压力大时，表观遗传帮助提高可遗传的性吸引力

　　

   

   

图片来源:Itai Toker

有性繁殖使生物体能够混合它们的基因，并发展出新的适应能力，以适应严酷和不断变化的环境。在营养丰富的条件下，秀丽隐杆线虫通常是无性繁殖的，但在经历几代的压力后，这种虫子开始有性繁殖，并释放信息素，使其对雄性虫子更具吸引力。在2月7日的《Developmental Cell》杂志上，研究人员已经确定了性吸引力是如何传递的，它不是通过修改虫子的DNA，而是通过小RNA的转移。

“十多年来，我们一直在研究一个非常有争议的问题:父母对环境挑战的反应能代代相传吗?”该研究的主要作者、特拉维夫大学研究RNA记忆遗传的教授Oded Rechavi (@OdedRechavi)说。“我们知道这不能通过改变DNA序列来实现，但令人惊讶的是，我们和其他许多人的工作表明，至少在简单的生物体(尤其是线虫)中，通过小RNA分子的遗传，这是可以实现的。”

小RNA可以通过一种被称为基因沉默的现象影响有机体的基因表达。“与DNA不同，小RNA是根据特定的环境条件合成的，导致基因表达的变化，这种变化在没有暴露于压力环境下的后代身上持续存在，”研究合著者、Rechavi实验室的医学博士研究生YaelMor (@YaelMor3)说。

研究人员在实验室中模拟了适度压力的条件，将温度提高到25°C，这对线虫来说太暖了，但对实验室培养来说是在标准温度范围内。正常情况下，这种雌雄同体的蠕虫会等到生命周期结束时才开始分泌吸引雄性的信息素，但温度压力条件促使蠕虫过早地对雄性产生吸引力。

Rechavi说:“我们研究的另一个令人兴奋的方面是，精子和精子小RNA可以作为一个压力传感器(或变阻器)。”他的团队发现，高温会导致线虫精子缺陷，这就是在环境压力下性吸引力增加的原因。

为了确定线虫调节性吸引力的途径，研究人员检测了不同小RNA的线虫，并测试它们是否比正常的线虫更有吸引力。“我们开发了一种独特的系统，使我们能够消除与可遗传小RNA结合的Argonaute蛋白HRDE-1，”合著者Itamar Lev (@itamar_lev)说，他曾是Rechavi实验室的博士生，现在是维也纳大学的博士后。“我们发现，去除后代中的HRDE-1基因(使可遗传的小RNA减少)会消除吸引力的遗传。”

“一开始让我们惊讶的一个结果是，当在更高的温度下生长时，雌雄同体不会立即分泌吸引雄性的信息素:他们会等大约10代(约4周)才会提高自己的吸引力，”合著者Itai Toker（ @Toker_IA)说。他曾是Rechavi实验室的博士生，现在是哥伦比亚大学的博士后研究员。“回顾过去，这很有意义——前几代人的持续经验可以为生物体提供一个相对有力的‘预测’，即这种环境可能会持续更长时间。”

秀丽隐杆线虫有一种独特的双模式繁殖策略，但Rechavi的团队希望确定类似的遗传效应是否也发生在其他生物身上。“这项研究将短期的表观遗传与长期的、固定的基因变化联系起来，因此也与进化过程联系起来”。

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杂志

Developmental Cell

DOI

10.1016/j.devcel.2022.01.005