同日两篇《细胞》:刷新认知!记忆居然真的可以遗传?
学术经纬 · 2019/06/10
近日,顶尖学术期刊《细胞》上在线发表了两项重磅研究:来自以色列特拉维夫大学与美国普林斯顿大学的两支团队发现,至少在线虫这种模式生物中,记忆能够被遗传!而且,这样的遗传性可以维持3代到4代。

本文转载自“学术经纬”。

颠覆教科书!神经活动影响生殖细胞

在过去,科学家们发现线虫中的小RNA可能会给后代的行为造成改变,但其中的具体机制却未得到阐明。在本项研究中,特拉维夫大学的科学家们对此进行了探索。


首先,他们把目光投向了一种叫做RDE-4的蛋白。先前研究表明,它是线虫产生小分子干扰RNA(siRNA)的关键。为了了解siRNA在跨代改变行为中的作用,研究人员们首先构建了带有rde-4(−/−)突变,即体内缺乏RDE-4蛋白的线虫。按设想,它们应当无法顺利合成许多siRNA。

随后,这些研究人员们又在线虫的神经元中特异表达RDE-4蛋白。这样做的目的,是让线虫能够根据神经活动产生siRNA,这方便让我们观察这些来自大脑的siRNA的作用。

接下来的结果令人大感振奋。在通常情况下,这些突变的线虫在较高的温度下,无法顺利找到食物。而当这些线虫的神经细胞中特异表达RDE-4后,这一觅食本领就能得到恢复。这些结果表明,神经细胞中产生的siRNA会影响线虫的觅食行为。

而在3代之后,一些线虫后代由于杂交,基因型恢复成了rde-4(−/−)。按道理,它们应该丧失了高温下觅食的本领才对。但研究结果出乎人们的意料——它们依旧能在恶劣的环境下寻找到食物,就好像是曾祖父母将这一本事遗传给了它们一般!


▲本研究的图示(图片来源:参考资料[1])

后续研究揭示了这一现象背后的分子机理。原来,随着神经活动产生的siRNA,会直接影响生殖细胞中一些基因的表达水平,而这种影响可以传递至少3代。

研究人员称,这一发现颠覆了现代生物学的一大教条——人们长久以来认为,环境影响应当不会改变生殖细胞里的遗传信息,神经活动显然不应该影响后代的命运。但这项研究表明,我们的观念该刷新了。

一朝被蛇咬,4代怕草绳

在另一项研究中,普林斯顿大学的科学家们对线虫的“避害”反应做了研究。在自然环境下,线虫会在生活中接触到各种各样的细菌。有些细菌营养丰富,是线虫的美食,而另一些细菌则具有感染性,会让线虫生病,甚至是杀死线虫!


铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)就是这样一种对线虫有害的细菌。但线虫虽小,却也有“避害”的本事——一旦被感染,只要不被杀死,它们就会吃一堑长一智,学会躲得远远的。

神奇的是,这些线虫的后代,哪怕从来没有接触过铜绿假单胞菌,也会对其“心生恐惧”,学会逃避。这样的恐惧心可以维持4代。到了第5代,这些线虫就“好了伤疤忘了痛”,不再把铜绿假单胞菌视作威胁(当然,被感染的话,还是有丧命风险)。

对这些有“避害”反应的线虫进行分析后,研究人员们发现它们不少和神经功能有关的基因得到了上调。其中,在一种感知神经元里,daf-7基因的表达水平和可遗传的“避害”行为呈正相关。在前4代依然懂得铜绿假单胞菌可怕的线虫中,daf-7的水平均居于高位。而在第5代线虫里,daf-7的水平就回归了基线。


▲本研究的图示(图片来源:参考资料[3])

进一步的分析表明,“避害”行为的遗传,离不开一种叫做piRNA的小RNA分子。具体来看,一种与piRNA相关的蛋白PRG-1与后代中的daf-7表达水平有关。

小结

综上所述,在线虫这种模式生物中,特殊记忆看似的确能通过小RNA分子的作用“遗传”给后代。但研究人员们也指出,目前这一结果只适用于线虫,在人类中未必适用。在高等动物中,记忆是否可以遗传,还需要进一步的研究和探索。

话说回来,如果人类的记忆能够遗传,你最想从祖先这里获得什么样的记忆,又想把怎样的记忆传给后代?告诉我们你的想法吧!

参考资料:

[1] Rachel Posner et al., (2019), Neuronal Small RNAs Control Behavior Transgenerationally, Cell, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.04.029

[2] Study shows how the nervous system can transmit information across multiple generations, Retrieved June 6, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-06/afot-ssh060619.php

[3] Rebecca S. Moore et al., (2019), Piwi/PRG-1 Argonaute and TGF-β Mediate Transgenerational Learned Pathogenic Avoidance, Cell, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.05.024

[4] Danger avoidance can be genetically encoded for four generations, say Princeton biologists, Retrieved June 6, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-06/pu-dac060519.php

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