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这种细菌有毒!线虫如何将危险信息传递给后代?

2020年09月22日 浏览量: 评论(0) 来源:生物通 作者: 责任编辑:admin
摘要:秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)就是这样一种聪明的动物。它们以铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)等细菌为食,但在某些环境条件下,铜绿假单胞菌会导致线虫生病。2019 年,普林斯顿大学的研究人员发现,当母亲因铜绿假单胞菌而生病时,它们就会避开这种细菌。不仅如此,一直到后面的第四代都会避开它。经过四代之后,这种回避行为才会消失。

当小朋友将玩具塞进嘴里时,大人通常会告诉他:“上面有细菌,你会生病的。” 他当时未必会听,但慢慢学会不再吃玩具。尽管其他动物不像人类一样能够与后代好好交谈,但这并不意味着它们无法向后代说明潜在的危险。


秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)就是这样一种聪明的动物。它们以铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)等细菌为食,但在某些环境条件下,铜绿假单胞菌会导致线虫生病。2019 年,普林斯顿大学的研究人员发现,当母亲因铜绿假单胞菌而生病时,它们就会避开这种细菌。不仅如此,一直到后面的第四代都会避开它。经过四代之后,这种回避行为才会消失。


线虫早已被人们广泛研究,其体内每个细胞的身份(如神经元、肌肉细胞和肠道细胞)都已被人们所熟悉。然而,这种跨代回避的复杂行为还是让研究人员惊讶。后续研究发现,这种行为仅限于致病的铜绿假单胞菌。那么,线虫究竟如何知道它们正在吃的细菌的身份?


为了调查这个问题,研究人员在细菌中加入了从铜绿假单胞菌中分离出的不同物质,并用这种无害的细菌来喂养线虫。他们加入的物质包括铜绿假单胞菌的代谢产物或遗传物质(包括 DNA、RNA 和蛋白质)。


普林斯顿大学的分子生物学教授 Coleen Murphy 说:“与我们最初的预期不同,信号并非来自细菌的代谢产物,而是来自细菌产生的小分子 RNA,特别是与细菌致病状态相关的小分子 RNA。” 他们发现,遗传的回避行为需要一种特定的非编码 RNA,称为 P11。“P11 这种小分子 RNA 本身并不会让线虫生病,” 她补充说。


Murphy 及其同事发现,一旦线虫吃掉细菌,P11 就会被线虫的肠道吸收并加工,然后进入线虫的卵子和精子中。线虫的母亲是雌雄同体,因此拥有两种类型的生殖细胞并可以自我受精。


之后,P11 被传送到控制回避行为的神经元,在那里它会破坏线虫的某一段 mRNA,导致线虫无法产生一种名为 macoilin 的蛋白质。通过这种方式,线虫就知道应该避开致病菌。P11 在线虫生殖细胞中的存在确保了它可用于后几代的线虫。


这项成果于9月9日发表在《Nature》杂志上。“据我们所知,这是第一个发现动物宿主‘读取’病原体小分子 RNA 并产生应答使其保持健康的例子,这是一种新生的适应性免疫应答,”Murphy 谈道。这种通过小分子 RNA 进行物种间交流的现象为今后的研究开辟了一个新领域。


原文检索

Kaletsky, R., Moore, R.S., Vrla, G.D. et al. C. elegans interprets bacterial non-coding RNAs to learn pathogenic avoidance. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2699-5

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