2022年02月14日 11:25
【科學快訊】
▎藥明康德內容團隊編輯
有性生殖,是生物適應環境的重要一步。有性生殖使兩個生物體可以混合它們的基因,產生多樣化的遺傳特征,讓後代有機會在不斷變化的環境中獲得更強的生存優勢。不過這種優勢也有代價,有性生殖需要兩性相互配合,不僅難度提高,繁殖速度也會降低。
有些生物便采取了一種「兩頭占優勢」的生殖策略:當營養豐富時,它們以自體繁殖為主;而處於一定的環境壓力下,它們則開始有性繁殖,以適應惡劣的環境。
經常被生物學家當作模式生物進行研究的秀麗隱杆線蟲(C。
elegans)就是如此。它們有很大一部分為雌雄同體,主要靠自體受精繁育。然而,連續幾代處於不利的環境條件時,一些線蟲後代便會開始散發「雌性魅力」:釋放出信息素,吸引雄性線蟲前來交配。
▲與雄性交配後的線蟲,紅色熒光指示雄性精子(圖片來源:參考資料<2>;Credit:Itai Toker)
環境壓力為何能「無中生有」地激發出線蟲的性吸引力?對這個問題,特拉維夫大學(Tel Aviv University)的Oded Rechavi教授已經研究了十多年。最近,他和同事們終於了解了背後的機制。
令人驚奇的是,盡管線蟲應對環境挑戰的這種反應可以遺傳給後代,但不是通過我們熟悉的遺傳物質——DNA的序列改變,而是通過RNA分子介導的表觀遺傳變化來實現的。
▲研究論文發表於學術期刊Developmental Cell
為了在實驗室中重現生殖方式的變化,研究人員設計了不同的環境條件,通過適當升高室溫(從20度上升為25度)來模擬輕度壓力,促使年紀輕輕的雌雄同體線蟲停止產生精子,而是開始分泌信息素,從自體受精繁殖改為吸引雄性交配。在溫度恢複後,這些後代的雌性魅力還會繼續保持兩三代。
在這個過程中,研究人員發現一些小RNA(small RNA)分子可以通過一種稱為基因沉默的現象,靶向精子中的基因,起到調節基因表達的作用。當溫度升高,線蟲的精子出現缺陷。而它們就像壓力傳感器,可以通過細胞中合成的小RNA,以及與小RNA相結合的蛋白HRDE-1,觸發線蟲改變交配策略。這些小RNA可以遺傳,將性吸引力傳遞給後代,使後代增加交配機會,產生有利於適應環境的遺傳變異。
▲研究示意圖(圖片來源:參考資料<1>;Credit:Developmental Cell/Itai Toker)
「這項工作將短期表觀遺傳與長期的、固有的遺傳變化聯系起來,從而與進化過程聯系起來,」論文作者Yael Mor博士說。盡管這些實驗在看起來十分簡單的線蟲身上開展,但這支研究團隊表示,他們希望在其他生物體中尋找是否也有相似機制的遺傳效應。
題圖來源:123RF
參考資料:
<1> Itai Antoine Toker et al。, (2022) Transgenerational inheritance of sexual attractiveness via small RNAs enhances evolvability in C。
elegans。
Developmental Cell Doi: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2022.01.005
<2> Stressed out worms use epigenetic inheritance to produce more sexually attractive offspring。
Retrieved Feb。
8, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/942019