获得性性状可以通过小rna遗传

纽约，纽约(2011年12月2日)——哥伦比亚大学医学中心(CUMC)的研究人员发现了第一个直接证据，表明后天特征可以在没有DNA参与的情况下遗传。这些发现表明，拉马克的进化论可能并不是完全错误的。这项研究将发表在12月9日的《细胞》杂志上。

“在我们的研究中，蛔虫对一种病毒产生了抗性，能够将这种免疫力连续几代传递给它们的后代，”该研究的第一作者Oded Rechavi博士说，他是CUMC生物化学和分子生物物理学的副研究科学家。“这种免疫是以一种被称为virna的小型病毒沉默剂的形式传递的，它独立于生物体的基因组工作。”

在早期的进化论中，Jean Baptiste Larmarck(1744-1829)提出，当个体适应环境并将这些获得的特征传递给后代时，物种就会进化。例如，长颈鹿在伸展身体以高树的叶子为食的过程中，进化出了细长的脖子，这一获得性优势被后代继承了下来。相比之下，查尔斯·达尔文(Charles Darwin, 1809-1882)后来提出理论，为有机体提供竞争优势的随机突变驱动了一个物种的进化。在长颈鹿的例子中，恰好脖子稍长的个体有更好的机会获得食物，从而能够有更多的后代。后来遗传遗传学的发现支持了达尔文的理论，而拉马克的思想逐渐被湮没。

然而，一些证据表明，后天特征可以遗传。“典型的例子是二战期间的荷兰饥荒，”雷查维说。“在饥荒期间分娩的饥饿母亲的孩子更容易患上肥胖和其他代谢紊乱——她们的孙辈也是如此。”对照实验也显示了类似的结果，包括最近对老鼠的一项研究，表明父亲长期的高脂肪饮食会导致其雌性后代肥胖。

然而，据该研究的领导者、生物化学和分子生物物理学教授、CUMC霍华德休斯医学研究所研究员Oliver Hobert博士说，拉马克遗传仍然存在争议，没有人能够描述一个可信的生物机制。

霍伯特博士怀疑，RNA干扰(RNAi)可能参与了后天性状的遗传。RNAi是细胞用来抑制或沉默特定基因的自然过程。它通常被生物体用来抵御病毒和其他基因组寄生虫。RNAi的工作原理是破坏信使rna，信使rna是将编码在基因中的信息传递到细胞蛋白质制造机制中的分子。没有信使rna，基因基本上是不活动的。

RNAi是由双链RNA (dsRNA)触发的，这在健康细胞中是不存在的。当dsRNA分子(例如来自病毒的)进入细胞时，它们被切成小片段，这将引导细胞的RNAi机制找到与片段基因序列匹配的mrna。然后这种机制会降解这些mrna，实际上破坏了它们的信息，并使相应的基因沉默。

RNAi也可以通过施加外源性(来自外部的)dsRNA人工触发。有趣的是，由此产生的基因沉默不仅发生在被治疗的动物身上，也发生在它的后代身上。然而，目前还不清楚这种效应是由于rna的遗传还是生物体基因组的变化，或者这种效应是否有任何生物学相关性。

为了进一步研究这些现象，CUMC的研究人员转向了蛔虫(C. elegans)。蛔虫有一种不同寻常的能力来对抗病毒，它使用的是RNAi。

在目前的研究中，研究人员用Flock House病毒(已知的唯一感染秀丽隐杆线虫的病毒)感染蛔虫，然后以一种使它们的一些后代具有非功能性RNAi机制的方式繁殖蛔虫。当这些后代接触到病毒时，他们仍然能够保护自己。雷查维博士说:“我们跟踪研究了这些蠕虫一百多代——接近一年——其效果仍然存在。”

这些实验的设计是为了使蠕虫不能通过基因突变获得病毒抗性。研究人员得出的结论是，抵御病毒的能力是以病毒小RNA分子的形式“记忆”下来的，然后通过体细胞传递给后代，而不仅仅是沿着生殖细胞系传递。

据CUMC的研究人员称，拉马克遗传可能为动物提供适应性优势。霍伯特博士解释说:“有时候，一个有机体没有基因表达是有益的。”“经典的达尔文式的方式是通过突变，这样基因在每一个细胞或在后代的特定细胞类型中被沉默。虽然这种情况显然经常发生，但我们可以设想，对一个有机体来说，保持这种基因，并在受到特定威胁时将沉默基因的能力传递下去，可能会更有利。我们的研究表明，这可以通过一种全新的方式来实现:通过染色体外信息的传递。这种方法的美妙之处在于它是可逆的。”

雷查维博士补充说，这些发现的任何治疗意义都还有很长的路要走。“RNAi机制的基本成分存在于包括人类在内的整个动物王国。蠕虫有一个额外的成分，使它们具有更强的RNAi反应。理论上，如果该成分能被纳入人类体内，那么我们或许可以提高我们的免疫力，甚至我们孩子的免疫力。”

CUMC团队目前正在研究是否其他性状也通过小rna遗传。“在一项实验中，我们将在培养皿中复制荷兰的饥荒，”雷查维博士说。“我们将让蠕虫挨饿，看看饥饿是否会产生小rna并传递给下一代。”

CUMC团队的论文题目是“秀丽隐杆线虫获得的小rna抗病毒反应的代际遗传”。另一位合著者是CUMC的Gregory Minevich。

这项研究由霍华德·休斯医学研究所和格鲁斯·里珀和比库拉奖学金支持。

作者声明没有经济或其他利益冲突。

媒体联络:卡琳Eskenazi,ket2116@columbia.edu- # # # #

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