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生殖细胞减数分裂重组在两性之间的差异——山大张亮然教授专访

来源:生物谷 2017-06-27 11:42

编者按: 减数分裂交叉重组异常是导致人类和其它动物自然流产、不孕不育和出生缺陷以及各种遗传疾病等的重要原因。 为此生物谷专访了山东大学生命科学学院、微生物技术国家重点实验室“青年千人”张亮然教授。

生物谷:张教授您好,非常感谢您此次接受生物谷的邀请来参加“2017新生儿遗传病转化医学研讨会”。您一直致力于研究减数分裂同源重组的分子机制,请问选择这个研究方向的出发点是什么?

回答:减数分裂是真核生物有性生殖的必要环节,是生殖细胞产生的基础。交叉重组(crossover)则是减数分裂的核心。一方面,交叉重组保证染色体正确分离形成正确的配子,即精子和卵子,精子和卵子中的染色体数目只有亲本细胞的一半,精子和卵子融合后恢复亲本细胞的染色体数目,从而维持了物种的遗传稳定性;另一方面,交叉重组导致了双亲之间遗传物质的相互交换,从而引起了物种的遗传多样性。减数分裂交叉重组异常是影响农作物育种的重要原因,是导致人类和其它动物自然流产、不孕不育和出生缺陷以及各种遗传疾病等的重要原因。例如,唐氏综合症主要就是由于第21号染色体交叉重组异常导致其分离异常所致。因此,减数分裂重组机制是一个重大的基础科学问题,对于其分子机制的阐明必将为人类生殖健康的改善和农作物遗传育种提供坚实的理论基础。无论从从理论上还是从其潜在的应用价值来说,都有必要对减数分裂重组的分子机制进行深入的研究。

生物谷:前不久,您在期刊Cell上发表了一项重要成果,阐述了男性、女性生殖细胞的减数分裂在重组频率和分布等方面的差异。针对女性染色体分离错误的概率比男性高这种现象,请问主要的原因是什么?

回答:在这之前大家通常把其归结为年龄因素,但是很多人忽略了一个基本的也是非常重要的事实:即使在年轻的女性中,染色体错误分离的比率也比男性高很多。我们的发现恰好回答了这一问题,正是女性特有的“交叉成熟缺陷”导致女性从一开始就有比较高的染色体错误分离比率,也就是说“成熟缺陷”设定了一个错误分离的基线。在年龄较大的女性中,“成熟缺陷”与年龄等因素协同作用,使得染色体错误分离的比率急剧升高。

生物谷:除了性别之外,染色体分离错误发生的影响因素有哪些?通常认为的年龄因素占多大比例?

回答:影响减数分裂染色体错误分离的因素除了我们上面提到的之外,还有很多的其它因素,例如女性减数分裂细胞体积比较大,纺锤体的功能可能会受到影响;遗传因素,比如某些个体带有的影响细胞分裂的突变或者变异;环境,生活用药以及接触到的某些化学物质等也会有不同程度的影响。年轻女性的减数分裂染色体错误分离比率~10%,而在接近生育末期的女性中的错误率可能会达到30%以上,有些研究发现甚至会达到50%甚至更高。

生物谷:您的研究中提到了“交叉成熟缺陷”这种现象,请问目前的产前诊断技术是否有望在胚胎发育早期检测到这种异常?

回答:首先,我们认为“交叉成熟缺陷”是女性减数分裂中正常存在的,并不是一种真正的缺陷,而只是因为目前在别的生物中我们并没有发现这种现象,所以将其称为“缺陷”。尽管目前我们并不知道这是不是因为人类的进化历史还不够长,没有被消除。但是也有可能这是一种进化上有益的性状,比如是对年龄较大的女性的一种机体进化上的自我保护,也就是说阻止其继续生育后代,这一方面是年龄较大的女性为自己保存能量和资源,另一方面也是避免产生具有遗传缺陷的后代(非整倍体的卵细胞即使能够受精,通常也不会发育成成熟的个体,有一小部分可以出生存活,但是会有遗传缺陷)。

再次感谢您接受我们的专访,期待您的精彩内容!



张亮然 教授、博士

山东大学“齐鲁青年学者”特聘教授,第十一批“千人计划”青年人才入选者。2000年于山东师范大学获得生物学士学位。 2006年于中国科学院植物研究所获得植物学博士学位。同年进入哈佛大学细胞与分子生物学系Kleckner院士实验室工作。

科学研究:

1. 减数分裂同源重组的分子机制

2. 染色体不稳定性的分子机制

3. 同源重组技术的应用

学术成就:

2015年加入山东大学微生物技术国家重点实验室。主要从事减数分裂分子机制,特别是同源染色体双链断裂以及交叉重组机制的研究。相关的研究论文已发表于Cell,Nature,Genes Dev, PNAS, PLoS Genetics等期刊并在相关领域产生了重要影响。

张亮然教授将作为演讲嘉宾参加2017年7月21-22日由生物谷主办的2017新生儿遗传病转化医学研讨会,并作“Meiotic recombination differences in human male and female.”的报告,欢迎各位老师参加。

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