撰文 | nagashi

眾所周知，雙胞胎可以分為兩種：同卵雙生或異卵雙生。同卵雙生的雙胞胎，是由同一個受精卵分裂而來，理論上遺傳物質是一致的，性別當然也必然一致；而異卵雙生的雙胞胎，是由不同的精子和卵子分別發育而來，跟普通的兄弟姐妹並無區別。

對於同卵雙生的雙胞胎，他們的遺傳物質相同，或者是他們的遺傳學差異極小，但是實際上，我們日常生活中也可以觀察到，同卵雙生的雙胞胎的生理或行為也存在比較明顯的差異，之前一直認為這種差異是由環境因素導致的。

但是，包括自閉症在內的一些發育障礙，有時候會出現同卵雙胞胎中的一人得而一人未得，這是否說明我們之前一直低估了同卵雙胞胎之間的遺傳學差異？

2020年1月8日，冰島deCODE公司、冰島大學的研究人員在 Nature 子刊 Nature Genetics 雜誌發表了題為：Differences between germline genomes of monozygotic twins （同卵雙胞胎種系基因組的差異）的研究論文。

這項研究發現，同卵雙胞胎在胚胎髮育早期就開始存在基因差異，在大約15%的同卵雙胞胎中，有大量的這些早期發育突變僅存在於雙胞胎的其中一個。這些結果表明，在發育過程中細胞的分配決定了同卵雙胞胎之間的基因組差異。

同卵雙胞胎來自一個單合子，這個合子是一個精子讓一個卵子受精後形成的。長久以來，我們一直認為同卵雙胞胎的遺傳物質應該是相同的。然而，胚胎髮育過程中的細胞分裂會導致變異，這也使得同卵雙胞胎的遺傳物質也會有所差異。

更關鍵的是，很少有研究描述這些雙胞胎之間的基因組差異。因此，在此之前，科學家們對同卵雙胞胎基因組之間的平均差異數量知之甚少，更不用說導致這些差異的突變型別和它們發生的時間。

在此項研究中，研究人員透過比較體細胞組織的序列變異，包括1個脂肪樣本、204個口腔樣本和563個血液樣本，以此估計387對同卵雙胞胎（381對雙胞胎；2組三胞胎）中不一致的合子後突變數量。

不僅如此，研究團隊還對這些同卵雙胞胎的父母、配偶和子女的基因組進行了測序，從而追蹤同卵雙胞胎中變異的趨異性。研究人員發現，雙胞胎之間平均相差5.2個早期發育突變。在大約15%的雙胞胎中，其中一人攜帶的這些突變數量較高，而另一人沒有這些突變。

pre-PGCs突變分類與三重突變（trio mutations）

我們通常我認為同卵雙胞胎之間的遺傳學差異很小，因此他們之間的存在的生理或行為差異通常被歸因於環境因素。但對於一些特殊的遺傳相關的疾病，例如自閉症，有時同卵雙胞胎中僅有一人會患病，另一人卻表現正常。

這些現象表明，同卵雙胞胎在胚胎髮育過程中，也可能發生不同基因突變，而這些遺傳因素的變化會導致兩者表現出完全不同的表型。

早期胚胎髮育過程中同卵雙胞胎的細胞系分配不均一導致兩者的遺傳差異

對此，研究人員解釋這可能是早期胚胎髮育過程中孿生子的細胞系分配不均一導致的，即細胞譜系對內細胞團的不平等貢獻可能在雙胞胎細胞群之間產生不同的等位基因頻率（VAF）差異。簡單而言，一個發生突變的單一細胞系可能僅存在於同卵雙胞胎的一個，而同樣的細胞系卻不存在於他的孿生兄弟中。

傳給子代的突變數和pre-PGCs突變的VAF

除此之外，研究團隊還發現，傳遞率與體細胞等位基因頻率（VAF）之間的比例關係表明，細胞譜系向生殖系的分配主要受其在胚胎髮育中的頻率所驅動。這表明原始生殖細胞（PGCs）前突變的VAF在所有人體組織中是相似的，主要受取樣變化的影響。

這一研究結果表明，人類早期胚胎髮育過程中對細胞譜系的隨機選擇是造成雙胞胎基因組差異的主要原因。

人類早期胚胎髮育中的細胞系分配

總而言之，這項研究描述了同卵雙胞胎之間的基因組差異，並探究了導致這些差異的突變型別和它們發生的時間。其研究結果表明發育過程中細胞的分配決定了同卵雙胞胎之間的基因組差異。

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41588-020-00755-1