表观遗传正成为遗传学研究新风口：7％的DNA甲基化模式打破孟德尔定律

一个多世纪以来，遗传学一直遵循孟德尔通过他著名的豌豆实验建立的基本原理。然而，约翰·霍普金斯大学医学院的一项大规模小鼠研究发现，一些可遗传性状并不遵循这些经典规则。研究人员发现了数百个案例，其中化学DNA标记（表观遗传标记）表现出意想不到的行为，包括一些似乎“凭空出现”的标记。更重要的是，他们首次在哺乳动物中发现了一种称为“副突变”（paramutation）的自然现象。

约翰·霍普金斯大学的Bloomberg杰出教授Andrew Feinberg博士解释道：“非孟德尔的表观遗传模式可能是一种比基因组序列本身的改变更快速的获取多样性或新性状的方式，尤其是在应对环境压力时。”研究团队检查了三代小鼠（年龄在4至6个月之间）的组织样本，利用长读长DNA测序技术分析了基因序列和12种先前识别的可遗传DNA甲基化模式。

研究结果令人震惊：在非性染色体上检查的表观遗传模式中，研究人员识别出522个案例（约7%）未遵循孟德尔预期。在这其中，有54个罕见的或“涌现”的遗传事件，在双亲中均不存在。一个引人注目的例子是：两只在特定等位基因上缺乏甲基化的小鼠，产生了该等位基因的两个拷贝都携带甲基化的后代。Feinberg表示：“甲基化看起来似乎是凭空出现的。”

该研究还揭示了一个名为Capn11的基因中存在的副突变现象。该基因在正常精子发育中起重要作用，其人类版本的改变已与不育和精子相关疾病联系在一起。副突变发生在一个等位基因上的甲基化触发另一个等位基因上的甲基化时。Feinberg描述道：“这几乎像是甲基化被转移到了另一个等位基因上。”该副突变被发现于一个与重复遗传元件相关的区域，该元件已知受环境暴露影响。表观遗传变化此前已与饮食、压力和创伤等因素相关联。

约翰·霍普金斯大学布隆伯格公共卫生学院的Kasper Hansen教授指出，这些发现突显了在研究可遗传性状和疾病风险时同时研究遗传学和表观遗传学的价值。研究团队计划在人类基因组数据中研究类似的遗传模式，这些研究可以帮助临床遗传学家更好地理解遗传性疾病，并揭示环境影响——包括饮食——如何跨代影响表观遗传。这项由美国国立卫生研究院和国家科学基金会资助的研究，为遗传学领域打开了一扇全新的窗口。