仓鼠大脑里的化学标记会关闭控制繁殖的基因
2015-02-12 11:29:02   来源:化石网   评论:0 点击:

冬天俄罗斯白矮仓鼠。 美国生活科学网站报道,随着寒冷的冬天逐渐到来,动物们都有自己的适应方式——有的会长出厚厚的皮毛,而有的则冬眠。然而西伯利亚的仓鼠既不冬眠也不改变颜色,相反,它们将冬天作为某种

 

冬天俄罗斯白矮仓鼠。

 

    美国生活科学网站报道,随着寒冷的冬天逐渐到来,动物们都有自己的适应方式——有的会长出厚厚的皮毛,而有的则冬眠。然而西伯利亚的仓鼠既不冬眠也不改变颜色,相反,它们将冬天作为某种季节性的计划生育,当温度下降了就停止交配,这将保证仓鼠宝宝不会出生在恶劣的气候里。研究人员发现了保持仓鼠与季节时间相协调的基因开关。随着冬天白天越来越短,仓鼠大脑里的化学标记会关闭控制繁殖的基因。

 

    数月之后,这个基因开关又会打开,在春天及时恢复它们的生殖能力。这个开关相当于位于基因上的一个分子的一部分。这便是科学家所谓的“外遗传控制”——面对外界刺激,例如较短的冬天,而相应的开启或关闭基因。

 

    英国苏格兰阿伯丁大学的泰勒·斯蒂文森(Tyler Stevenson)和美国芝加哥大学的布莱恩·普雷德加斯特(Brian Prendergast)将这项研究发表在上个月的期刊《美国国家科学院院刊》上。

 

    植物和动物都会利用外遗传控制改变基因对外界世界做出的回应。其中一个控制便是换季时的标志——春天开花。人类也有相似的控制以将上千个基因与我们的日常习惯相同步,主要是在每天特定的时候开启或者关闭基因。

 

    “动物利用外遗传机制调节日常生物规律,但这是在动物身上发现的首个季节性回应的例子,后者是由可逆的外遗传机制所控制。”研究首席作者、行为神经系统科学家斯蒂文森这样说道。

 

    研究西伯利亚仓鼠的科学家们早就知道这些仓鼠不会在冬季交配,但这种针对季节性白天长短而开启或关闭生殖的分子却不是这么明显。仓鼠的大脑从褪黑激素水平的高低了解季节的变化。较短寒冷的白天会增加褪黑激素的产量,而较长明亮的白天则会减少褪黑激素的产生,这暗示着春天,也即交配季节的到来。

 

    在这项研究中,斯蒂文森和普雷德加斯特发现类似冬天的较短白天会增加大脑里一种基因的表达,后者控制了仓鼠睾丸的大小。这种基因的后生激活,也被称为dio3,会导致冬天仓鼠的生殖腺变小。大约经过了5个月后,后生开关会减少dio3的表达。随着dio3的减少,仓鼠又重新获得它们的生殖能力。

 

    “我们观察到的dio3表达的锐减是开启生殖功能开关,也即从休眠的冬季状态转为活跃的夏季模式,的早期步骤之一。” 斯蒂文森这样说道。“研究结果是试图解决生物节律领域里长久存在的一个问题。”美国俄亥俄州肯特州立大学的研究人员艾瑞克·明茨(Eric Mintz)这样说道。明茨主要研究啮齿动物的生理节奏和行为节律。

 

    “有些季节性繁殖的动物,例如这些仓鼠,会随着冬天的到来而关闭自己的生殖系统,从而避免能量的浪费。在经历了一段时间后,它们的系统会恢复并重新活跃,” 明茨解释道。“这项研究提出了导致这种恢复的机制的一部分。”

 

    “这项研究使得我们关注于其中一个特殊的基因——但很有可能这个机制是从一个更大的范围里起作用的。” 斯蒂文森说道。季节性繁殖,和很多行为一样,是由上百个基因控制的复杂过程。Dio3的表达只是仓鼠迷宫里的一小块,但斯蒂文森和普雷德加斯特鉴别的外遗传开关可能控制了仓鼠的很多基因。同样的机制可能在其它动物身上也起着不可忽视的作用。

 

    从春天繁殖的黄莺到休眠的熊再到人类春倦症的迹象,季节改变了我们。至于潜在的基因改变是否是相似控制的,只有时间和更多的科研可以给我们答案。

 

来源:凤凰科技 北京时间 2013-10-17(编译/严炎刘星)

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