普林斯頓大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的研究表明，細(xì)小的round蟲秀麗隱桿線蟲如何將復(fù)雜的學(xué)習(xí)回避行為傳播給其后代，從而為年輕人提供了一種在危險條件下生存的遺傳機(jī)制。這項研究發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上，該研究表明，由于攝入致病性的銅綠假單胞菌(稱為P14)而致病的線蟲蠕蟲如何迅速學(xué)會避免這種細(xì)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給其后代表觀遺傳(TEI)，但僅適用于四代。普林斯頓大學(xué)的研究人員Rebecca Moore博士，Rachel Kaletsky博士和Coleen Murphy博士在題為“Piwi / PRG-1 Argonaute和TGF-β介導(dǎo)了跨代學(xué)習(xí)的病原性規(guī)避。”

生物體的某些特征完全由其基因決定，這些基因是從父母那里遺傳下來的，并通過種系傳下來，例如蛋和精子。其他特征既受硬連接到生物體遺傳密碼中的DNA變異的影響，又受環(huán)境因素(例如營養(yǎng)，環(huán)境壓力或溫度)的影響，這些因素可能會影響基因的表達(dá)水平。線蟲例如，通過改變多個基因的表達(dá)，它將適應(yīng)饑餓或熱應(yīng)激條件。這樣的表觀遺傳學(xué)改變可以通過基因組水平進(jìn)行，這些機(jī)制包括改變DNA的包裝以及可及性，或者破壞RNA轉(zhuǎn)錄物以將基因序列翻譯成蛋白質(zhì)模板。如果在種系水平上進(jìn)行表觀遺傳改變，則可以通過TEI的過程將它們遺傳給后代。

研究已經(jīng)表明，秀麗隱桿線蟲對熱應(yīng)激或饑餓的適應(yīng)性可以世代相傳，但這是生理反應(yīng)。正如作者所寫，“……未知復(fù)雜的神經(jīng)行為，例如學(xué)習(xí)和記憶，是否可??以世代相傳。”為了對此進(jìn)行更深入的研究，普林斯頓大學(xué)的研究團(tuán)隊專注于秀麗隱桿線蟲學(xué)習(xí)哪種細(xì)菌性食物的能力。來源不安全。worm蟲必須能夠在其自然環(huán)境中區(qū)分營養(yǎng)細(xì)菌和有害細(xì)菌。作者指出，實際上，有機(jī)體的自然微生物環(huán)境中約有30%由假單胞菌組成，其中有些是致病性的。雖然銅綠假單胞菌P14會在暴露后數(shù)小時或數(shù)天內(nèi)殺死秀麗隱桿線蟲，the 蟲最初被P14所吸引，但隨后很快學(xué)會避開細(xì)菌。普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系和路易斯-西格勒綜合基因組學(xué)研究所的教授墨菲說：“在自然環(huán)境中，蠕蟲會與許多不同的細(xì)菌接觸。” “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。蠕蟲最初被銅綠假單胞菌所吸引，但是一旦感染，他們就會學(xué)會避免感染。否則他們將在幾天內(nèi)死亡。”

研究人員的研究表明，這種習(xí)得的回避行為可以從秀麗隱桿線蟲傳播給后代，但前提是成年蠕蟲實際上已被P14病原體感染。暴露于病原體釋放的氣味還不夠。研究人員寫道：“……病原體學(xué)習(xí)和避免病原體的跨代遺傳既需要身體接觸又需要感染PA14。” 進(jìn)一步的實驗表明，將P14避免行為傳給后代的能力可以通過卵或精子來實現(xiàn)。

有趣的是，回避病原體的TEI一直持續(xù)到四代后代，而且不再延續(xù)。第五代后代恢復(fù)了幼稚的行為，而不是避免了P14 銅綠假單胞菌病原體，被該細(xì)菌吸引。

研究還表明，回避行為的TEI特定于P14，而不是作為對病原體暴露的普遍反應(yīng)。秀麗隱桿線蟲還可以學(xué)會避免另一種但不常見的致病細(xì)菌粘質(zhì)沙雷氏菌，但是不能將這種避免行為傳給其后代。

通過進(jìn)一步的實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)，暴露于P14的蠕蟲中TGF-β配體daf -7的表達(dá)升高是其子代繼承病原體厭惡所必需的。他們發(fā)現(xiàn)，daf-7在一種稱為ASI神經(jīng)元的感覺神經(jīng)元中的表達(dá)與遺傳的回避行為密切相關(guān)。墨菲說：“繼承這種習(xí)得的回避的過程[還]還需要稱為piRNA的小RNA的活性。”

piRNA已與秀麗隱桿線蟲的其他TEI途徑有關(guān)，據(jù)認(rèn)為它們使基因表達(dá)沉默并間接調(diào)節(jié)DNA堆積。研究人員發(fā)現(xiàn)，與piRNA相關(guān)的蛋白PRG-1，對于秀麗隱桿線蟲成蟲學(xué)習(xí)避免銅綠假單胞菌而言并不是必需的。，是增加子代中daf-7表達(dá)及其遺傳回避行為所必需的。尚不清楚piRNA和PRG-1是否主要在成年，后代或兩者中起作用以促進(jìn)逃避行為的遺傳。重要的是，盡管daf-7的表達(dá)在后代的ASI神經(jīng)元中保持了四代之高，然后在第五代中又回落至基礎(chǔ)水平，此時遺傳的回避行為也消失了。

因此，如果避免行為給后代提供了這樣的生存優(yōu)勢，“……為什么這種行為不是硬性的，幾代后失去TEI避免行為的好處是什么?”作者質(zhì)疑。考慮到假單胞菌屬(包括多個非致病性物種)可能構(gòu)成了秀麗隱桿線蟲的自然環(huán)境的三分之一，因此作者質(zhì)疑它是否實際上對暴露于PA14的父母的后代在以后重新獲得PA14吸引力是否有益在以后的階段。

為了嘗試回答這個問題，Moore等人研究了對在不同溫度下生長的PA14的行為反應(yīng)，這會影響細(xì)菌的毒力。他們發(fā)現(xiàn)，雖然PA14 在25° C的相對較高的溫度下生長對秀麗隱桿線蟲有致病性，但當(dāng)該細(xì)菌在較低的溫度下生長時，它更安全食用，并且可能代表有價值的食物來源。研究小組得出結(jié)論，實際上，可能需要在幾代之后“忘記”學(xué)到的避免方法，以使蠕蟲在環(huán)境條件發(fā)生變化時被營養(yǎng)豐富，無致病性的假單胞菌所吸引。“……避免所有假單胞菌的幼稚回避和無限的跨代遺傳 物種可能是一種不良的長期策略，可能剝奪動物的充足營養(yǎng)。”