您的当前位置:首页->新闻中心
新闻中心

重新审视跨代表观遗传机制 小RNA诠释线虫如何将举动表观遗传给子女

标签:重新,审视,代表,表观,遗传,机制,线虫,如何,举动  2019-12-16 15:37:17  预览

  

当C.elegans线虫在腐烂的水果上蜿蜒而行探求细菌吃的时候,它偶然会吃到不该吃的细菌。有些细菌在被摄入后对线虫是致命的,但不幸的是,线虫不能每次都把它们和有营养的种类区分开来——晓畅的时候,为时已晚。

不过,普林斯顿大学的研究人员最近在实验室观察线虫时发现,虽然为时已晚,它们照旧有办法“转告”下一代不要犯同样的错误。在线虫死于病91夫妻自拍原细菌之前,它们通常会产卵——产生的子女会一向回避摄入这种致命细菌。显然,趋避病91夫妻自拍原体——亲代在临终前学会的一种“举动”,可以传递给下一代以帮助它们生存。但这种亲代后天学会并传递给下一代的举动,是由小RNA引起的表观遗传机制,并不会成为一个天生的属性,传数代以后就会消散。文章发表在6月的《Cell》杂志上。

别吃那个!

已经有多篇文献报道,线虫的跨代遗传可以通过小RNA途径介导,但很少有人将这种机制与举动特性联系起来。
普林斯顿大学的Coleen Murphy团队在研究中惊奇地发现,线虫在接触致病91夫妻自拍性铜绿假单胞菌后,厥后代从一开始就会主动回避这种致病91夫妻自拍菌株。他们发现线虫能够将这种习性遗传至第四代子代,之后这种习性就消散了。这给了子代生存的上风。当把线虫放在一个病91夫妻自拍原细菌成碎片状分布的平板里,那些“亲代接触过这种细菌的”线虫子代的存活率,比那些亲代未接触过这种细菌的幼虫要高77%。

为了深入了解其作用机制,研究人员比较了接触病91夫妻自拍原体的线虫和只接触无害大肠杆菌菌株的线虫的基因表达谱。他们发现,在接触病91夫妻自拍原体细菌的母体和其子代中,有很多神经相关基因的表达上调,包括与趋避病91夫妻自拍原体举动有关的daf-7基因。在让线虫接触病91夫妻自拍原体后北京楼体亮化,daf-7在特定的神经元亚群中表达增长,并且这种表达水平上调能够维持到第四代子代。

风趣的是,通过RNA干扰克制daf-7在亲本线虫中的表达,对它们逃避病91夫妻自拍原菌的能力没有影响,但在其子代中干扰daf-7表达会使子代丧失趋避能力。Murphy认为,这注解该基因是子代维持趋避举动所必需的。

Murphy的研究小组随后研究了daf-7是如何调节的。他们首先探求小RNA调节因子,这种短非编码序列被认为在美丽隐杆线虫各种性状的表观遗传中发挥作用。

他们发现了一类Piwi-interacting RNAs(piRNAs)的特别小RNA,之所以如许命名是由于它们与Piwi蛋白形成复合物,而Piwi蛋白的丰度在线虫接触病91夫妻自拍原细菌后会发生明显转变。进一步的实验注解,daf-7在子女中的表达也必要一种特定的piRNA相关蛋白。

研究效果注解,小RNA可以调节这种跨代传递的趋避举动,神经元的daf-7水平转变强化了这种趋避举动。但有关该机制的一些细节——如小RNA通路如何将神经元中的基因表达转变转化为生殖系中的旌旗灯号,以及piRNAs究竟在做什么——仍然有待研究。

特拉维夫大学的遗传学家Oded Rechavi透露表现:“对病91夫妻自拍原体的反应是可以遗传的——这很风趣,由于我们不知道哪些环境可以触发可遗传的反应,哪些环境不会。”他好奇的是,这个过程现实上发生在哪里。他透露表现:“我很想知道,Murphy所看到的对病91夫妻自拍原体的趋避反应是从神经系统开始的,照旧病91夫妻自拍原体的暴露直接改变了线虫的小RNA库。”

从大脑到性腺再到下一代

除了Murphy团队的研究效果,特拉维夫大学Rechavi的研究小组也报道了线虫举动特性的跨代遗传。这个团队采取了一种不同的方法,展示了一种基于RNA的小机制如何未来自神经系统的信息传递给生殖细胞91夫妻自拍和子女。虽然已知与免疫和应激有关的性状可以在线虫中跨代遗传,但这两篇论文首次注解复杂举动可以以雷同体例传播。

Rechavi的研究正是着眼于这一路源题目;在线虫一生中大脑对环境因素的反应能否传递到生殖系并遗传给子代?神经系统能否控制下一代的举动?

