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田烨研究组综述:环境应激记忆跨代遗传的分子机制

  2021年12月17日,Journal of Genetics and Genomics在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所田烨研究团队题为“Molecular insights into transgenerational inheritance of stress memory”的综述论文。该综述概述了不同环境应激条件下诱导的跨代遗传现象,介绍了最新的跨代调控机制研究进展,以及体细胞与生殖细胞间的信号交流在跨代遗传调控方面的重要作用。

 

  近年来,在许多模式动物实验研究以及人类流行病学研究中都发现,亲代动物所经历的环境压力会以不改变DNA序列的方式影响后代的很多性状。该综述围绕环境应激压力诱导的跨代遗传现象和机制,概述了相关研究领域的最新进展,包括:1. 不同环境因素诱发的跨代遗传现象及其潜在的调控机制。机体利用自身的防御机制来检测、响应和适应环境中的各种压力应激信号,譬如:病原体的侵害、食物供应不足或过多、温度变化、嗅觉印记以及毒素等。机体的防御调控可以帮助个体更好的在逆境中生存,越来越多的研究表明,一些环境诱导的适应性变化不仅出现在亲本中,而且可以被一些后代继承,并且持续几代到十几代。目前已知的调控跨代遗传的机制包括:组蛋白以及DNA的表观修饰调控,非编码RNA介导的基因表达调控以及母性遗传效应等。2. 体细胞感知的环境信号如何传递到生殖细胞。目前主流的跨代遗传研究认为生殖细胞通常直接受到环境压力的影响而造成表观修饰的改变,例如营养因素、温度和光线等,这些表观修饰并未在胚胎发育时期被去除,因此产生了跨代遗传的现象。然而,某些情况下,环境压力信号最先被体细胞所感知,然后通过体细胞将压力应激信号传递给生殖细胞,并诱导代际遗传效应。参与这种体细胞到生殖细胞的信息传递机制还有待深入探索。本文总结了目前被报道的可以在细胞和组织间穿梭的小RNA(sRNA)作为体细胞向生殖系传递信息的机制;以及最新被报道的线虫神经元线粒体损伤通过mitokine/Wnt信号通路改变生殖细胞内的线粒体DNA拷贝数,进而诱导后代线粒体DNA拷贝数与核DNA失衡,激活线粒体应激反应通路,促进后代拥有更长的寿命和更强的抗应激能力的机制。总的来说,这篇综述旨在总结当前关于环境诱导应激反应的跨代遗传机制,并重点总结和强调了跨代遗传中环境信号从体细胞传递到生殖细胞对于跨代遗传调控的重要性。

    

图:环境压力记忆的跨代遗传现象和分子机制

 

    遗传发育所博士后张茜为该论文的第一作者,田烨研究员为该论文的通讯作者。相关工作得到科技部国家重点研发计划,中科院战略性先导科技专项,国家自然科学基金和博士后科学基金的资助。