egfr基因的甲基化到底是否參與蜜蜂級(jí)型分化

egfr基因的甲基化到底是否參與蜜蜂級(jí)型分化

蜜蜂生物學(xué)中一個(gè)奇特的現(xiàn)象就是遺傳物質(zhì)相同的受精卵孵化后，在不同食物（蜂王漿和蜂糧）的飼喂下，會(huì)分別發(fā)育為蜂王或工蜂，這種奇妙的級(jí)型分化現(xiàn)象令人十分著迷。長期以來，吸引了眾多科學(xué)家從營養(yǎng)、激素、基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物、蛋白質(zhì)組和DNA甲基化等水平進(jìn)行了廣泛而深入的研究。科學(xué)家們的研究主要有兩個(gè)方面：一是幼蟲級(jí)型分化的分子機(jī)理，二是幼蟲食物中起作用的成分。

2008年，澳大利亞國立大學(xué)的Kucharski等利用RNAi技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)蜜蜂生殖狀況的營養(yǎng)調(diào)控是通過影響DNA甲基化水平得以實(shí)現(xiàn)的，從而首次從分子水平闡釋了蜜蜂級(jí)型分化的機(jī)制，這一研究結(jié)果發(fā)表在美國《科學(xué)》雜志上。但遺憾的是，該項(xiàng)研究并沒有建立起營養(yǎng)與這一甲基化過程的直接聯(lián)系。

2011年，日本富山縣立大學(xué)的Kamakura博士研究發(fā)現(xiàn)，蜂王漿中一個(gè)57 kDa、名為Royalactin的蛋白質(zhì)是決定幼蟲發(fā)育成蜂王或是工蜂的決定因子，并提出amegfr基因的甲基化差異是導(dǎo)致不同發(fā)育結(jié)果的可能機(jī)制。這一研究結(jié)果發(fā)表在英國《自然》雜志上。

然而，澳大利亞國立大學(xué)的Kucharski等對(duì)蜜蜂egfr基因位點(diǎn)進(jìn)行了廣泛分析后發(fā)現(xiàn)，這個(gè)基因根本不會(huì)被甲基化。他們的研究論文“egfr基因甲基化不參與Royalactin控制蜜蜂的級(jí)型分化”不久前發(fā)表在英國《自然》雜志的子刊《科學(xué)報(bào)告》上。他們對(duì)Kamakura的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)疑大致分為以下三個(gè)部分。

首先，基于egfr的高CG含量，從生物信息學(xué)的角度能夠預(yù)測(cè)其不能被甲基化。Kamakura的研究顯示，egfr在736bp的區(qū)域被甲基化，但該區(qū)域富含CpG雙核苷酸，這和蜜蜂通常的甲基化基因相比很不一致，因?yàn)橐阎募谆蚪Y(jié)構(gòu)即5-甲基-胞核嘧啶是CpG匱乏并傾向于向胸腺嘧啶轉(zhuǎn)化的。

第二，現(xiàn)有的研究中對(duì)蜂王和工蜂的幼蟲、大腦和胚胎的全基因組甲基化檢測(cè)都沒有發(fā)現(xiàn)甲基化的證據(jù)，即在egfr這個(gè)位點(diǎn)的CpG區(qū)域都沒有甲基化現(xiàn)象，這讓他們產(chǎn)生了想要細(xì)致檢查egfr甲基化水平的念頭。他們將egfr的測(cè)序覆蓋和甲基化水平與始終甲基化的基因nadrin作對(duì)比，使用11種不同的組織和發(fā)育階段的細(xì)胞類型，依然沒有檢測(cè)到甲基化現(xiàn)象。

第三，考慮到全基因組甲基化的測(cè)序水平低，并且amegfr可能在有限的細(xì)胞類型中被甲基化并且剛好被Kamakura的研究選中，Kucharski等采用擴(kuò)增子深度測(cè)序來重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，但還是沒有擴(kuò)增出736bp的DNA片段。amegfr擴(kuò)增子的讀取率99.99%以上是非甲基化的，探測(cè)到的極少的甲基化現(xiàn)象更可能是技術(shù)噪音，而甲基化的DNA在BS（重亞硫酸鹽）測(cè)序數(shù)據(jù)中傾向于過表達(dá)。即使幼蟲樣品每次擴(kuò)增的深度超過330000讀取依然沒有檢測(cè)到egfr的甲基化。他們認(rèn)為這個(gè)結(jié)果并不奇怪，因?yàn)閿U(kuò)增這樣長度的BS處理過的DNA片段本來就幾乎是不可能的。

Kucharski等的研究結(jié)果顯示，蜜蜂的egfr基因?qū)儆诜羌谆?，使得Kamakura的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可能被復(fù)制。猜測(cè)得出這個(gè)結(jié)果的一種可能性是，原始的DNA樣品并沒有被BS正確地轉(zhuǎn)化，使研究者誤以為egfr中一些胞嘧啶受到甲基保護(hù)，且這個(gè)效應(yīng)還會(huì)通過省略套式引物被放大。但究竟是什么原因現(xiàn)在還無從知曉。

另外有研究發(fā)現(xiàn)，egfr基因的甲基化能對(duì)木蟻（carpenter ant）的體型產(chǎn)生定量變化，Kucharski等在表觀遺傳背景下分析了果蠅、木蟻和蜜蜂這三種昆蟲高度保守的EGFR（表皮生長因子受體）后發(fā)現(xiàn)，盡管EGFR在結(jié)構(gòu)和功能上高度保守，它的環(huán)境依賴調(diào)節(jié)似乎在昆蟲體內(nèi)被獨(dú)特的機(jī)理所驅(qū)使，有機(jī)體可以通過許多樣的生命系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所需的表型。

DNA甲基化對(duì)級(jí)型分化的作用目前來說還是毋庸置疑的。Kucharski團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果給egfr基因的甲基化打了一個(gè)大大的問號(hào)，那么究竟是什么基因在起這個(gè)作用還未得知。另外，Kucharski團(tuán)隊(duì)給Royalactin是否能夠獨(dú)立影響級(jí)型分化也打了一個(gè)問號(hào)，營養(yǎng)攝入的影響固然明顯，但究竟只是一種物質(zhì)還是多種成分在發(fā)揮作用依然不能確定。在后續(xù)的研究中這些問題仍然需要更深入的分析。

浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 陳伊凡 胡福良 編譯