Rechavi的实验室先前的工作集中在另一类小RNA调节因子——小干扰RNA(siRNAs),这种序列可以通过与mRNA转录物结合来沉默基因,从而调节基因表达。除基因组外网站seo优化,这些基因还可以通过生殖系遗传,并可以改变各代的基因表达。有研究注解,不同情势的压力,如饥饿,会导致某些siRNAs被遗传到下一代,从而影响营养相关基因和其他基因的表达。()

Rechavi团队如今研究的题目详细来说就是:线虫一生中学习到的神经、举动反应是否也会同样被遗传到下一代?在这种情况下,已知在美丽线虫神经系统中存在的siRNA是否可能影响生殖系中的基因表达?为了验证这一想法,他们对线虫进行基因改造,使其仅能在神经系统中表达RDE-4蛋白—— 一种合成某些siRNAs所需的蛋白质,这意味着这些线虫模型只能在神经系统产生siRNA。

令人惊奇的是,当研究人员观察这些线虫模型的性腺时,他们发现:与完全缺失RDE-4的对照突变体相比,超过1000个siRNA的丰度发生了转变。进一步的实验注解,其中近200个siRNA现实上是可遗传到第三代子代的。因为RDE-4在这些线虫的性腺中不表达,这一效果注解,神经组织中的RDE-4蛋白的产生和siRNA的产生,显然与生殖系有关联。


Rechavi团队的研究效果还指出,假如线虫完全缺乏RDE-4,它们在温暖的条件下表现出某些缺陷;与正常线虫相比,它们通过趋化性探求食物的能力降落。然而,假如RDE-4缺陷线虫与神经元中具有RDE-4的线虫模型杂交河南人事考试网,它们的子女具有正常的趋化举动。“只要“曾祖父辈”神经系统有RDE-4,就已经充足让好几代的子代体现得几乎和野生动物一样好。所以亲代的神经系统能控制到“曾孙”一代。

进一步的实验注解,saeg-2是一个显明受siRNAs调控的基因,它与线虫的觅食举动有关。在应激状况下,saeg-2的沉默是正常趋化的需要条件。Rechavi推断,某些环境条件会触发控制神经组织举动的特定基因的表达,线虫可以通过进步RDE-4的水平将其传递给下一代,RDE-4又会在神经组织中生成siRNAs。这在某种程度上导致了生殖系中siRNA的进步并进入下一代,在子女中下调saeg-2,以确保适当的趋化举动。

这种siRNAs的产生以某种体例被传递到生殖系,但还不清楚这是如何发生的,Rechavi推断神经元中的小核糖核酸可以通过组织进入生殖细胞91夫妻自拍。已知外源siRNAs,比如通过喂食或注射的人工siRNA可以通过组织进入生殖细胞91夫妻自拍LED中国结,但内源的小RNA(通过组织进入生殖细胞91夫妻自拍)此前还没有报道过。

突破魏斯曼壁垒(Weismann barrier)

这一效果提供了证据,否定了19世纪魏斯曼(August Weismann)提出的一个的理论——即在个体生命周期内发生的体细胞91夫妻自拍转变,如神经元反应,是不能遗传的。“神经系统可以跨代传递神经反应,突破魏斯曼屏障,”Rechavi说。

Miska说,这一发现为近10年前发表的一项研究提供了证据——那个研究首次注解,在某种情况下,对嗅觉线索的适应举动特性可以在美丽隐杆线虫的子女中遗传。这一发现最初在科学界遭到质疑。现在,新的研究效果“支撑了第一篇论文中提出的原创概念,此外,它们还为这一征象的发生提供了潜在的机制性见解。”虽然已知线虫的跨代遗传可以通过小RNA途径介导,但很少有人将这种机制与举动特性联系起来。他盼望看到更多的机制研究。“在这两种情况下,详细如何运作的机制都不清楚。”例如,参考Rechavi的论文,虽然我们知道来自神经系统的小RNA可以通过生殖系遗传,但还不清楚它们是如何影响体细胞91夫妻自拍组织中的基因表达的。至于Murphy的研究,他对piRNA通路的参与感到惊奇,由于这对于调节“非自我”DNA的表达,如转座子的表达是最好的理解。

Murphy认为Rechavi的研究很好地增补了她的研究。“许多时候,人们只考虑在生殖系中起遗传作用的成分,Rechavi的研究注解和我们的一些效果也注解,在神经系统中也必然有紧张的成分。。”

然而,让她感到疑心的是,为什么仅短暂地在几代时间里表达一种有益的举动,而不是简单地将其写入到遗传密码中?不过,考虑到其他团队的一些研究效果时,这是故意义的:当线虫学会避开高致病91夫妻自拍性假单胞菌菌株时,它们也倾向于避开统一类细菌的低致病91夫妻自拍性菌株。“对所有的假单胞菌进行“天生的遗传性”趋避是一个不好的选择,由于有许多假单胞菌种类对蠕虫有益,可以吃,是一个很好的营养来源。”

Rechavi指出,另一个缘故原由是线虫的世代时间短。“离下一代只有三天的时间,怙恃的环境很可能与子女的环境相似。。。让子女做好预备,进步应对同样困难的机会是故意义的。”

小RNA通路中涉及的基因、蛋白质和复合物的很多成分在包括人类在内的很多动物中都是保守的。但是,这种跨代遗传机制是否也得到广泛保守,是一个“十亿美元”的题目,Rechavi说。“假如这是保守的,那么它真的可以改变我们对遗传的看法。”

线虫如何警告子代回避有害细菌 小RNA再次诠释线虫如何将举动表观遗传给子女

 生活是艰难的,多亏了妈妈让线虫免受饥饿损害

博聚网