胚胎的早期发育主要是由卵子决定还是由精子决定？过去的研究认为是由卵子决定。然而，中科院北京基因组研究所科研人员的最新研究发现，子代会选择性地继承父本而抛弃母本的DNA甲基化图谱。这一研究可能揭示了精子对遗传使命的新贡献，有助于揭开从受精卵到个体发育的奥秘。相关论文被国际顶尖杂志《细胞》以封面文章形式发表。

    “龙生龙、凤生凤，老鼠的儿子会打洞”这句祖谚生动描绘了生物所具有的遗传特性，用科学家的话说就是“生命得以延续的基础是遗传，父母的DNA（脱氧核糖核酸，可组成遗传指令，以引导生物发育与生命机能运作）序列信息会遗传给子代”。在两性生殖物种中，子代从父本和母本分别继承了一半的细胞核DNA，同一生物体内每个细胞都具有相同的DNA序列。但如果仅仅只是DNA序列的遗传，难以解释为什么一个受精卵细胞可以发育成一个包含多种不同细胞、组织和器官的复杂生命个体。

    近年来的研究发现，在一个受精卵发育到一个完整的生命体过程中，除DNA序列外，表观遗传信息起了重要作用。所谓表观遗传信息，就是一类不改变DNA序列、却能调控基因组活动（基因表达）的信息。因为它的存在，使动物在仅一套DNA序列的基础上，从一个受精卵分化成200多种表型（指个体形态、功能等方面的表现，是将生物体分类成独立类群的一系列特征）各异的细胞，进而最终形成大脑、心脏、肝等不同的组织器官。“但表观遗传信息能否从父母遗传到子代以及怎样传递，一直是个未解之谜。”中国科学院北京基因组研究所研究员刘江如是说。

    斑马鱼的研究

    近日，刘江和他的研究团队在表观遗传信息遗传规律的研究方面取得了重大突破。该研究团队以与人类的基因相似度高达85%的斑马鱼为模型展开研究，这种鱼的幼鱼胚体透明，是公认的研究脊椎动物发育的模式生物。

    研究团队精确绘制了单碱基分辨率的斑马鱼卵子、精子、6个早期胚胎和精囊共9个全基因组的DNA甲基化图谱。通过海量数据分析和深度数据挖掘发现了斑马鱼精子和卵子甲基化图谱存在三大差别：一是斑马鱼受精后，父源DNA一直保持着精子的甲基化图谱；二是母源DNA在16细胞期之前，一直保持卵子的甲基化图谱，然后卵子的甲基化图谱作为一个整体被抛弃，并重新编程，当胚胎发育到囊胚期时，母源DNA也转变成了精子的甲基化图谱；三是精子甲基化图谱的信息指导早期胚胎发育。

    孤雄实验与孤雌实验

    研究还发现，剔除细胞核的卵子加入精子细胞核（孤雄实验）能产生胚胎的发育，但如果不加入精子的细胞核仅有卵子的细胞核或再加入一个卵子的细胞核，无论如何刺激卵子都无法启动胚胎的发育（孤雌实验），这些结果也进一步证明了精子中携带的信息在胚胎发育中不可缺少的作用。

    精子指导胚胎早期发育

    此次的研究阐明了斑马鱼子代早期胚胎完全继承了精子的甲基化图谱，同时也表明了在斑马鱼中除了DNA可以从亲代传递到子代外，精子的DNA甲基化图谱也可以被遗传到子代中，并用于指导胚胎早期发育。也就是说，除DNA序列外，DNA甲基化图谱也可以被遗传。

    这项研究结果首先颠覆了传统上认为早期胚胎发育主要是由卵子决定的观念。过去人们发现卵子的体积很大、富含蛋白质和RNA（核糖核酸，存在于生物细胞以及部分病毒中的遗传信息载体），而精子的体积很小、几乎仅能携带一半的DNA，因此推断认为决定早期发育的信息几乎都在卵子中。

    其次推翻了认为在子代发育过程中父代和母代的DNA甲基化信息在受精后几乎都被去除，而无法遗传的传统理论。这一研究成果填补了表观信息遗传理论的空白，将为干细胞及其转化医学的发展和应用提供理论基础，还有助于克隆、体外受精生殖技术的完善和应用。