有性生殖，是生物適應環境的重要一步。有性生殖使兩個生物體可以混合它們的基因，產生多樣化的遺傳特徵，讓後代有機會在不斷變化的環境中獲得更強的生存優勢。不過這種優勢也有代價，有性生殖需要兩性相互配合，不僅難度提高，繁殖速度也會降低。有些生物便採取了一種“兩頭佔優勢”的生殖策略：當營養豐富時，它們以自體繁殖為主；而處於一定的環境壓力下，它們則開始有性繁殖，以適應惡劣的環境。

▎藥明康德內容團隊編輯

經常被生物學家當作模式生物進行研究的秀麗隱桿線蟲（C。 elegans）就是如此。它們有很大一部分為雌雄同體，主要靠自體受精繁育。然而，連續幾代處於不利的環境條件時，一些線蟲後代便會開始散發“雌性魅力”：釋放出信息素，吸引雄性線蟲前來交配。

▲與雄性交配後的線蟲，紅色熒光指示雄性精子（圖片來源：參考資料[2]；Credit：Itai Toker）

環境壓力為何能“無中生有”地激發出線蟲的性吸引力？對這個問題，特拉維夫大學（Tel Aviv University）的Oded Rechavi教授已經研究了十多年。最近，他和同事們終於了解了背後的機制。

令人驚奇的是，儘管線蟲應對環境挑戰的這種反應可以遺傳給後代，但不是通過我們熟悉的遺傳物質——DNA的序列改變，而是通過RNA分子介導的表觀遺傳變化來實現的。

▲研究論文發表於學術期刊Developmental Cell

為了在實驗室中重現生殖方式的變化，研究人員設計了不同的環境條件，通過適當升高室溫（從20度上升為25度）來模擬輕度壓力，促使年紀輕輕的雌雄同體線蟲停止產生精子，而是開始分泌信息素，從自體受精繁殖改為吸引雄性交配。在溫度恢復後，這些後代的雌性魅力還會繼續保持兩三代。

在這個過程中，研究人員發現一些小RNA（small RNA）分子可以通過一種稱為基因沉默的現象，靶向精子中的基因，起到調節基因表達的作用。當溫度升高，線蟲的精子出現缺陷。而它們就像壓力傳感器，可以通過細胞中合成的小RNA，以及與小RNA相結合的蛋白HRDE-1，觸發線蟲改變交配策略。這些小RNA可以遺傳，將性吸引力傳遞給後代，使後代增加交配機會，產生有利於適應環境的遺傳變異。

▲研究示意圖（圖片來源：參考資料[1]；Credit：Developmental Cell/Itai Toker）

“這項工作將短期表觀遺傳與長期的、固有的遺傳變化聯繫起來，從而與進化過程聯繫起來，”論文作者Yael Mor博士說。儘管這些實驗在看起來十分簡單的線蟲身上開展，但這支研究團隊表示，他們希望在其他生物體中尋找是否也有相似機制的遺傳效應。

題圖來源：123RF

參考資料：

[1] Itai Antoine Toker et al.， （2022） Transgenerational inheritance ofsexual atractness via small RNAs enhancements evolvability in C. elegans。Developmental Cell Doi： https://doi.org/10.1016/j.devcel.2022.01.005

[2] 壓力過大的蠕蟲利用表觀遺傳產生更具性吸引力的後代。2022 年 2 月 8 日檢索自 https://www.eurekalert.org/news-releases/942019

來源：藥明康德