Nature：小RNA打响基因组保卫战

当生殖细胞结合到一起时，可形成能够发育为所有组织类型的干细胞。但生殖细胞是如何产生的呢？我们人类出生即携带着我们将毕生生成的所有生殖细胞。但在植物中情况却非常的不同。它们首先会生成一些成熟的成体细胞，以后只会“重编程”其中的一些细胞生成卵细胞和精子。

植物要生成生殖细胞，必须首先删除一个关键的密码——附着在全基因组 DNA 上的一系列表观遗传标记。这些标记将活化和失活基因区分开来。此外，这些标记还起着另外一种至关重要的作用。它们使得大量的有害转座子（跳跃基因）失活。当细胞清除这一表观遗传密码之时，它会激活转座子，将新形成的生殖细胞置于遭受遗传损害的巨大危险之下。

现在，冷泉港实验室教授、霍华德休斯医学研究所研究员 Robert Martienssen 领导下的研究小组在《自然》（Nature）杂志上表示，他们发现了当这一表观遗传密码删除时帮助将转座子维持在失活状态的一条信号通路。

诺奖得主、冷泉港实验室研究员 Barbara McClintock 女士在 50 多年前首先发现了“跳跃基因”。随后的研究揭示这些跳跃基因（转座元件）是一些长的、重复性的 DNA 片段。它们类似于将自身插入到宿主 DNA 中的远古病毒的残留物。当活化之时，转座子会复制自身，在基因组中四处跳跃。它们可以将自身恰好插入到基因中间，由此破坏基因。科学家们发现超过 50% 的人类基因组是由转座子组成。值得注意的是，在植物中高达 90% 的基因组都是由这些重复序列构成。

当一个转座子激活之时，它可以将自身插入到一些关键的基因中，破坏基因功能，导致不育和许多的疾病。为了对抗这种永远存在、来自内部的威胁，细胞进化出了一些严密的机制维持对转座子活性的紧密控制。第一种机制就是表观遗传密码，这一第二层的遗传信息决定了我们 DNA 的使用方式。一些表观遗传标记装饰着人类 DNA ，注释出活化及失活的基因。富含转座子的基因区域携带着大量的失活信号标记来沉默转座子。

对于植物而言，问题在于在生殖过程中某些细胞删除了几乎所有的表观遗传标记。论文第一作者、冷泉港实验室博士后 Kate Creasey 表示：“丢失这些标记使得细胞置身于巨大的危险之中，尤其是在生殖一类的关键时刻。必须有另一种机制来防止这种广泛的基因组破坏。”

研究人员发现有一条信号通路精确地履行了这一职责。他们将这一信号通路描述为在丧失表观遗传沉默时阻止转座子损害的一个自动防故障装置（fail-safe）。细胞利用小 RNAs（microRNAs）来完成这一任务。人们已经知道一些 microRNAs 调控了发育过程中的基因表达。Martienssen 表示：“现在我们证实比如在生殖细胞中当一些转座子激活时 microRNAs 实际上靶向了它们。这暗示着它们有可能已经进化为了一种转座子防御机制。”

与特拉华大学的 Blake Meyers 教授展开合作， Martienssen 和同事们发现一些 microRNAs 通过一类新的小 RNAs——easiRNAs 沉默了转座子。 Martienssen 表示：“动物具有相似的转座子防御机制。我们发现的这一信号通路与动物生殖细胞中的一些小 RNA 系统（称作为 piwi-interacting RNAs 或piRNAs）类似，当基因组重编程之时 piRNAs 也保护对抗了转座子。”

原文检索：

Kate M. Creasey, Jixian Zhai, Filipe Borges, Frederic Van Ex, Michael Regulski, Blake C. Meyers & Robert A. Martienssen . miRNAs trigger widespread epigenetically activated siRNAs fromtransposons in Arabidopsis. Nature, 16 March 2014; doi:10.1038/nature13069