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英国王室婚礼的生物学八卦
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用生物学“八卦”英国王室婚礼
李福洋
英格兰的的威廉王子马上就要和优雅、仪态端庄的凯瑟琳-米黛尔顿（Catherine Middleton）小姐结婚了，盛大的王室婚礼仪式将在本月29日在伦敦的威斯敏斯特大教堂（进化论的创始人达尔文就安葬在那里）举行。
一向给人以严谨和严肃印象的生物学期刊老大，Cell，似乎不再仅限于“阳春白雪”的风格，也走起“娱乐路线”来，拿英国王室婚礼开涮，试图从生物学角度来探讨这个历史性结合背后的生物学属性，诸如：如何从千万个漂亮的女孩中找到那一个属于王子的“高亲和力伴侣”，由一个普通女孩转变成皇后所需要经历什么样的表观遗传学变化，以及维持和增强这个婚姻关系的神经生物学原理等。当然了，“醉翁之意不在酒，在乎吸引眼球也”。通过“吸引眼球”的方式做科普，方能更有效传播科学知识。这次利用公众对王室婚礼的关注，让他们也顺带了解一些生物科学研究的新进展。
如何找到意中人？
据说，10年前，当威廉王子刚入学圣安德鲁大学，申请该大学的女生人数暴增了85%！可以看出威廉王子从那时候起就成了最受女孩青睐的单身汉。说实在的，这些女孩最终能有几个和威廉王子套上近乎？又能有几个进入他挑选未来新娘的名单？估计是寥寥无几。尽管如此，王子挑选新娘的困难和挑战依然存在，仍然有海量的“可能的公主”让王子去挑，有可能挑花眼，这个难题，和转录因子面临的是一个性质的问题。（有人可能说了，要是中国古代皇室，那不简单多了，照单全收；可在英国不行啊，他们即使过去也没有三宫六院这一说，这也说明在这一点上西方还是文明得多。）
转录因子如何从茫茫基因组海洋中找到自己的控制的靶基因并启动其表达的？单分子成像技术是近年来发展出的一项新技术，它可以从单个分子水平实时观测分子的行踪和行为。Tafvizi等用这项技术观察抑癌基因p53的蛋白（是个转录因子，我的《抗癌三兄弟（二）》中有介绍）对靶基因的寻找过程。研究观察到得结果他们提出一种“海选”模型：p53由一端（C-端）通过和DNA非特异性的弱结合作用，沿着DNA快速滑行，寻找结合位点；一旦遇到结合位点（“意中人”），p53就会停下来，调整构象，由专门负责特异性结合的结构（DBD）就牢固地结合，并发挥转录激活作用；如果没有找到，蛋白会从ＤNA上脱落，再“跳”到另一个ＤＮＡ上去滑行寻找。p53的大部分时间都花在对所有候选对象的“挑选”上。
正如威廉王子，花了十年时间，才从这众多的女孩中选出自己的新娘。
Tafvizi, A., et al. (2011). Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 563–568.
我美丽白嫩的虫宝宝（My Fair Larvae）
凯瑟琳-米黛尔顿来自英格兰南部伯克郡一个中产阶级家庭，她被王子选中入住王宫，在各个圈子讨论了无数回了，被认为是增进社会不同阶层和谐的一个标志。从普通平民中选取未来的王妃，英国人可是正在从蜜蜂这种真社会型动物那里获得启示。
当蜜蜂群需要一个新王后时，它们是从又从幼虫中随机挑选。这些幼虫原本没有什么区别，可是一旦被选中，保姆工蜂就开始给它喂“王浆”。吃的不一样，命运可就大不相同了：吃王浆就能吃成王后，而吃蜂蜜也就只能成为普通工蜂。想想那些梦想成为威廉王子新娘的无数女孩，最后还不是只有凯瑟琳一个人梦想成真了？
蜂王浆可以培育出蜂后，已经是二千多年的常识了吧？可是吃的东西（膳食）怎么会有如此神奇的魔力，竟然能够让动物的发育程序重新编写？很显然，这属于表观遗传学的范畴。有几个不同的实验室对此展开研究，正在逐步揭开了“蜂王浆”神奇魔力的神秘面纱。
Kucharski et al. (2008) 等发现了决定幼虫是变成蜂王还是变成工蜂的一个重要“开关”-Dnmt3，这是一个负责DNA从头甲基化的酶（DNA methyltransferase 3）。（我在上一篇博文《表观遗传学的一段多彩历史》中介绍过DNA甲基化的作用）。通过分子生物学手段干扰Dnmt3，神奇的是，就干扰这一个基因，幼虫就开始向王后发育了，卵巢组织快速生长扩增（那可是王后行使使命的主要看家器官）。随后，德国海德堡的 Frank Lyko 的实验室 (2010) 还从全基因组水平检测和分析了王后和工蜂脑组织的DNA甲基化分布区别，他们发现大概有10%的基因甲基化有显著的差别，其中一个有意思的发现是，一些甲基化修饰影响基因的转录后拼接。这项研究结果提示，DNA甲基化不仅能决定幼虫早期形状的分化，还参与分化后大脑细胞的功能。
做药物学或化学的朋友可能会问，究竟是王浆里的什么成分在发挥作用啊？Sphannhoff 等初步发现，蜂王浆里的一种脂肪酸10-羟基癸烯酸((E)-10-hydroxy-2-decenoic acid,10HDA)是一个重要的有效成分，该脂肪酸可能是一个组蛋白去乙酰化酶抑制剂。
凯瑟琳在被选上的那一天起，就开始狂补“王浆”，经受系列严格王室的训练，从行为举止、仪态气质，甚至脑子里的想法观念都“王室化”，盛大的婚礼仪式就是最终的考试验收。
Kucharski, R., et al. (2008). Science 319, 1827–1830.
