Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các hành vi đã học có thể được di truyền qua nhiều thế hệ ở C. Elegans, được truyền từ cha mẹ sang con cháu thông qua trứng và tế bào tinh trùng.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Princeton đã phát hiện ra rằng các hành vi đã học có thể được di truyền qua nhiều thế hệ ở C. Elegans , được truyền từ cha mẹ sang con cháu thông qua trứng và tế bào tinh trùng. Bài viết chi tiết phát hiện này, của Rebecca Moore, Rachel Kaletsky và Coleen Murphy, xuất hiện trong số ra ngày 13 tháng 6 của tạp chí Cell .
Người ta biết rằng các đặc điểm của một sinh vật được mã hóa trong các gen được truyền từ cha mẹ sang con cái thông qua trứng và tinh trùng của dòng mầm. Sự di truyền của một số tính trạng được xác định riêng bởi liệu cá thể đó có nhận được dạng trội hay lặn của một gen liên quan từ mỗi bố mẹ hay không. Các đặc điểm di truyền khác bị ảnh hưởng bởi cả cấu trúc di truyền và các yếu tố như dinh dưỡng, nhiệt độ hoặc căng thẳng môi trường, có thể ảnh hưởng đến mức độ biểu hiện của các gen liên quan. Các tính năng mà tính kế thừa không được điều khiển bởi trình tự DNA được gọi là “biểu sinh” (tiền tố “epi” có nghĩa là “trên đỉnh”).
Kiểu hình của một sinh vật có thể thay đổi trong suốt cuộc đời của nó do các cơ chế biểu sinh. Ví dụ, trong giun tròn siêu nhỏ Caenorhabd viêm Elegans , đói hoặc căng thẳng nhiệt thúc đẩy động vật thích nghi với các điều kiện này bằng cách thay đổi biểu hiện của nhiều gen. Ở cấp độ của bộ gen, những thay đổi này có thể được thực hiện lâu dài bằng cách thay đổi mức độ chặt chẽ của DNA mã hóa gen được đóng gói, từ đó điều chỉnh khả năng tiếp cận của nó với máy móc phiên mã RNA. Ngoài ra, các tế bào có thể tham gia vào các cơ chế phá hủy hoặc cô lập các bản phiên mã RNA mã hóa protein. Khi những sửa đổi này được thực hiện trong các tế bào mầm, chúng có thể được truyền lại cho các thế hệ tương lai trong một hiện tượng được gọi là di truyền biểu sinh chuyển thế hệ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng C. Elegansthích nghi với đói và căng thẳng nhiệt có thể được di truyền trong nhiều thế hệ. Có thể các kiểu hình phức tạp hơn, chẳng hạn như thay đổi hành vi, cũng được truyền lại theo cách này?
“Trong môi trường tự nhiên của chúng, giun tiếp xúc với nhiều loài vi khuẩn khác nhau. Một số trong số đó là nguồn thức ăn bổ dưỡng, trong khi những loài khác sẽ lây nhiễm và giết chết chúng”, Murphy, giáo sư tại Khoa Sinh học Phân tử của Princeton và Viện Lewis-Sigler nói. cho Genomics tích hợp. “Giun ban đầu bị thu hút bởi mầm bệnh Pseudomonas aeruginosa, nhưng sau khi bị nhiễm bệnh, chúng học cách tránh nó. Nếu không, chúng sẽ chết trong vòng vài ngày.”
Moore và các đồng nghiệp của cô đã điều tra xem C. Elegans có thể truyền đạt hành vi tránh né đã học này cho con cháu của họ hay không. Họ phát hiện ra rằng khi giun mẹ học cách tránh P. aeruginosa gây bệnh, con cháu của chúng cũng biết tránh vi khuẩn. Sức hấp dẫn tự nhiên của con cái đối với Pseudomonas đã bị ghi đè mặc dù trước đó chúng chưa bao giờ gặp phải mầm bệnh này. Đáng chú ý, hành vi gây khó chịu được thừa hưởng này kéo dài trong bốn thế hệ, nhưng ở thế hệ thứ năm, một lần nữa, giun lại bị thu hút bởi Pseudomonas. Trong một bất ngờ khác, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy rằng sự kế thừa của việc tránh né đã học không phải là phổ biến đối với tất cả các vi khuẩn gây bệnh; Mặc dù giun mẹ có thể học cách tránh vi khuẩn gây bệnh Serratia marcescens, ít phong phú hơn Pseudomonas ở C. Elegans‘môi trường, ác cảm này đã không được truyền lại cho con cháu. Tò mò, các nhà nghiên cứu bắt đầu khám phá những gì kiểm soát việc truyền P. aeruginosa tránh các hành vi qua các thế hệ.
