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精子和卵子的結(jié)合是新生命產(chǎn)生的第一步。一個(gè)小的只有在顯微鏡下才能看到的受精卵，在40周的時(shí)間里就能發(fā)育成呱呱墜地的胎兒。像許多人一樣，或許你也在考慮這個(gè)問(wèn)題：在這個(gè)神奇的過(guò)程中，是什么控制著生命體的發(fā)育？
今天，成千上萬(wàn)的科學(xué)研究者正在努力工作，試圖回答這個(gè)和我們?nèi)祟愊⑾⑾嚓P(guān)的問(wèn)題。
核酸———組成生命的原料
生命的遺傳物質(zhì)是核酸，核酸的基本單位是核苷酸，核苷酸又由堿基、糖和磷酸組成。許多核苷酸相結(jié)合組成長(zhǎng)長(zhǎng)的鏈子，這就叫做核酸。核酸可分為核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）。DNA所含的堿基為：胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）和鳥嘌呤（G）四種。DNA好似一個(gè)模板，能自我復(fù)制。遺傳物質(zhì)為什么能自我復(fù)制？它是怎樣復(fù)制的呢？這些機(jī)理都蘊(yùn)藏在沃森和克里克的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的偉大發(fā)現(xiàn)之中。
DNA———奇妙的雙螺旋
1951年，美國(guó)23歲的生物學(xué)博士詹姆斯·沃森來(lái)到英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，他說(shuō)服當(dāng)時(shí)正在做博士論文的克里克與他一起研究DNA分子模型。他們吸收和借鑒了當(dāng)時(shí)也在研究DNA分子結(jié)構(gòu)的鮑林、威爾金斯和弗蘭克林等人的成果，從1951年10月開始，幾經(jīng)嘗試，終于在1953年3月獲得了正確的模型。
這個(gè)模型闡明，DNA的分子結(jié)構(gòu)是由雙螺旋組成，故稱雙螺旋結(jié)構(gòu)。其螺旋的骨架是由核苷酸的糖（脫氧核糖）和磷酸相結(jié)合而成的，從彼此反向的兩根螺旋分別伸長(zhǎng)開來(lái)的堿基相互結(jié)合而形成雙螺旋。堿基的配對(duì)必須是A對(duì)著T，G對(duì)著C，也就是說(shuō)A和T配對(duì)，G和C配對(duì)。
從大象到細(xì)菌，從變形蟲到人類，所有生物都具有這種相同的雙螺旋結(jié)構(gòu)。只有特殊的噬菌體是個(gè)例外。這樣的結(jié)構(gòu)很容易解釋DNA的自我復(fù)制，也就是說(shuō)以DNA為模板復(fù)制出與DNA完全相同的分子。
1953年4月25日，《自然》雜志發(fā)表了他們不足1000字的論文《脫氧核糖核酸的結(jié)構(gòu)》，這一發(fā)現(xiàn)被譽(yù)為20世紀(jì)最為重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。1962年，沃森、克里克以及在X射線的衍射分析上做出貢獻(xiàn)的威爾金斯共同獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)。
DNA甲基化———基因表達(dá)的開關(guān)
然而，半個(gè)世紀(jì)前DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，僅僅是答案的第一步。生命體要遠(yuǎn)比一個(gè)DNA序列復(fù)雜。比如說(shuō)，人的皮膚和眼睛由不同的細(xì)胞組成。這些細(xì)胞含有同樣的遺傳物質(zhì)DNA，是什么導(dǎo)致它們形色各異、功能不同呢？如果說(shuō)某些基因的開啟或關(guān)閉導(dǎo)致細(xì)胞的差異，特定基因嚴(yán)格按一定時(shí)間順序開啟或關(guān)閉決定著生命體的發(fā)育，那么又是什么控制基因的開啟或關(guān)閉呢？
非常有趣的是，控制基因開關(guān)最常用的機(jī)制之一就是修飾DNA本身。DNA甲基化（一種將化學(xué)基團(tuán)添加到DNA上的生化反應(yīng)）通常導(dǎo)致基因關(guān)閉。在人或其他哺乳動(dòng)物中，該反應(yīng)主要是修飾CG二核苷酸中的C堿基，由甲基轉(zhuǎn)移酶催化完成。
