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为什么同卵双胞胎也长得不一样

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为什么同卵双胞胎也长得不一样

为什么同卵双胞胎也长得不一样

玛丽和乔是一对同卵双生的亲姐妹,她们生活在一个平凡而幸福的家庭里。20岁之前,玛丽和乔都喜爱体育和艺术,在学校里表现得同样出色,在老师和同学眼里,这对双胞胎不管外貌还是喜好都几乎一模一样。可是20岁过后,情况变了,玛丽开始出现幻觉和妄想。随着时光的推移,玛丽的幻觉和妄想日益严重,最终成了精神分裂症病人,而乔则一切正常⋯⋯

  基因组能决定一切吗 

据现有资料表明,在同卵双胞胎中,大约每260对中就会有1对出现与玛丽和乔那样明显的差异。科学家们感到很困惑,从遗传学的角度分析,同卵双胞胎拥有完全相同的基因组,生活在相同的环境中,应该不会出现明显的差异。但是许多事实表明,同卵双胞胎在长大成人后,往往在性格、健康和疾病易感性等诸多方面会出现很大的差别。

其实,这与人体中的另一个现象有着相似之处:同一个人的体内有200多种不同类型的细胞,如肝脏细胞、神经细胞、皮肤细胞等,不同类型的细胞各有各的特点,可是不同类型细胞中的基因组都是相同的。为什么基因组相同的细胞会出现巨大的差别呢?这同样困扰着科学家们。现在已查明,在人类基因组中大约有22000 种基因,可每种特殊类型的细胞中,真正发挥作用的只有数千种基因,也就是说不同类型的细胞中,只有特定的一部分基因在起作用(表达)。

为什么同卵双胞胎也长得不一样

基因的表达如同一场在人体内上演的精彩木偶戏,一个个木偶恰到好处地登场和退场,上场后各自做出精妙绝伦的动作,使木偶戏演得有声有色,有时会使观众喜笑颜开,有时又会令人伤心流泪。这样精彩的木偶戏,除了样貌各异的木偶外,要是没有藏在幕后控制木偶的牵线人肯定是不行的。在任何生物体的细胞中,那些多种多样的基因就如同木偶剧团中的木偶,如果没有调节控制木偶的牵线人,木偶戏是无法上演的。那么调节控制基因的牵线人又在哪里呢?

  谁在操纵基因 

为了寻找调节控制基因的牵线人,科学家们对基因组的DNA在细胞核中的存在状态进行了深入的研究。结果表明,承载着基因信息的DNA在细胞中不是漂浮不定、单独存在的,而是与一种名叫组蛋白的蛋白质相互结合形成名为染色质的复合物,长约3米的DNA缠绕在由四种组蛋白组成的珠子上,如此形成一条长长的珠链,缠绕DNA的每颗珠子称作核小体,两颗核小体之间的一段DNA称为连接DNA。染色质中核小体间的距离,以及DNA缠绕在核小体上的圈数等都有严格的定数,一旦因表遗传机制调控而发生了改变,染色质结构随之改变,这就是染色质重塑。

为什么同卵双胞胎也长得不一样

染色质重塑会影响到哪些基因发挥作用(表达),哪些基因不发挥作用(不表达),这犹如木偶戏中的牵线人让哪些木偶上台表演,让哪些木偶下台休息。而造成染色体重塑的,是DNA中的核苷酸和组蛋白中的氨基酸的梳妆打扮。若是DNA分子中的某一段处在密集的甲基化状态,那么染色质就会处于凝聚状态,基因就不会表达(发挥作用)。相反,如果加在核苷酸上的甲基脱落了(去甲基化),那么核小体间的距离就会增大,原来不表达的基因就可以表达。

除了甲基化会影响到基因的表达外,核小体中的组蛋白也可以通过戴上帽子来调节基因的表达,如果组蛋白上了乙酰基这顶帽子就叫乙酰化,乙酰化后的组蛋白同样会引起染色体重塑,通常使基因表达。由此可见,DNA甲基化和组蛋白修饰也是调节控制基因的牵线人

为什么同卵双胞胎也长得不一样

  差异在胎儿期就已经存在 

同一个生物体中存在多种多样的特异细胞就是因为特定表达的一组基因不同,同卵双胞胎之间出现的差异同样,也是因为部分表达基因出现了差异。曾有科学家对40对同卵双胞胎的DNA甲基化和组蛋白的乙酰化作过比较分析,结果表明,40对同卵双胞胎中,65%DNA甲基化和组蛋白乙酰化程度是一致的,35%有明显的差别,正是这35%的差别造成了拥有相同基因组的同卵双胞胎之间表达基因的不同。研究还发现,DNA甲基化的差别在胎儿期就已经存在,异卵双生的差别大于同卵双生的双胞胎。这一结果表明,胎儿在子宫内时已出现差异,出生后,不断受到内外环境的影响,差异会不断积累,到50岁时,同卵双胞胎之间的差异已非常显著了。

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