普林斯頓大學領導的研究小組的研究表明，小型蛔蟲秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)如何將復雜的學習回避行為傳遞給其后代，為年輕人提供了遺傳危險條件的機制。在Cell上報道的這項研究表明，攝入致病性銅綠假單胞菌(稱為P14)的C. elegans蠕蟲很快就學會了避免這種細菌，并且還可以通過一種稱為跨代的過程將這種厭惡行為傳遞給它們的后代。表觀遺傳(TEI)，但僅限于四代。普林斯頓大學的研究人員Rebecca Moore，博士，Rachel Kaletsky博士和Coleen Murphy博士在一篇題為“Piwi / PRG-1 Argonaute和TGF-β介導Transransal learned pathogenic avoidance。

一些生物的特征完全由其基因決定，這些基因遺傳自親本并通過種系 - 卵和精子傳遞。其他特征受到與生物體遺傳密碼硬連接的DNA變異以及可影響基因表達水平的環(huán)境因素(如營養(yǎng)，環(huán)境壓力或溫度)的影響。秀麗隱桿線蟲例如，通過改變多個基因的表達，將適應饑餓或熱應激的條件。這種表觀遺傳改變可以通過包括改變DNA包裝和可接近性的機制在基因組水平上進行，或者通過破壞用于將基因序列翻譯成蛋白質模板的RNA轉錄物來進行。如果在種系水平上進行表觀遺傳改變，則可以通過TEI過程將其傳遞給后代。

研究已經表明，秀麗隱桿線蟲對熱應激或饑餓的適應可以傳代多代，但這些都是生理反應。正如作者所寫，“......目前尚不清楚復雜的神經行為，如學習和記憶，是否可??以跨代傳承。”為了更加密切地研究這一點，普林斯頓團隊專注于秀麗隱桿線蟲學習哪種細菌食物的能力來源不安全?；紫x必須能夠在其自然環(huán)境中區(qū)分營養(yǎng)和有害細菌。事實上，作者指出，大約30%的生物體的天然微生物環(huán)境是由假單胞菌屬物種組成的，其中一些是致病的。雖然銅綠假單胞菌P14會在接觸后數小時或數天內殺死秀麗隱桿線蟲，蛔蟲最初被吸引到P14，但隨后很快學會避免細菌。“在自然環(huán)境中，蠕蟲與許多不同的細菌物種接觸，”墨菲說，他是普林斯頓大學分子生物學系和劉易斯 - 西格勒綜合基因組學研究所的教授。“其中一些是有營養(yǎng)的食物來源，而另一些則會感染并殺死它們。蠕蟲最初被病原體銅綠假單胞菌吸引，但在感染后，他們學會避免它。否則他們會在幾天內死去。“

研究人員的研究表明，這種學習的回避行為可以從父母線蟲傳給后代，但前提是成蟲仍然被P14病原體感染。暴露于病原體釋放的氣味是不夠的。“......致病性學習和病原體避免的跨代遺傳需要物理接觸和PA14感染，”研究者寫道。進一步的實驗表明，通過卵子或精子可以實現將P14回避行為傳遞給子代的能力。

有趣的是，病原體避免的TEI持續(xù)了四代后代，并沒有進一步發(fā)展。第五代后代恢復到幼稚的行為，而不是避免P14 銅綠假單胞菌病原體吸引細菌。

研究還表明，回避行為的TEI對P14具有特異性，而非作為對病原體暴露的普遍反應。C. elegans蠕蟲也可以學習避免另一種但不太常見的病原菌粘質沙雷氏菌，但不能將這種回避行為傳遞給它們的后代。

通過進一步的實驗，研究人員發(fā)現，P14暴露的蠕蟲中TGF-β配體daf -7的表達升高是其后代遺傳病原體厭惡所必需的。他們發(fā)現daf-7在一種稱為ASI神經元的感覺神經元中的表達與遺傳性回避行為密切相關。“繼承這種學習避免的過程[也]需要小RNA的活動，稱為piRNA，”墨菲說。

piRNA與秀麗隱桿線蟲中的其他TEI途徑有關，在那里它們被認為可以沉默基因表達并間接調節(jié)DNA包裝。研究人員發(fā)現了piRNA相關蛋白PRG-1，而線蟲成蟲不需要學習避免銅綠假單胞菌，是后代daf-7表達增加和遺傳避免行為所必需的。piRNA和PRG-1是否主要在成人，后代或兩者中起作用以促進回避行為的繼承尚不清楚。然而，重要的是，daf-7的表達在子代的ASI神經元中保持高代四代，然后在第五代中回落到基礎水平，這是遺傳的回避行為也消失的時候。

因此，如果回避行為給予后代這樣的生存優(yōu)勢，“......為什么這種行為不是硬連線，幾代后失去TEI回避行為的優(yōu)勢是什么?”作者質疑道。鑒于包含幾種非致病性物種的假單胞菌屬可能構成秀麗隱桿線蟲自然環(huán)境的三分之一，作者質疑，事實上，它是否有利于PA14暴露的親本后代重新獲得PA14吸引力在稍后階段。

為了試圖回答這個問題，Moore等人研究了在不同溫度下生長的PA14的行為反應，這會影響細菌的毒力。他們發(fā)現雖然PA14 在25℃的較高溫度下生長時對秀麗隱桿線蟲具有致病性，但當該細菌在較低溫度下生長時，它更安全，并且可能代表有價值的食物來源。實際上，當環(huán)境條件發(fā)生變化時，可能需要“忘記”幾代后的學習避免，以便讓蠕蟲在環(huán)境條件發(fā)生變化時重新吸引到營養(yǎng)豐富的非致病性假單胞菌。“......避免所有假單胞菌的天真避免和無限跨代遺傳 物種可能是一種糟糕的長期戰(zhàn)略，可能會剝奪動物足夠的營養(yǎng)。