egfr基因的甲基化到底是否參與蜜蜂級型分化

egfr基因的甲基化到底是否參與蜜蜂級型分化

蜜蜂生物學中一個奇特的現象就是遺傳物質相同的受精卵孵化后，在不同食物（蜂王漿和蜂糧）的飼喂下，會分別發育為蜂王或工蜂，這種奇妙的級型分化現象令人十分著迷。長期以來，吸引了眾多科學家從營養、激素、基因轉錄產物、蛋白質組和DNA甲基化等水平進行了廣泛而深入的研究?？茖W家們的研究主要有兩個方面：一是幼蟲級型分化的分子機理，二是幼蟲食物中起作用的成分。

2008年，澳大利亞國立大學的Kucharski等利用RNAi技術研究發現蜜蜂生殖狀況的營養調控是通過影響DNA甲基化水平得以實現的，從而首次從分子水平闡釋了蜜蜂級型分化的機制，這一研究結果發表在美國《科學》雜志上。但遺憾的是，該項研究并沒有建立起營養與這一甲基化過程的直接聯系。

2011年，日本富山縣立大學的Kamakura博士研究發現，蜂王漿中一個57 kDa、名為Royalactin的蛋白質是決定幼蟲發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致不同發育結果的可能機制。這一研究結果發表在英國《自然》雜志上。

然而，澳大利亞國立大學的Kucharski等對蜜蜂egfr基因位點進行了廣泛分析后發現，這個基因根本不會被甲基化。他們的研究論文“egfr基因甲基化不參與Royalactin控制蜜蜂的級型分化”不久前發表在英國《自然》雜志的子刊《科學報告》上。他們對Kamakura的實驗結果的質疑大致分為以下三個部分。

首先，基于egfr的高CG含量，從生物信息學的角度能夠預測其不能被甲基化。Kamakura的研究顯示，egfr在736bp的區域被甲基化，但該區域富含CpG雙核苷酸，這和蜜蜂通常的甲基化基因相比很不一致，因為已知的甲基化基因結構即5-甲基-胞核嘧啶是CpG匱乏并傾向于向胸腺嘧啶轉化的。

第二，現有的研究中對蜂王和工蜂的幼蟲、大腦和胚胎的全基因組甲基化檢測都沒有發現甲基化的證據，即在egfr這個位點的CpG區域都沒有甲基化現象，這讓他們產生了想要細致檢查egfr甲基化水平的念頭。他們將egfr的測序覆蓋和甲基化水平與始終甲基化的基因nadrin作對比，使用11種不同的組織和發育階段的細胞類型，依然沒有檢測到甲基化現象。

第三，考慮到全基因組甲基化的測序水平低，并且amegfr可能在有限的細胞類型中被甲基化并且剛好被Kamakura的研究選中，Kucharski等采用擴增子深度測序來重復這個實驗，但還是沒有擴增出736bp的DNA片段。amegfr擴增子的讀取率99.99%以上是非甲基化的，探測到的極少的甲基化現象更可能是技術噪音，而甲基化的DNA在BS（重亞硫酸鹽）測序數據中傾向于過表達。即使幼蟲樣品每次擴增的深度超過330000讀取依然沒有檢測到egfr的甲基化。他們認為這個結果并不奇怪，因為擴增這樣長度的BS處理過的DNA片段本來就幾乎是不可能的。

Kucharski等的研究結果顯示，蜜蜂的egfr基因屬于非甲基化型，使得Kamakura的實驗結果不可能被復制。猜測得出這個結果的一種可能性是，原始的DNA樣品并沒有被BS正確地轉化，使研究者誤以為egfr中一些胞嘧啶受到甲基保護，且這個效應還會通過省略套式引物被放大。但究竟是什么原因現在還無從知曉。

另外有研究發現，egfr基因的甲基化能對木蟻（carpenter ant）的體型產生定量變化，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）后發現，盡管EGFR在結構和功能上高度保守，它的環境依賴調節似乎在昆蟲體內被獨特的機理所驅使，有機體可以通過許多樣的生命系統來實現所需的表型。

DNA甲基化對級型分化的作用目前來說還是毋庸置疑的。Kucharski團隊的研究結果給egfr基因的甲基化打了一個大大的問號，那么究竟是什么基因在起這個作用還未得知。另外，Kucharski團隊給Royalactin是否能夠獨立影響級型分化也打了一個問號，營養攝入的影響固然明顯，但究竟只是一種物質還是多種成分在發揮作用依然不能確定。在后續的研究中這些問題仍然需要更深入的分析。

浙江大學動物科學學院 陳伊凡 胡福良 編譯