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传统的观念认为，一个人的特征主要是在其基因序列或DNA编码中，然后被转录成RNA，随后被翻译成执行细胞功能的蛋白质。但是，虽然这种机制适用于大多数性状中，但这并不能解释所有性状是如何代代相传的。事实证明，表观遗传学可能在性状的遗传过程中起着很重要的作用。 普林斯顿大学分子生物系和Lewis-Sigler综合基因组研究所的研究人员开始对线虫C. elegans如何在性状重置之前，将特定病原体的回避行为传递给有限的几代感兴趣。其实，并不是所有的病原体都会触发这种反应，所以他们把注意力集中在研究他们所知道的几种，比如，铜绿假单胞菌。在遇到病原体并学会避免它之后，线虫的回避行为在完全重置之前被传递了四代，因此必须通过暴露重新获得任何进一步的抗性。 线虫的一个简单实验充分说明了表观遗传学 线虫C. elegans暴露于铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）或粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）两种常见病原菌中的一种，这两种病原菌均在线虫暴露时触发线虫的回避行为。然而，只有铜绿假单胞菌触发的回避行为会在线虫的不同世代间出现遗传回避，这表明这是一种病原体特异性机制，而不是普遍反应，而且雄性和雌性种系的比较显示两者都能够传递回避行为。 怀疑者可能会争辩说，也许正在发育的后代在出生前就已经接触到了病原体。但这种回避行为并不是简单地持续在亲子代之间，而是持续了整整四代，这意味着其中有其他一些传播过程。对原生型和暴露亲子代的基因转录谱分析表明，在免疫、代谢和基因表达调控方面，不仅存在翻译后修饰，而且存在表观遗传学差异。复杂的组蛋白修饰改变了DNA缠绕在组蛋白周围的方式，或是解开并“暴露”翻译成RNA，这些变化与产生相应蛋白质所需的小RNA调节器的变化一起被检测到。具体而言， PRG-1/Piwi 22G siRNA通路被发现可以指导表观遗传学的改变，从而赋予跨代遗传的致病性回避行为。通过染色质修饰，这一途径影响遗传物质对细胞翻译和转录过程的“可接近”程度。 表观遗传修饰是时间尺度的关键因素 表观遗传变化只是线虫对暴露于铜绿假单胞菌反应的一部分，伴随着免疫功能的迅速增强，有助于避免任何潜在的疾病甚至死亡，对这种特殊病原体的回避已被证明直接促进了线虫C. elegans的生存，因此，在多代之间给予这种回避行为有助于支持后代，进而有助于保持该物种的生存。 那么，既然知道生存有多重要，为什么这种逃避不与线虫紧密相连呢？答案就在于假单胞菌。 虽然铜绿假单胞菌可能是一种对线虫具有破坏性的病原体，但有些铜绿假单胞菌实际上是一种营养来源。事实上，在低温下，铜绿假单胞菌可以成为食物来源，只有在高温下，它才会变得真正危险。也有证据表明，经过训练以避免致病性假单胞菌的线虫C. elegans也避免致病性较低的假单胞菌。考虑一下，如果线虫C. elegans立即排除整个类别的潜在食物来源是多么有害，尤其是当它们遭遇敌对或其他压力环境时。 灵活性和适应性为未来铺平了道路 将这种回避行为转移几代使得线虫C. elegans能够存活，同时保持灵活性并适应条件和不断变化的需求，这种长期适应的灵活性反过来又促进了物种的生存。虽然这项研究是朝着正确方向迈出的重要一步，但需要进一步研究这种表观遗传生存机制，以进一步描述其作用过程，不仅是在一个相对简单的模式生物中，而且最终是在一个复杂的有机体，如人类。 Source: Moore, Rebecca S, et al. “Piwi/PRG-1 Argonaute and TGF-β Mediate Transgenerational Learned Pathogenic Avoidance.” Cell, U.S. National Library of Medicine, 13 June 2019 Reference: Caitlin Sedwick “Danger avoidance can be genetically encoded for four generations” Discovery Princeton News. 6 June 2019. Web. |
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