小RNA再次解释线虫如何将行为表观遗传给后代

来源：生物通

在动物一生中，大脑对环境因素习得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行为？至少在线虫，有多个研究报告表明，线虫能够将某些应对环境的行为遗传给子代，以小RNA的方式。

高等动物能够以“言传身教”等各种方式总结并告诫下一代避开不适宜的食物。那么低等动物呢？亲代获得的经验教训能不能传递给子代？根据本周美国细胞生物学学会会议上提交的报告，假单胞菌中的一种小RNA会引发秀丽隐杆线虫的趋避反应，这种反应还可以传递给下一代至第四代。

今年六月，普林斯顿大学分子遗传学家Coleen Murphy和同事发表了他们的研究记录，结果表明：线虫在摄取某种病原体后，可以将其信息传递给后代以避免下一代犯同样的错误。但是只有一些病原细菌——例如假单胞菌能触发这种跨代趋避反应。Murphy想知道为什么。(请参阅“小RNA解释线虫如何将行为表观遗传给后代”)

基于前面的研究结果，她的小组开始将致病性假单胞菌细菌各种组分分离，让C.elegans线虫分别置于各种细菌组分之中——细菌DNA，细菌代谢产物，细菌RNA等等，希望了解到底哪一种细菌组分能够触发线虫跨代的趋避反应？

令研究人员惊讶的是，接触细菌代谢物并没有引发线虫的趋避反应，细菌DNA也没有。然而，细菌中的小RNA可以。当研究人员在线虫的日常口粮——大肠杆菌中加入假单胞菌小RNA后，线虫后来就学会避免食用假单胞菌——即使它们之前从未遇到过真正的假单胞菌。

由于在25°C下培养的假单胞菌具有致病性并且会触发“吃错假单胞菌的”秀丽隐杆线虫的趋避反应，而在15°C条件下培养的假单胞菌则不会引发线虫的趋避反应，研究人员分析了这两种不同温度下培养的假单胞菌细菌之间小RNA表达的差异。他们鉴定出在培养温度较高时表达上调的六个细菌小RNA，然后又进一步在大肠杆菌中表达这些小RNA，最终将搜索范围缩小到了一个特定的小RNA——触发了线虫的趋避反应——即使这些线虫实际上并未生病。 “这就像是错误的记忆，”Murphy在12月9日在华盛顿特区举行的美国细胞生物学学会年会上介绍了这一发现，并于今年早些时候在bioRxiv发表了预印本。

沙雷氏菌属Serratia marcesans是一种不会触发跨代趋避反应的病原体，从Serratia marcesans中分离出的小RNA就没有这种作用。

进一步研究这种现象，研究人员发现线虫最初躲避假单胞菌的分子途径、与将信息传递给后代的分子途径似乎是同一个途径。在6月发表的研究中，研究小组发现，暴露于致病性假单胞菌后，秀丽隐杆线虫中许多piRNAs（ Piwi-interacting RNAs）的表达有所不同。如果在敲除种系的一个编码piRNAs调节子的prg-1基因，则能够阻断这种跨代继承的反应。而在最新的研究结果中，研究人员发现在种系中敲除prg-1也会阻断母体线虫的趋避反应。Murphy说：“跨代遗传所需要的每个元件，也是线虫母体趋避行为所必需的。” 

研究小组用野生型秀丽隐杆线虫和野生型细菌证实了该结果，表明这并非仅是实验室环境的产物。尽管假单胞菌小RNA触发的线虫趋避行为的确切机制仍不太明确——更不用说将该行为传递给下一代了的机制了，但Murphy团队已经确认其不涉及已知参与处理microRNA或病毒RNA途径的组分。她说：“这是全新的东西。它提出了一系列全新的问题。”

在此之前已经有多个研究报告表明，线虫能够将母体获得的某些习性通过小RNA传递给子代以帮助其更好的生存。参阅生活是艰难的，多亏了妈妈让线虫免受饥饿损害  这些结果会给我们带来什么启发？