研究介绍

本实验室研究生命信息跨代传递的机理。由于体细胞会衰老和死亡,生命体通过生殖细胞来完成物种的延续。延续过程中生殖细胞是信息传递的瓶颈,对雄性来说,整个生命体的信息都浓缩到一个精子中。以往认为生命信息的传递只是DNA的传递,但现在看来,远非如此。最近发现适应环境的RNA信息也可以被传递到下一代。同时,生殖细胞并非是体细胞的克隆,各种突变机制造成精子中的信息的多样化,这种多样性也是性成为生命界普遍的生殖方式的原因。生殖细胞如此重要,成为各方势力角逐的战场,比如基因与自私转座子的博弈、雄性和雌性的博弈、精子和其他精子的博弈。目前,我们对于生命体在繁衍和环境适应过程中如何筛选与压缩信息,如何增加多样性,如何平衡各方势力所知甚少。

本实验室有两个研究切入点。一个是通过研究生殖细胞中的RNA的产生机制和功能来解释生命信息的传递机制。RNA不但自己本身是信息的载体,而且可以是信息之间交流的媒介,可以让特定的信息的放大、清除与改变。实验室现在主要研究两类RNA,其一是piRNA,在生殖细胞细胞中超大量表达的一类小RNA;其二是精子中的RNA。这两类RNA的产生机制和功能尚未研究透彻。我们的研究发现原来认为只参与把基因组中信息转换成蛋白质的翻译机制,也参与了piRNA的产生,决定了其多样的序列。应用单分子测序技术,我们发现了一群完整的信使RNA在精子中幸存可以作为信息传递的载体。另一个角度是通过比较不同物种之间生殖过程的异同来研究生命信息传递的本质。比起心肝脾肺肾的体细胞,生殖细胞在不同物种中差异巨大,不同物种精子外形的差异不亚于不同物种本身外形的差异。目前,我们在同时研究人、鼠、鸡、蜥蜴的生殖过程,搭建起了非模型生物的研究系统。我们认为在表面的不同下,更能找到生殖过程中信息传递的本质规律。

通过研究生命信息传递的机理,能够找到生命运作内在逻辑的突破口,对医学和农业应用有重要的价值。比如,衰老和疾病,被认为是生殖细胞和体细胞博弈后的副产品。我们的研究在医学上的应用首先是在对环境和基因共同影响的疾病上,比如肥胖和精神分裂,我们认为环境通过对生殖细胞信息的改变来影响下一代,如何在孕前避免和矫正信息将是事半功倍的治疗方法。我们的研究在医学上的应用最直接地体现在生殖医学上。现今20%的家庭有生育上的困难,虽然试管婴儿技术已被广泛应用,仍有30%的失败率,对30%失败例子的研究也是恢复生育能力的治疗基础。一些早期流产或者先天畸形的遗传病,用精子携带治疗性的信使RNA,应该可以起到治疗作用。另外,考虑到全球有目前有260亿只鸡,家禽工业面临生产效率提高的瓶颈以及各种疾病的威胁,我们在鸡上建立起来的包括基因编辑的技术以及知识体系将会推动家禽产业取得革命性的进步。