Lyko, F., et al. (2010). PLoS Biology 8, e1000506.
Spannhoff, A., et al. (2011). EMBO Reports 12, 238-243.
怎样才能终生相爱厮守？
据估计，届时将会有20亿人关注这场盛大的仪式。无论多么盛大、壮观的仪式，其实关键也就两件事：一是宣布婚姻承诺，二是起誓彼此恩爱、忠诚，相伴一生。洗净人生铅华，在无数荣耀和辉煌背后，实实在在的还是平静的生活。人们不禁会关心，这一对新人能够真正一生相爱、厮守？威廉王子会是模范丈夫吗？毕竟昨天的阴影可能依旧笼罩在人们的心头。
人类为什么会选择一夫一妻式婚姻关系？进化生物学告诉我们，这是进化选择的结果，也就是说，它是有生物学基础的，而不单纯是道德的原因。那么维护这种一对一婚姻关系的生物化学基础是什么？生物学的研究已经解开了这个神秘问题的一小角。
我们中国文化中，鸳鸯似乎是忠贞爱情的象征，其实是表错情了，鸳鸯只是会秀恩爱而已；生活经验告诉我们，凡是特爱秀恩爱的夫妻，还很可能是有问题滴。在动物世界，也有很多是奉行一夫一妻，而且关系融洽、恩爱一生的，如生活在北美洲的田鼠。北美田鼠的夫妻关系缔结仪式就是交配，一旦发生一次交配，那就终身不渝，雄性田鼠对其它雌性鼠不再会有感觉了，是不是有点像过去有句话“我已经是你的人了…”? 生物学家拿这种田鼠 作为模型，发现了维持“夫妻”融洽和谐关系的生物化学线索-大脑海马区的加压素（vasopressin）信号系统。如果把加压素受体阻断，雄性田鼠就表现得“花心”了。最近Gobrogge等又发现增强加压素信号能让雄性鼠变成“模范丈夫”。他们证实，增加加压素受体在海马区前叶的表达，雄鼠对其它雌鼠表现出排斥；更有甚者，提高加压素信号还可以令“处男”田鼠表现得像个“已婚”鼠，对所有陌生的雌性鼠表现出排斥性！
加压素信号系统会在威廉王子与凯瑟琳的婚姻关系的持久和稳定性中起作用吗？人类遗传学研究的证据提示：有可能。08年有研究报道，人1型加压素受体基因编码区上游的一小段重复序列的多态性和夫妻关系与行为有密切关联，其中有一种（RS3 334）位点多态性形式的男人，婚姻承诺兑现和关系稳定性得分偏低。这些都提示，人和美洲田鼠的一夫一妻婚姻关系维持的深层生化机制可能是类似的。
Gobrogge, K.L., et al. (2009). PNAS 106, 19144–19149.
Walum, H. et al. (2008). PNAS 105, 14153–14156.
Winslow, J.T., et al. (1993). Nature 365, 545–548.
被砍头的王后
当众位女性在在羡慕王妃的时候，大概不会想到她荣耀背后的苦恼甚至是辛酸，戴安娜王妃的悲剧大家该不会忘记吧？还有更远的，那位奥地利皇宫-美泉宫内茜茜公主的凄美故事。
凯瑟琳即将成为英王室大家庭的成员，必定要在英王室的家谱上留名，成为“六世凯瑟琳王后”，这就意味着她要放弃很多原本作为普通人时才能能够享受的权利和自由，同时意味着更多的责任和约束。她大概不会不知道英国国王亨利八世的第五任妻子也叫凯瑟琳，不过姓霍华德；这位王妃因为与臣子通奸被砍了头。
说到砍头，在过去的中国，是十分普遍一种极刑，野蛮残忍。在现代文明社会，砍头已经很少见了，除了一些文化上落后国家。尽管大家已经没有太多感性认识，但稍加想象一下，仍然会觉得十分瘆人。不过，在淡水水螅看来，砍头实在没什么大不了，过不了几天就会再长出一个新头！
淡水水螅具有非同寻常的再生能力，即便是砍了头，也还能在长出一个完整的新头。这可是个研究再生原理的绝好模型。研究发现，正是Wnt3分子提供了水螅头再生的信号。有意思的是，Wnt3分子只是在断茬表面该长处头的一侧一部分要凋亡的细胞里表达，而在需要长处脚的那一侧既没有细胞凋亡，也没有Wnt3表达。这些观察结果提示：Wnt3信号是水螅头的再生信号。为了验证这一可能，他们通过分子生物学技术和方法让Wnt3在原本该长脚的断侧表达，而在该长头的一侧抑制细胞凋亡和Wnt3的表达，结果，原本该长处脚的地方长出了头，而该长出头的部位却长出了脚！这充分地证实了Wnt3就是水螅头再生得信号的。
这时，我想起了革命先烈的一句豪迈诗句“砍头不要紧，只要主义真，杀了夏明翰，还有后来人”，那是指精神不死；过去还有些江湖好汉被处死前也多会大呼一声“砍头不过碗大的疤，二十年后又是一条好汉！”，显示视死如归的气概，他们大概根本就不会想到，对有些生物，这可是真的哦。
Chera, S., et al. (2009). Dev. Cell 17, 279–289.
本文章根据cell上的《Royal Wedding》翻译改写，图片也来自该文章，绝大多数文字部分内容系个人发挥,如有雷同，也当属正常。特此声明，给那些恶意“打假”的某些人等省点气力，希望他们能去干点正事（打些正经的假）。
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