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基因组：生命之书23章 15号染色体 性别
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所有的女人都变得像自己的母亲。那是女人的悲剧。
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可是没一个男人像自己的母亲。那是男人的悲剧。
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——《不可儿戏》（奥斯卡·王尔德，余光中译）
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在马德里的普拉多博物馆，悬挂着两幅17世纪宫廷画家胡安·卡雷尼奥·德·米兰达（Juan Carreno de Miranda）的画作，名字分别为“穿衣服的恶魔”和“不穿衣服的恶魔”。这两幅画作都是描绘的一个名叫尤金妮娅·马丁内斯·瓦列霍（Eugenia Martinez Vallejo）的5岁小女孩，她虽极度肥胖，但却毫无凶神恶煞之相。当然她身上确实是有一些毛病：她太胖了，身材臃肿得明显与年龄不符，手脚特别小，嘴和眼睛的形状很是怪异。或许，她曾在马戏团被当作怪物进行展出。现在看来，她的症状显然和一种罕见的遗传性疾病——普拉德-威利综合征（Prader-Willi syndrome）[1]相吻合。患上这种疾病的孩子出生时皮肤松软苍白，不肯吮吸母乳，但稍大一点后又变得食量惊人，怎么都吃不饱，所以就变得异常肥胖。曾有一个这样的案例，一位普拉德-威利综合征患儿的家长发现自己的孩子在从商店回家的途中，竟然坐在车后座上吃了足足有一磅[2]的生熏肉。患有这种病的人小手小脚，性器官发育不全，而且还有轻度智力障碍。他们时不时会大发脾气，尤其是在想要进食但被拒绝的时候。但正如一位医生所说的，他们对拼图特别有天赋。[1]
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1956年，瑞士医生首次发现了普拉德-威利综合征。它只不过是另一种罕见的遗传病，尽管我在本书中一再保证不会再写遗传病，因为基因不是为了致病而存在的。但是这个特殊的基因有一些非常奇怪的地方。20世纪80年代，医生们注意到，普拉德-威利综合征患者家族中有时会出现另外一种疾病，其症状与普拉德-威利综合征的症状几乎完全相反，名为安格尔曼综合征（Angelman syndrome，AS）[3]。
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哈里·安格尔曼（Harry Angelman）是兰开夏郡沃灵顿的一名医生，他是首位意识到安格尔曼综合征是一种遗传病的医生，在这之前他一直称其为“木偶小孩”。与普拉德-威利综合征患者肌肉松弛的情况相反，安格尔曼综合征患儿的肌肉是紧绷的。他们瘦削、多动、失眠、头小、下巴长，还经常伸出他们的大舌头。他们像木偶一样摇摇晃晃，但天性愉悦，总是微笑着，还时不时发出一阵大笑。但他们永远也学不会说话，而且智力严重迟钝。安格尔曼综合征的孩子要比普拉德-威利综合征的孩子少见得多，但有时两者会出现在同一个家族中。[2]
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人们很快发现，患普拉德-威利综合征和安格尔曼综合征的孩子都存在15号染色体上的一块相同片段的缺失。不同的是，在普拉德-威利综合征中，缺失的部分来自父亲，而在安格尔曼综合征中，缺失的部分来自母亲。这种疾病如果通过男性传给下一代，表现为普拉德-威利综合征；倘若通过女性传给下一代，则表现为安格尔曼综合征。
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这些现象与我们所学的孟德尔遗传规律背道而驰。它们似乎掩盖了基因组的数字化本质，暗示了基因不仅仅是一个基因，而是暗藏了与出身有关的隐秘历史。这种基因会“记住”自己是来自父方还是母方，因为它在形成受精卵那一刻就被打上了父源或者母源的烙印，就好像来自某一方的基因是用斜体字书写的。在基因呈活跃状态的细胞中，有印记的基因被开启，而不带印记的则关闭表达。因此身体只会表达遗传自父亲的基因（如普拉德-威利综合征）或遗传自母亲的基因（如安格尔曼综合征），虽然我们打开了认知的大门，但对于它的发生机制我们仍知之甚少。研究其成因将是一个非比寻常而又十分大胆的演化论课题。
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20世纪80年代末，费城和剑桥的两组科学家有了一个惊人的发现。他们试图制造一种单性繁殖的小鼠，这种小鼠只有父亲或者只有母亲。由于受到当时技术水平的制约，无法直接使用体细胞克隆老鼠（在多利羊成功克隆之后，这种状况正在迅速得到改变），费城的那组交换了两个受精卵的“原核”。当卵细胞受精时，精子携带染色体进入卵细胞，但并不会立刻与卵细胞核产生融合。此时的这两个细胞核被称为“原核”。聪明的科学家可以用移液管偷偷地吸出一个受精卵的精原核，然后用另一个受精卵的卵原核代替它，或者使用另一个的精原核替换受精卵里的卵原核，其结果是得到了2个受精卵。从遗传角度说，一个受精卵有两条父亲的染色体，没有母亲的；另一个受精卵有两条母亲的染色体，但没有父亲的。剑桥的那组所使用的技术略有不同，可最后也得到了同样的结果。但这两组胚胎都未能正常发育，并很快胎死腹中。