Các tác giả đã chỉ ra rằng các bà mẹ C. Elegans phải thực sự bị bệnh khi ăn P. aeruginosa để truyền bệnh cho thế hệ tương lai; tiếp xúc với mùi phát ra từ mầm bệnh là không đủ để gây ra sự tránh né. Tuy nhiên, con đường cảm giác thần kinh rất quan trọng đối với việc tránh di truyền, bởi vì hành vi tránh né ở cả bà mẹ và con cháu của họ có liên quan đến sự biểu hiện điều chỉnh của một số gen liên quan đến thần kinh. Trong số này, sự biểu hiện cao của TGF-β ligand daf -7 ở các bà mẹ là cần thiết cho con cháu để thừa hưởng ác cảm mầm bệnh. Moore và các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng biểu hiện daf-7 trong một loại tế bào thần kinh cảm giác nhất định, tế bào thần kinh ASI, có mối tương quan mạnh mẽ với hành vi tránh di truyền.
“Quá trình kế thừa sự tránh né đã học này [cũng] đòi hỏi hoạt động của các RNA nhỏ gọi là piRNA,” Murphy nói. Các piRNA đã được liên quan đến các con đường di truyền biểu sinh chuyển thế hệ khác ở C. Elegans , nơi chúng được cho là làm im lặng biểu hiện gen và gián tiếp điều chỉnh việc đóng gói DNA. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng protein PRG-1 liên quan đến piRNA, trong khi không cần thiết cho các bà mẹ C. Elegans học cách tránh P. aeruginosa, là cần thiết để tăng biểu hiện daf-7 trong thế hệ con cháu và vì hành vi tránh di truyền của họ. Cho dù piRNA và PRG-1 hoạt động chủ yếu ở người mẹ, con cháu hoặc cả hai để thúc đẩy sự kế thừa hành vi tránh né vẫn chưa được biết.
Điều quan trọng là, biểu hiện của daf-7 vẫn tăng cao trong các tế bào thần kinh ASI của thế hệ con trong bốn thế hệ, sau đó trở về mức cơ bản ở thế hệ thứ năm, đó là khi hành vi tránh né di truyền cũng biến mất. Như Murphy chỉ ra, mặc dù kế thừa hành vi tránh né mang lại lợi thế sống còn, nhưng cuối cùng cũng cần phải có hành vi tránh né này. Đó là bởi vì P. aeruginosa chỉ gây bệnh ở nhiệt độ cao; ở nhiệt độ thấp hơn, nó ngày càng an toàn để ăn, cũng như các loài Pseudomonas khác. Nếu mối đe dọa gây bệnh là tạm thời, việc tránh khỏi di truyền cuối cùng sẽ cho phép các thế hệ tương lai quay trở lại bữa tiệc với Pseudomonas bổ dưỡng.
“Tránh lây nhiễm mầm bệnh được chuyển đổi qua trung gian được điều hòa bởi TGF-beta và con đường đối lập Piwi / PRG-1” của Rebecca S. Moore, Rachel Kaletsky và Coleen T. Murphy xuất hiện trong số ra ngày 13 tháng 6 của Cell . Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Viện Khoa học Y khoa Quốc gia thuộc Viện Y tế Quốc gia (T32GM007388 và 1DP2OD004402-01), Quỹ Glenn cho Nghiên cứu Y khoa (CNV1001899) và Chương trình Học giả Khoa Y của Howard Hughes (AWD1005048).
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Princeton . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :