Cell：揭示线虫跨代记忆转移新机制

2021年9月11日讯/生物谷BIOON/---当有机体在所在的环境中遇到威胁时，向其他同伴发出危险的警告对该物种是有利的。秀丽隐杆线虫经常在它的环境中遇到危险，如病原菌铜绿假单胞菌，但是摄入这种似乎是诱人的食物来源的病原菌，会使这种线虫生病。虽然秀丽隐杆线虫不具备像人类那样大声发出警告的能力，但是在一项新的研究中，美国普林斯顿大学研究员Coleen Murphy及其研究团队发现，遇到铜绿假单胞菌的线虫可以帮助其同伴避免危险，并鉴定出这一机制的关键部分。相关研究结果发表在2021年9月2日的Cell期刊上，论文标题为“The role of the Cer1 transposon in horizontal transfer of transgenerational memory”。

在早期的研究工作中，Murphy实验室已发现，因铜绿假单胞菌感染而患病的母体线虫学会了避开这种细菌，并且它们可以在接下来的四代中将这种回避行为传给后代。已摄入铜绿假单胞菌的母体线虫通过它们的肠道吸收一种称为P11的细菌小RNA，这触动了线虫生殖系生殖细胞中的一种信号，该信号随后被传递给控制行为的神经元。之后，这种回避行为会通过对这些线虫生殖系细胞的改变传达给未来的后代。在他们的新论文中，论文共同第一作者Rebecca Moore、Rachel Kaletsky和Chen Lesnik及其同事们发现，回避行为也可以从受过训练的线虫传达给其他未受过训练的成年线虫。 Murphy解释说，“我们发现，线虫可以学会避开这种致病菌，如果我们把线虫磨碎，或者甚至只是用线虫游动的培养基，并把这种培养基或粉碎的线虫裂解液提供给未受过训练的线虫，后者如今也‘学会’避开这种病原菌。”

这些发现表明，线虫分泌的某种信号，当被其他线虫接收到时，可以改变它们的行为。有趣的是，通过接收这种信号而“受教育”的蠕虫的后代在接下来的四代中也会避免致病的铜绿假单胞菌。这表明，这种分泌的信号在受者线虫中触动了与直接暴露于这种病原菌的线虫相同的学习途径。Murphy团队试图确定这种分泌的信号。

Murphy说，“我们发现的是，一种叫做Cer1的逆转录转座子形成了病毒样颗粒，似乎不仅在组织之间（从线虫的生殖细胞系到它的神经元）而且在个体之间携带记忆。”

作为一种遗传因子，逆转录转座子类似于病毒，将自己插入到宿主动物的DNA中。Murphy团队发现，Cer1存在于蠕虫生殖系细胞的DNA中，通过RNA干扰敲降这种逆转录转座子的母体线虫不能通过接触P11来学习回避铜绿假单胞菌，也不能将回避行为传达给后代，因而不能教育附近的线虫。此外，成年的受者线虫需要Cer1存在于它们的基因组中，以便学会避免这种病原菌。他们发现两种天然缺乏Cer1的野生线虫品系不能做这些事情，这表明在这些品系中，需要Cer1来建立、传播和接收这种回避行为。

图片来自Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.07.022。

Murphy说，“我们认为Cer1可能使线虫在与病原菌的斗争中具有优势，尽管在非致病条件下，在线虫基因组中获得Cer1可能对它是有害的。”

美国马萨诸塞大学分子医学教授、RNA干扰的共同发现者Craig Mello说，“Murphy等人的发现令人振奋。越来越多的研究提示着全身性的RNA信号对行为的跨代影响。如果这项新的研究是正确的（即便是在跨代记忆的横向转移方面）话，它将是这一背景下的另一个有趣的插曲。”

尽管其他研究已表明，诸如海蛞蝓类动物海兔（Aplysia）之类的动物能够在个体之间转移记忆，但Moore、Kaletsky、Lesnik及其同事进行的这项新的研究是首次提出这种转移在自然界中发生的机制。然而，这项研究也提出了一些紧迫的问题。例如，正如Mello指出的那样，如今已确定线虫使用RNA信号向后代传递信息，但目前还不清楚Cer1对这一途径有何贡献。

Mello问道，“为什么线虫会使用逆转录转座子来向后代传递信号？到底转移了什么？”Mello说，为了证实线虫和Cer1逆转录转座子之间的进化关系，填补这些理解上的空白将非常重要。这正是Murphy团队如今正在努力做的事情。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Rebecca S. Moore et al. The role of the Cer1 transposon in horizontal transfer of transgenerational memory. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.07.022.