印跡基因———“挑剔”的延續(xù)
哺乳動(dòng)物，包括人類有兩套基因組，一套來(lái)自父方，一套來(lái)自母方。這兩套基因組的序列非常相似，按理說(shuō)父方和母方對(duì)子代影響應(yīng)該很相近。然而中國(guó)的古人很早就發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象。如果公驢和母馬交配，生下騾子。騾子個(gè)頭大，像驢一樣能負(fù)重，又有馬的靈活性和奔跑能力，是非常好的牲口。但如果是公馬和母驢交配，生下的叫驢騾。驢騾個(gè)小，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，一般很少見到。
這種現(xiàn)象表明，子代對(duì)來(lái)自父方和母方的基因表達(dá)大不一樣。對(duì)于大多數(shù)基因而言，父母親的兩個(gè)基因位點(diǎn)或者都表達(dá)，或者都不表達(dá)。但一小部分基因不遵從這個(gè)規(guī)則，它們好像非常聰明，似乎知道自己來(lái)自父方或者母方（盡管序列非常相似），使得子代僅表達(dá)源于特定一方的基因。這一小部分“聰明基因”叫做印跡基因，因?yàn)閬?lái)自父親或母親一方的基因在發(fā)育過(guò)程中被修飾（DNA甲基化），導(dǎo)致子代體細(xì)胞中兩個(gè)基因有不同的表達(dá)活性。
印跡基因在胚胎發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用，調(diào)節(jié)著胚胎的生長(zhǎng)發(fā)育以及新生兒的生長(zhǎng)。不正常的印跡會(huì)導(dǎo)致多種發(fā)育異常。近年的研究還發(fā)現(xiàn)，印跡基因和許多癌癥緊密相聯(lián)。
甲基轉(zhuǎn)移酶———生命的“裝修工”
來(lái)自父母某一方的印跡基因被甲基轉(zhuǎn)移酶選擇性地標(biāo)記。那么，甲基轉(zhuǎn)移酶是如何從一大群基因中找到印跡基因呢？
由美國(guó)埃默里大學(xué)和德國(guó)雅各布斯大學(xué)的科學(xué)家們聯(lián)合進(jìn)行的一項(xiàng)最新研究表明，印跡基因的選擇修飾和自身的序列模式有著緊密的聯(lián)系。他們的成果發(fā)表在9月13日出版的英國(guó)《自然》雜志上。
甲基轉(zhuǎn)移酶存在于眾多的生命體中?？茖W(xué)家們?cè)缭?993年就解析出了第一個(gè)細(xì)菌甲基轉(zhuǎn)移酶的結(jié)構(gòu)，細(xì)菌甲基轉(zhuǎn)移酶多以單體的形式存在。然而，人類甲基轉(zhuǎn)移酶用于識(shí)別DNA的區(qū)域很小，只有很多細(xì)菌甲基轉(zhuǎn)移酶的一半。此前，人們一直不理解人類甲基轉(zhuǎn)移酶是怎樣發(fā)揮功能的。這項(xiàng)最新研究報(bào)導(dǎo)了人類甲基轉(zhuǎn)移酶的結(jié)構(gòu)，指出人類甲基轉(zhuǎn)移酶是以二聚體的形式存在，并可能以二聚體的形式和DNA相互作用，從而有效地增大了DNA識(shí)別區(qū)域的面積。
論文的第一作者賈達(dá)博士說(shuō)：“人類甲基轉(zhuǎn)移酶和細(xì)菌甲基轉(zhuǎn)移酶相比，就如同筷子和叉子。盡管單根筷子的尖相對(duì)于叉子很小，但是兩根筷子一起作用可以代替一個(gè)叉子。”
多數(shù)甲基轉(zhuǎn)移酶是單體，而人類甲基轉(zhuǎn)移酶形成二聚體，可能有著特殊的含意。受二聚體結(jié)構(gòu)啟發(fā)，科研人員分析了CG二核苷酸在印跡基因中的分布。他們發(fā)現(xiàn)印跡基因有一種特殊的重復(fù)模式：兩個(gè)CG核苷酸對(duì)中間有8至10個(gè)堿基對(duì)。這個(gè)距離和人類甲基轉(zhuǎn)移酶二聚體的兩個(gè)活性位點(diǎn)之間的距離完全吻合。這種重復(fù)模式可能為人類甲基轉(zhuǎn)移酶提供了信號(hào)，幫助它們選擇性地修飾印跡基因。其他因素決定著來(lái)自父母某一方的基因被標(biāo)記，另一方不被標(biāo)記。這種研究還表明，盡管科學(xué)家已經(jīng)完成了人類基因組序列圖，但基因組還含有很多未知的信息等待我們?nèi)テ谱g。
生命的發(fā)育存在無(wú)窮多的奧秘。探索生命發(fā)育的過(guò)程和機(jī)制，對(duì)于理解生命現(xiàn)象及其規(guī)律、尋找新的疾病治療手段具有重要意義