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在有两套母源染色体的那组实验里，胚胎本身可以正常的组合在一起，但它无法形成一个能给自己提供营养的胎盘。在有两套父源染色体的那组实验里，胚胎长出了一个巨大而健康的胎盘，还有基本包裹着胎儿的羊膜。但是，在胎膜里本应是胚胎的位置上，却只有一团杂乱无章的细胞，看不出胎儿的头在哪里。[3]
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这些实验得出了一个非同寻常的结论：来自父亲的父源基因负责胎盘的形成，遗传自母亲的母源基因则负责胚胎绝大部分，尤其是头部和大脑的发育。为什么会这样呢？5年后，当时在牛津大学的戴维·黑格认为自己找到了答案。他重新诠释了哺乳动物的胎盘，认为胎盘不是用来维持胎儿生命的母体器官，而是寄生于母体血液循环系统的胎儿自身器官，并且在这个过程中不会受到任何排斥。他指出，胎盘事实上钻进了母体的血管里，迫使血管扩张，进而产生激素以提高母体的血压和血糖。而母体的应答方式则是通过提高胰岛素水平来对抗这种入侵导致的血糖升高。不过，如果由于某种原因，胎儿未能产生这些激素，母体就不需要提高胰岛素水平，从而会继续正常妊娠。换句话说，虽然母体和胎儿有一个共同的目标，但是两者之间就胎儿可以从母亲这里汲取多少资源存在着分歧——这种情况同以后孩子断奶时所出现的冲突一模一样。
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但是胎儿的一部分基因来源于母亲，因此，这些基因能够发现自己与母体之间存在利益冲突，也就不足为奇了。胎儿的父源基因就没有这样的担忧，它们并不关心母体的利益，对它们而言，母体只不过是提供了一个栖息之所。简单地说，从拟人化的角度来看，父源的基因不相信母源的基因能够制造出一个足够强大的胎盘，所以它们要自己来完成这项工作。因此，在上述有两个父源胚胎的那组实验中，会发现胎盘基因上有父源印记。
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黑格给自己的理论做出了一些预测，其中很多在短时间内就得到了证实。尤其是他预测印记不会发生在卵生动物身上，因为卵细胞无法影响母体在卵黄大小方面的投入。毕竟，它在可以控制母体之前，就已经离开母体了。同样，根据黑格的假设，像袋鼠这样的有袋动物，用育儿袋代替了胎盘，也不会产生基因印记。到目前为止，黑格的理论看上去是正确的。印记是胎盘哺乳动物和那些种子依靠母体才能存活的植物所特有的。[4]
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此外，黑格很快便有了进一步发现，他注意到在小鼠身上新发现的一对印记基因有控制胚胎生长的功能，这与他先前的预测完全一致。IGF2是一种由单个基因编码的小型蛋白，类似于胰岛素。它在发育的胎儿体内很是多见，在成人体内却不再表达了。IGF2R是附着在IGF2上的蛋白，其作用尚不清楚。有可能IGF2R的存在就是为了对抗IGF2。你瞧，IGF2和IGF2R基因都是印记基因：前者只在父源染色体上表达，后者只在母源染色体上表达。这看起来很像是试图促进胚胎发育的父源基因和试图放慢节奏的母源基因之间的一场小小的较量。[5]
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黑格的理论预测，印记现象通常会发生在这种存在拮抗的基因中。在某些情况下，甚至在人类身上，情况似乎确实如此。11号染色体上的人类IGF2基因是带有父源印记的，如果某些人不小心遗传了2份父方的拷贝，就会患上贝克威思-威德曼综合征（Beckwith-Wiedemann syndrome），这种患者心脏和肝脏长得太大，胚胎组织肿瘤也多发。虽然人类的IGF2R基因没有印记，但似乎确实存在一个拮抗IGF2基因的母源印记基因Hip。
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如果印记基因的存在只是为了相互对抗，那么应该可以同时关闭对抗双方的表达作用，且不会对胚胎发育产生任何影响。事实上这的确是可行的，实验证明移除所有印记的小鼠依然可以保持正常。让我们回到之前讨论过的8号染色体，在那里基因是自私的，行事皆以自身利益为导向，不考虑整体利益。几乎可以肯定，印记并没有任何内在的目的性（尽管有许多科学家对此不以为然），它的存在只是自私基因理论和两性对抗理论的一个具体例证罢了。
