Находящиеся в состоянии стресса черви используют эпигенетическое наследование для производства более сексуально привлекательного потомства

Половое размножение позволяет организмам смешивать свои гены и развивать новые приспособления, чтобы выжить в суровых и постоянно меняющихся условиях. В условиях, богатых питательными веществами, червь С. Элеганс обычно бесполый, но после нескольких поколений а начинают размножаться половым путем и выделяют феромоны, чтобы казаться более уально привлекательными для червей-самцов. В журнале Ячейка развития 7 февраляй, исследователи определили, как передается сексуальная привлекательность, и что это происходит не за счет модификации ДНК червя, а за счет передачи малых РНК.


«Уже более десяти лет мы изучаем очень спорный вопрос: могут ли реакции родителей на экологические проблемы передаваться из поколения в поколение?» — говорит Одед Рехави (@OdedRechavi), ведущий автор исследования и профессор, изучающий наследование памяти РНК в Тель-Авивском университете. «Мы знаем, что это не может произойти из-за изменений в последовательности ДНК, но удивительно, что наша работа и работа многих других показывают, что это может произойти, по крайней мере, в простых организмах (особенно в С. Элеганс нематоды) посредством наследования малых молекул РНК».

Малые РНК могут влиять на экспрессию генов в организме посредством явления, известного как замалчивание генов. «В отличие от ДНК, малые РНК синтезируются в ответ на определенные условия окружающей среды, что приводит к изменениям экспрессии генов, которые сохраняются из поколения в поколение у потомства, которое не подвергалось стрессовой среде», — говорит соавтор Яэль Мор (@YaelMor3) и доктор медицинских наук. -Аспирант лаборатории Рехави.

Исследователи смоделировали в лаборатории слегка стрессовые условия, выращивая червей при температуре 25°C, что является теплым для червей, но в пределах стандартного диапазона температур для лабораторных культур. Обычно черви-гермафродиты ждали конца своего жизненного цикла, когда они перестают производить сперму, чтобы начать выделять феромоны, привлекающие самцов, но эти стрессовые условия заставили червей преждевременно стать привлекательными для самцов.

«Дополнительный интересный аспект нашего исследования заключается в том, что сперматозоиды и малые РНК сперматозоидов могут служить датчиками стресса (или реостатами)», — говорит Рехави. Его команда обнаружила, что повышенная температура вызывает дефекты в сперме червя, и именно это вызывает усиление сексуального влечения в условиях стресса окружающей среды.

Чтобы определить путь, с помощью которого черви регулируют сексуальное влечение, исследователи изучили червей с отключенными различными видами малых РНК и проверили, были ли они более привлекательными, чем обычные черви. «Мы разработали уникальную систему, которая позволяет нам устранять белок Argonaute HRDE-1, который связывает наследуемые малые РНК», — говорит соавтор Итамар Лев (@itamar_lev), бывший аспирант лаборатории Рехави, а ныне постдоктор в Университете им. Вена. «Мы обнаружили, что удаление HRDE-1 у потомков (истощение наследуемых малых РНК) устраняет наследование привлекательности».

«Поначалу нас удивил один результат: гермафродиты не сразу выделяют феромон, привлекающий самцов, если выращиваются при более высоких температурах: они ждут примерно 10 поколений (~ 4 недели), прежде чем повысить свою привлекательность», — говорит соавтор. Итай Токер (@Toker_IA), бывший аспирант лаборатории Рехави, а ныне научный сотрудник Колумбийского университета. «Оглядываясь назад, это имеет большой смысл — сохраняющийся опыт предыдущих поколений может дать относительно надежное «предсказание» организмам, что эта среда может сохраняться дольше».

С. Элеганс обладает уникальной двухрежимной репродуктивной стратегией, но команда Рехави надеется определить, возникают ли подобные наследственные эффекты у других организмов. «Эта работа связывает краткосрочное эпигенетическое наследование с долгосрочными, запрограммированными генетическими изменениями и, следовательно, с процессом эволюции», — говорит Яэль Мор.