沉默基因 RNA 可直接遗传给后代：获得性遗传或许很简单！ （含视频）| PNAS 论文推荐

生物学家观察到当线虫的卵细胞为受精做准备时，循环系统内的双链RNA（double-stranded RNA, dsRNA）会在卵细胞吸收营养时进入卵细胞，而这些具有沉默基因功能的 dsRNA 很有可能是除遗传物质之外的遗传信息传递载体。

来源 phys.org

翻译 严冰

审校 苗润丰

有性生殖过程中，亲本双方各自传递一半的 DNA 给下一代，是基因遗传（genetic inheritance）的基本定律。人们普遍认为，这些遗传物质——DNA 包含了构建一个新个体所需的所有遗传信息。

但是近期研究表明，在某些物种中，亲代的生活经历可以改变下一代的表型。饥饿、中毒、患病等许多因素都可以改变父母的基因表达模式，并在某些情况下，这些改变会被传递给下一代。这种现象被称为“非基因遗传”（non-genetic inheritance），它的具体机制尚不清楚。

马里兰大学的发育生物学家首次在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）体内观察到，亲代体内具有沉默基因功能的 dsRNA 分子可以直接传递给子代，并在子代中保持其基因沉默功能。这篇2016年10月17日在线发表在 PNAS 上的文章为解释“非基因遗传”现象提供了一种大胆的假设，它指出，这种现象背后的机制可能远没有我们想象得复杂。

图中为秀丽隐杆线虫，箭头所指为一个刚刚受精的受精卵，受精卵中含有能够沉默基因的dsRNA颗粒，而这些dsRNA分子可以直接从亲代线虫的循环系统进入卵细胞。

图片来源：Antony Jose，Universityof Maryland

 “这是我们第一次观察到双链 RNA 分子的代际传递，”来自马里兰大学细胞生物学和分子遗传学系的助理教授、该文章的资深作者 Antony Jose 介绍道，“人们一直假设是 dsRNA 改变了亲代的遗传物质 DNA，然后这些遗传物质 DNA 被传递给了子代，但是我们的发现表明，RNA 很有可能跳过了中间的步骤。”

Jose 和他的团队成员（包括该文章的第一作者——学生 Julia Marré 和技术员Edward Traver）将带有荧光标记的 dsRNA 分子注射到秀丽隐杆线虫的循环系统内，然后观察到这些 RNA 分子从亲代的循环系统中移动到待受精的卵细胞内。

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视频中，线虫的一个未成熟卵细胞正在为受精做准备，当它从亲本体内吸收营养的时候，dsRNA 分子也一同进入卵细胞——品红标记的小点。

Credit: Antony Jose/University of MarylandCollege of Computer, Mathematical, and Natural Sciences

这一机制可导致一些令人吃惊的结果，例如在一个亲本体内，由于被注射的 dsRNA 分子没有能互补配对的基因序列，所以不具有沉默该亲本基因的功能。但是，当子代线虫从另一个亲本处得到的一半遗传物质中有能与这些 dsRNA 互补配对的基因序列时，这些 dsRNA 则可以在子代体内沉默基因。这一现象表明，在某些情况下，dsRNA 介导的基因沉默可以表现出跨代遗传的特征。

 “我们观察到 dsRNA 可以直接传递给后代这一令人震惊的现象。这为解释‘亲代的环境因素可以影响子代’这一现象提供了一种具体机制，”Jose 介绍道，“但是，更令人震惊的是，当子代从亲本A继承了亲本B没有的基因时，亲代B却可以向子代传递基因沉默信息来沉默这个基因。”

Jose 和他的同事们并没有预料到 dsRNA 会在代际信息传递中扮演这样一个直接的角色。他解释道，因为 dsRNA 是许多病毒生命周期的重要组成部分，所以人们很自然地认为活细胞的天然防御功能会阻止 dsRNA 入侵下一代。

 “我们本以为下一代会受到很好的保护，但实际上，dsRNA 分子能很随意地进入生殖细胞，”Jose 补充道，“在准备受精的过程中，卵细胞采用的吸收营养的方式使下一代不仅仅获得了营养，还获得了更多的信息。”

Jose 和他的同事希望进一步了解 dsRNA 在多代个体中行使基因沉默功能的具体机制。

 “有迹象暗示，在人类的代与代之间也会发生相同的事情。例如，人体血液中含有 RNA，但是我们不知道这些 RNA 分子的来源、去向以及具体的功能，”Jose说，“而我们的研究恰好引入了一个全新的视角——它们可能是亲代-子代信息传递的载体。”

原文链接：

http://phys.org/news/2016-10-biologists-inheritance-gene-silencing-rna.html

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论文基本信息

【题目】ExtracellularRNA is transported from one generation to the next in Caenorhabditis elegans

【作者】JuliaMarréa, Edward C. Travera,1, and Antony M. Josea,2

【期刊】PNAS

【日期】17 October2016

【DOI】10.1073/pnas.1608959113

【摘要】Experiencesduring the lifetime of an animal have been proposed to have consequences forsubsequent generations. Although it is unclear how such intergenerationaltransfer of information occurs, RNAs found extracellularly in animals are candidatemolecules that can transfer gene-specific regulatory information from onegeneration to the next because they can enter cells and regulate geneexpression. In support of this idea, when double-stranded RNA (dsRNA) isintroduced into some animals, the dsRNA can silence genes of matching sequenceand the silencing can persist in progeny. Such persistent gene silencing isthought to result from sequence-specific interaction of the RNA within parentsto generate chromatin modifications, DNA methylation, and/or secondary RNAs,which are then inherited by progeny. Here, we show that dsRNA can be directlytransferred between generations in the worm Caenorhabditis elegans.Intergenerational transfer of dsRNA occurs even in animals that lack any DNA ofmatching sequence, and dsRNA that reaches progeny can spread between cells tocause gene silencing. Surprisingly, extracellular dsRNA can also reach progenywithout entry into the cytosol, presumably within intracellular vesicles.Fluorescently labeled dsRNA is imported from extracellular space into oocytesalong with yolk and accumulates in punctate structures within embryos.Subsequent entry into the cytosol of early embryos causes gene silencing inprogeny. These results demonstrate the transport of extracellular RNA from onegeneration to the next to regulate gene expression in an animal and thussuggest a mechanism for the transmission of experience-dependent effectsbetween generations.

【原文链接】www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1608959113

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