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後天性狀可經由 small RNAs 遺傳

哥倫比亞大學醫學中心(CUMC)研究者發現了首個直接證據:一個後天性狀(acquired trait,後天獲得的遺傳性狀)可在沒有任何 DNA 涉入的情況下經由遺傳獲得。這些發現指出,拉馬克(Lamarck,法國著名動物學家,提出用進廢退說) — 其演化理論被達爾文的吞噬了 — 也許不盡然都是錯的。該研究預計出現在 12/9 當期的 Cell 上。

「在我們的研究中,對某種病毒發展出抗性的圓蟲(roundworms)也許能將那種免疫力傳遞給牠們連續好幾代的後代,」 第一作者 Oded Rechavi博士是哥大醫學中心生物化學與分子生物物理學副研究科學家,他表示「這種免疫力是以一種稱為 viRNAs 的小病毒性靜默因子(small viral-silencing agents)的形態傳遞的,運作獨立於生物體的基因組。」

在一項早期的演化理論中,拉馬克(Jean Baptiste Larmarck, 1744-1829)提出,當個體適應其環境且將那些後天性狀傳給他們的後代時,物種出現演化。例如,當長頸鹿伸長脖子吃高聳樹木上的葉子時,牠們發展出優雅的長頸,這種後天優勢就由後代繼承。達爾文(Charles Darwin, 1809-1882)的理論則剛好相反,他提出隨機突變提供生物體某種競爭優勢驅動物種的演化。在長頸鹿的例子中,某些個體碰巧出現稍微長一點的頸子,有比較好的機會確保糧食無虞也因此能夠有更多後代。後來遺傳基因的發現支持達爾文的理論,而拉馬克的想法逐漸遭到拋棄。

然而,某些證據指出,後天性狀可被遺傳。「經典的例子是,二次大戰的荷蘭飢荒,」Dr. Rechavi說,「在飢荒期間生產的飢餓母親,其孩子對於肥胖以及其他代謝失調更為敏感 — 他們的孫子也一樣。」 受控制的實驗已證明相似結果,包括最近一項針對大鼠的研究,證明父親長期的高脂肪飲食會導致其雌性後代肥胖

根據研究領導者 Oliver Hobert, PhD(生物化學與分子生物物理學教授,以及 CUMC Howard Hughes 醫學研究所研究者)表示,不管怎樣,拉馬克式遺傳(Lamarckian inheritance)仍有爭議,而且沒人能描述一種可信的生物學機制。

Dr. Hobert 懷疑,RNA 干擾(RNAi)也許涉及後天性狀的遺傳。RNAi 是一種天然的過程,細胞用以下調(turn down)或靜默(silence)特定基因。生物體經常用它來擊退病毒與其它基因組寄生物。RNAi 透過摧毀 mRNA (這種分子傳訊者將編碼在基因中的資訊攜往細胞的蛋白質製造機器)而產生作用。沒有了 mRNA,基因實質上是鈍化的。

RNAi 是由雙股 RNA(doubled-stranded RNA,dsRNA)所觸發,那在健康的細胞內找不到。當 dsRNA 分子(例如,來自一隻病毒)進入細胞時,它們會被切成小片段,那引導細胞的 RNAi 機器去尋找與該片段遺傳序列相符的 mRNAs。該機器接著使這些 mRNAs 降解,有效摧毀它們的訊息,並使相應基因靜默。

RNAi 亦能藉由服用外源性(exogenous)dsRNA 而人為觸發。有趣的是,由此產生的基因靜默不僅發生在已接受治療的動物身上,其後代也一樣。然而,我們仍不清楚這種效應是否起因於 RNAs 的遺傳或是生物體的基因組內發生了變化 — 也不曉得這種效應是否有任何生物學相關性。

為了更進一步探究這些現象,CUMC 研究者將目標轉向圓蟲(即 C. elegans,秀麗隱桿線蟲)。這種圓蟲有種不尋常的抗病毒能力,靠得是 RNAi。

在目前的研究中,研究者以 Flock House 病毒(唯一已知會感染圓蟲的病毒)去感染圓蟲,接著養育牠們的方式會「使某些後代有無作用(nonfunctional)RNAi 機器」。當這些後代暴露於病毒時,牠們仍可防禦牠們自己。「我們追蹤這些蟲超過 100 代 — 將近一年 — 而此效應仍然存在,」Dr. Rechavi 表示。

這些實驗經過設計,故這些蟲無法透過基因突變而獲得病毒抗性。研究者下結論表示,擊退病毒的能力是以小病毒性 RNA 分子的形態被「記下來」,那接著在體細胞內傳給下一代,不單只透過生殖細胞系。

根據 CUMC 研究者表示,拉馬克式遺傳也許提供適應性優勢予某種動物。「有時候,生物體不要表現某種基因反而有益,」 Dr. Hobert 解釋。「古典的、達爾文的方式,是透過突變而發生,故在接下來幾代,基因不是在每個細胞內就是在某種特定細胞類型內被靜默。然而這(下面所述)顯然更常發生,你可以想像一下情節:在其中,某種生物體也許要留下基因會更具優勢,並只有當遭遇特定威脅挑戰時,才將靜默此基因的能力傳下去。我們的研究證明,這可以用一種全新的方式辦到:透過傳輸染色體外的資訊。這種方式的美妙之處在於那是可逆的。」

任何屬於這些發現的治療性影響都言之過早,Dr. Rechavi 補充。「RNAi 機器的基本成份遍及整個動物界,包括人類。蟲有額外的成份,賦予牠們更強的 RNAi 反應。理論上來說,如果該成份能被合併到人類身上,那麼我們或能改善我們的免疫力甚至是我們小孩的免疫力。」

哥大醫學中心團隊目前正在檢查是否有其他性狀也透過 small RNAs 遺傳。「在一項實驗中,我們正要在培養皿中複製荷蘭飢荒,」 Dr. Rechavi 表示。「我們正要使蟲子挨餓,並看看是否因為飢荒,我們能夠看見 small RNAs 產生,並傳給下一代。」

資料來源:PHYSORG:Acquired traits can be inherited via small RNAs[December 5, 2011]

轉載自only-perception


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