：“這項研究是開創(chuàng)性的。以前沒有人這樣做過。”

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)。“這是一個很好的概念驗證，表明通過改變細胞的生物學(xué)結(jié)構(gòu)，我們可以制備具有新性能的細胞——并zui終制備出動物。”

調(diào)節(jié)基因的表達
孟德爾遺傳并非Bringmann的研究重點。他的實驗室主要集中于睡眠的調(diào)節(jié)和功能，但在遺傳學(xué)和細胞生物學(xué)的背景下，他還研究有絲分裂紡錘體。

在2011年，Bringmann的研究團隊描述了一種方法，通過調(diào)整密碼子的使用，來調(diào)節(jié)線蟲外源蛋白的表達。基本上，通過細胞的tRNA豐度來指導(dǎo)一個轉(zhuǎn)基因中密碼子的使用，該團隊發(fā)現(xiàn)，他們可以促進或抑制線蟲體內(nèi)的蛋白表達。他們用來測試這種方法的其中一個蛋白是GPR-1——有絲分裂紡錘體的一個組成部分。

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

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

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

Bringmann說：“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，通常會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。”

五彩繽紛的線蟲
為了生動地證明這一點，Besseling和Bringmann用綠色熒光蛋白（GFP）標(biāo)記GPR-1過表達的雌雄同體，用紅色熒光蛋白tdTomato標(biāo)記正常雄性個體。在正常的孟德爾遺傳中，產(chǎn)生的后代是由*表達兩個蛋白（在雙色覆蓋中它們顯示黃色）的細胞構(gòu)成的。但是當(dāng)GPR-1過表達時，動物包含的細胞是單色的。

在模式生物中，線蟲是*的，因為它有一個定義的和不變的細胞譜系。研究人員已經(jīng)地查明在成蟲中哪一個細胞是由哪一個祖細胞產(chǎn)生的，并且他們可以將這些譜系一直追溯到兩細胞階段。當(dāng)一個線蟲受精卵分裂時，它產(chǎn)生了兩個細胞，AB和P1。前者產(chǎn)生特定的體細胞組織，包括神經(jīng)系統(tǒng)；后者產(chǎn)生其余的體細胞組織，以及生殖細胞系。通常情況下，這并不重要，因為每一個細胞都是相同的。但是使用Bringmann的技術(shù)，如果AB細胞是父系來源，結(jié)果將是，這條線蟲具有一個父系的神經(jīng)系統(tǒng)和母系的配子；如果AB細胞是母系來源（如zui常見的情況），則情況可能是相反的。

Bringmann說：“zui終，這是克隆動物的一種新方法。”

該小組報道了28%的相對高的致死率，在一些組合中是63%，可能源于一個事實：雄性線蟲沒有Y染色體——它們是“XO”。作為父系來源的配子沒有X染色體，具有父本配子的非孟德爾線蟲，在與雄性配時有50 / 50的機會產(chǎn)生一個*不包含X染色體的胚胎。這些細胞顯然是不能存活的。”

這種方法有幾個令人興奮的應(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物，在這種動物中，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：“在這里，整個基因組，而不是個體突變，是優(yōu)勢所在。”

非孟德爾動物也應(yīng)該能夠為研究遺傳印記提供一個平臺，某些基因的差異表達取決于它們是母系來源還是父系來源。它們可以被用來研究環(huán)境因素對動物后代的影響，一個叫隔代遺傳的現(xiàn)象。

據(jù)Bringmann介紹，非孟德爾遺傳策略應(yīng)該也適用于其他高等真核生物，包括小鼠，因為GPR-1是高度保守的。事實上，在哺乳動物組織培養(yǎng)物中的初步實驗顯示，GPR-1過度表達可導(dǎo)致相似的增力，雖然尚未在受精卵中嘗試過。

然而，Bezler認為，當(dāng)研究人員沿著進化階梯向上爬時，該方法可能不那么有用，因為其他生物并不與線蟲共有嚴(yán)格定義的細胞譜系。雖然單個細胞確實是母系或父親的起源，但整個組織可能會不是。她說：“這將是隨機的，在每一種動物中它將是隨機的。”這可能會使大規(guī)模的分析變得復(fù)雜化。

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

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