匹配很重要：父母的正确组合可以无限期地关闭一个基因

有证据表明，一代人所发生的事情——饮食、毒素暴露、创伤、恐惧——可能会对后代产生持久的影响。科学家们认为，这些影响是由于表观遗传变化造成的，这些变化是对环境的反应，在不改变基因组或DNA序列的情况下开启或关闭基因。

但是这些变化是如何代代相传的还不清楚，部分原因是科学家还没有一个简单的方法来研究这一现象。美国马里兰大学(University of Maryland)研究人员的一项新研究为解开经验如何导致动物生物学上可遗传的变化这一谜团提供了一个潜在的工具。通过与线虫交配，它们产生了持续300多代的永久表观遗传变化。这项研究于2021年7月9日发表在《自然通讯》杂志上。

“人们对遗传表观遗传学有很多兴趣，”UMD的细胞生物学和分子遗传学副教授、该研究的资深作者安东尼·何塞(Antony Jose)说。但要得到明确的答案是困难的。例如，如果我现在正在节食，这对我的孩子和孙辈有什么影响?没有人知道，因为其中涉及了太多不同的变量。但我们发现了一种非常简单的方法，通过交配，将一个基因关闭数代。这给我们提供了一个巨大的机会来研究这些稳定的表观遗传变化是如何发生的。”

在这项新研究中，乔斯和他的团队发现，在繁殖线虫的过程中，一些交配会导致其后代的表观遗传变化，这种变化在科学家继续繁殖线虫的过程中继续传递。这一发现将使科学家能够探索表观遗传变化是如何传递给后代的，以及哪些特征使基因容易受到永久表观遗传变化的影响。

Jose和他的团队在2013年开始了这项工作，当时他们正在研究线虫，秀丽隐杆线虫(C. elegans)，一种经常被用来作为理解动物生物学的模型的物种。科学家们注意到，携带T基因的蠕虫有时会发光，有时不会。T基因能产生荧光蛋白。这很令人困惑，因为怒视的人和不怒视的人有着几乎相同的DNA。

“一切都始于我们偶然发现了一个罕见的基因，它仅仅通过交配就经历了数百代的永久变化。我们可能很容易就错过了。”他是该研究的联合主要作者之一，现在是哥伦比亚大学(Columbia University)的博士后研究员。

为了更好地理解这一现象，研究人员进行了繁殖实验，其中只有母亲或父亲携带荧光基因。研究小组预计，无论哪一个父母携带该基因，其后代都会发光。相反，他们发现，当母亲携带荧光基因时，后代总是发光，这意味着该基因总是被打开。但当父亲携带该基因时，后代通常会微弱发光或根本不发光。

“我们发现这些rna信号控制着基因的表达，”Jose说。“其中一些信号会使基因沉默，而另一些则是防止沉默的保护性信号。随着后代的发育，这些信号正在相互竞争。当基因来自母亲时，保护信号总是胜出，但当基因来自父亲时，沉默信号几乎总是胜出。”

当沉默信号胜出时，基因就会永久沉默，或者至少300代，这就是何塞和他的同事追踪实验室培育的蠕虫的时间。之前的表观遗传变化的例子更复杂，或者它们不会持续超过几代。研究人员还不知道为什么沉默的信号只在某些时候占上风，但这项新发现使他们比以往任何时候都能更好地探索表观遗传的细节。

“虽然我们已经发现了一组几乎可以永久沉默的基因，但大多数其他的基因不会受到同样的影响，”该研究的另一位联合作者，pravrutha Raman博士说。他现在是弗雷德·哈金森癌症研究中心的博士后研究员。“沉默之后，它们会反弹，并在未来几代人身上得到表达。”

根据他们的新发现，研究人员现在相信，一些基因可能更容易受到永久表观遗传变化的影响，而其他基因则可以在几代之内恢复。虽然对蠕虫的研究与对人类的研究不一样，但这项研究为了解所有动物至少在某种程度上可能共享的生物过程提供了一个窗口。

何塞说:“我们现在从这项工作中获得的两个巨大优势是，这种持久的表观遗传变化很容易通过交配引起，而且它发生在一个基因的水平上。”“现在我们可以操纵这个基因并控制它的一切，这将使我们能够确定哪些特征使一个基因易受遗传表观变化影响或抵抗遗传表观变化。”

Jose和他的同事们预计，未来的研究可能有一天会帮助科学家识别易受长期表观遗传变化影响的人类基因。

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Mating can initiate stable RNA silencing that overcomes epigenetic recovery, Sindhuja Devanapally, pravrutha Raman, Mary Chey, Samual Allgood, Farida Ettefa, Maïgane Diop, Yixin Lin, Yongyi E Cho, and Antony M Jose, was published on July 9, 2021, in the journal Nature Communications.