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一旦开始从自私基因的角度来思考问题，一些奇怪的想法就会不禁跃入脑海。试试这个想法：在父源基因的影响下，如果共用一个子宫，胚胎对待其他同父胚胎与对待其他异父胚胎的方式可能完全不同。在后一种情况下，它们或有更多自私的父源基因。有了这种想法，自然就会想到去用动物实验来验证这个预测，过程并不复杂。并非所有的老鼠都是一样的，对于某些种类的老鼠，比如鹿白足鼠（Peromyscus maniculatus）的母鼠，会与多只公鼠交配，它们的每窝幼仔通常都有好几个不同的父亲。而另一些，比如说东南白足鼠（Peromyscus polionatus），母鼠则是遵循严格的一夫一妻制，每一胎幼仔都只有一个父亲。
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那么，当你让鹿白足鼠和东南白足鼠进行杂交，会发生什么呢？这取决于哪种是父亲以及哪种是母亲。如果是一妻多夫制的鹿白足鼠做父亲，那么生下的幼鼠个头就很大。如果是一夫一妻制的东南白足鼠做父亲，那么出生的幼鼠个头就很小。看出是怎么回事了吗？鹿白足鼠的父源基因预计到了在子宫里会遭遇其他同母异父胚胎的竞争，于是不惜以牺牲同胞胎儿为代价拼命争夺母亲的营养供给。而鹿白足鼠的母源基因，预计到子宫中会有拼命争夺资源的胚胎，于是便被自然选择培养出了反击的能力。而东南白足鼠的子宫内环境较为温和，因此来自鹿白足鼠的父源基因只是遭遇到了一点象征性的反抗，便赢下了这场竞争：如果幼鼠有多配偶的父亲，它们的个头就大；如果幼鼠有多配偶的母亲，它们的个头就小。这是印记理论的一个简单示例。[6]
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尽管这个故事简洁流畅，但并非一丝漏洞都没有。就像许多吸引人的理论一样，显得过于完美。具体来讲，它有一个预测尚未得到证实：印记基因应该是演化得相对较快的基因。这是因为两性对抗会促使分子之间进行军备竞赛，每种分子通过抢占先机而获益。通过对不同物种的印记基因逐一进行比较，并没有发现这种现象。相反，印记基因似乎演化得相当缓慢。因此，黑格理论似乎只能解释部分的印记现象，但并非全部。[7]
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基因印记有个很有意思的后果。在一个男人体内，来自母体的15号染色体自带母源标签，但当他把这条染色体传给他的儿子或女儿时，这个基因却以某种方式获得了一个新的标签，以表明它的父体来源。也就是说，这个基因在父亲体内时必须从母源转换为父源，而在母亲体内时又必须从父源转换为母源。我们知道，这种转换确实存在，因为在一小部分安格尔曼综合征的患者体内，他们的两条15号染色体没有其他异常，只不过都表现为源自父体，这就是转换失败的情况。这些案例可以追溯到上一代体内的某些突变，这种突变影响了“印记中心”（即离相关基因都很近的一小段DNA），以某种方式将父源标记印在了染色体上。这个标记就是我们曾在8号染色体那章讨论过的那种基因的甲基化。[8]
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你还记得吧？“字母”C的甲基化能使基因沉默，并将自私DNA“软禁”起来。但是，在胚胎早期发育阶段，即囊胚期的时候，甲基化被去除了，然后在发育的下一个阶段，即原肠胚形成期，又恢复了。不知何故，印记基因逃脱了这一过程，它们对抗脱甲基化的过程。它们究竟是如何做到这一点的呢？目前有一些有趣的线索，但尚无定论。[9]
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我们现在知道，印记基因所躲开的这个去甲基化过程，是多年以来科学家试图克隆哺乳动物的唯一阻碍。蟾蜍很容易被克隆，只要把体细胞的基因注入受精卵里即可，但这招在哺乳动物身上却行不通，因为雌性的体细胞基因组内一些关键基因由于甲基化而不再表达，而雄性的体细胞基因组内又有另外一些不再表达的关键基因，即印记基因。因此，在发现了印记效应之后，科学家们便信心满满地宣布克隆哺乳动物是不可能的。他们认为，被克隆的哺乳动物在出生时，它身上所有的印记基因要么在两条染色体上都表达，要么都不表达，这样就破坏了动物细胞所需的剂量，从而导致动物无法发育。发现基因印记的科学家曾写道：[10]“从逻辑上进行推理，用体细胞核克隆哺乳动物是不可能成功的。”
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之后的1997年初，苏格兰克隆羊多莉突然降生了。至于多莉羊以及她之后的其他克隆动物是如何避开基因印记这个问题的，至今仍不得而知，即使是克隆者自己，也一头雾水。但是看上去，在克隆过程中对其细胞进行处理时的某些手法，消除了所有的基因印记。[11]
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15号染色体的印记区域包含大约8个基因。其中有一个基因UBE3A，它一旦被破坏，就会导致安格尔曼综合征。紧挨着这个基因的是两个可能导致普拉德-威利综合征的基因，一个叫SNRPN，另一个叫IPW。也许还有其他的致病基因，不过我们暂且假定SNRPN就是罪魁祸首。
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