Nature：草履虫交配型母方遗传的分子基础

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2014-05-22 1 来源：生物360 作者：koo  
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' @6 m9 ~7 d, ^& i; P: P( ^$ U原生动物草履虫（第四双小核草履虫，Paramecium tetraurelia）的后代始终保持“男生男，女生女”，研究人员发现这种遗传是由于一种RNA指导的DNA缺失途径导致的，这一途径能保护基因组免受外源DNA序列的影响。
8 D) m) z0 ^) N) h" M; V异性相吸。对于单细胞生物第四双小核草履虫（Paramecium tetraurelia）来说，这种两性其实是两种不同的交配型，即偶(E) 和奇(O)，E和O细胞之间的性别差异是通过接合（conjugation）过程完成的，这个过程是一种可逆细胞融合过程，细胞之间相互交换遗传物质，然后重新分离到子代细胞中。
8 P& c4 S) k: B4 X/ a; E3 j; h虽然这些后代开始发育时都具有相同的基因组混合物，但是每个细胞都会以某种方式保持自己的亲代配对型：E生成E，O生成O。这个特殊的遗传方式一直以来都是一个谜，不过近期的一项研究发现，小分子RNA是其中的关键，能帮助亲代细胞将特殊配对型遗传信息传递给子代细胞。
7 M1 |& v6 C7 }草履虫 Paramecium 是纤毛纲的代表类生物，其生殖可分为无性生殖和有性生殖。有性生殖为接合生殖，也就是2个草履虫口沟对口沟粘合在一起，粘合处细胞膜溶解，两个虫体的细胞质相通，小核离开大核，分裂两次形成4个核，其中3个解体，剩下的1个小核又分裂成大小不等的2个核，大核逐渐消失。然后两虫体互换其新小核，并与对方较大核融合，这一过程相当于受精作用。- p- C. h# Q8 j
此后两虫体分开，接合核分裂三次成为8个核，4个变为大核，其余4核有3个解体，剩下1核分裂为2小核，再分裂为4小核，每个虫体也分裂2次，结果原接合的两亲本虫体各形成4个草履虫，新形成的8个草履虫都有一大核，一小核。虽然这些子代的基因组是亲代基因组的融合，但是子代细胞仍具有接合生殖前与亲代细胞相同的配对型。
8 \3 W; E+ [# Y5 w  n9 N! s- V5 _8 U在这篇文章中，研究人员发现E细胞吸引O细胞，是通过E细胞表达一种称为mtA的细胞表面蛋白。这种蛋白只在E细胞中表达，因为mtA基因的启动子序列就像是O细胞体细胞核中的一种转座子延伸序列，因此在O细胞中被靶向删除了。
2 k. V% @3 e' ]在发育过程中，E细胞大核并没有删去这一启动子的原因是，这一序列存在于E亲代体细胞基因组中，研究人员指出，mtA启动子的存在与否是由于亲代和子代基因组是否具有同源RNAs的原因，这些RNA能有效的阻止或促进DNA删除，从而确保配对型能遗传给下一代。这一过程被认为是一种表观遗传现象，因为两种细胞最开始的DNA序列是相同的，不同的是基因活性模式。$ \) t- n2 p* C0 X" ~! v
虽然这种DNA删除途径只存在于纤毛虫中，但RNA介导的基因沉默却广泛存在，一些研究也表明小分子RNA具有跨代遗传的作用，比如，在果蝇中，母代染色体末端产生的piRNA可以沉默转座子，以及基因组中其他同源序列。而秀丽隐杆线虫中的三个小RNA，也能合作抑制实验诱导的基因，无论这一基因在亲代中是否表达，从而识别基因组中的外来基因。, ^5 A2 v0 n- {9 R9 h- _1 I- m
这项研究中，研究人员发现编码和非编码序列之间可以进行比较，因为生殖细胞小RNAs和体细胞转录组之间的全基因组互补是在细胞”发育“过程中产生的。4 [) B& Z/ P1 V# O% r7 \- @
piRNA途径一般被认为是一种区分自我和非自我的方式，可以用于沉默外来基因组入侵者（比如转座元件），但是这项研究发现RNA介导的基因组防御途径演变成表观遗传调控方式，值得深思。
7 j0 w+ C6 I7 g  n# j' h# i同期Nature杂志也刊发一篇评论性文章，指出揭开草履虫性别生殖遗传的奥秘，花费了科学家们将近75年的时间，希望这将有助于解析同源RNAs在细胞内在基因调控方面的新作用。+ Y6 z8 \9 K. a. @
原文检索：- h) S9 g6 s1 k+ L+ b
Deepankar Pratap Singh, Baptiste Saudemont, Gérard Guglielmi, Olivier Arnaiz, Jean-François Goût, Malgorzata Prajer, Alexey Potekhin, Ewa Przybòs, Anne Aubusson-Fleury, Simran Bhullar, Khaled Bouhouche, Maoussi Lhuillier-Akakpo, Véronique Tanty, Corinne Blugeon, Adriana Alberti, Karine Labadie, Jean-Marc Aury, Linda Sperling, Sandra Duharcourt& Eric Meyer. Genome-defence small RNAs exapted for epigenetic mating-type inheritance. Nature, 07 May 2014; doi:10.1038/nature13318
: j( O# o( w. S4 o6 t6 v原文出处：http://1/news/show/10266.html7 W8 o  n8 n8 E2 E