當(dāng)生殖細(xì)胞，例如精子和卵子結(jié)合到一起時(shí)可形成能夠發(fā)育為所有組織類型的干細(xì)胞。但生殖細(xì)胞是如何產(chǎn)生的呢？我們?nèi)祟惓錾磾y帶著我們將畢生生成的所有生殖細(xì)胞。但在植物中情況卻非常的不同。它們首先會(huì)生成一些成熟的成體細(xì)胞，以后只會(huì)“重編程”其中的一些細(xì)胞生成卵細(xì)胞和精子。

植物要生成生殖細(xì)胞，必須首先刪除一個(gè)關(guān)鍵的密碼——附著在全基因組DNA上的一系列表觀遺傳標(biāo)記。這些標(biāo)記將活化和失活基因區(qū)分開來(lái)。此外，這些標(biāo)記還起著另外一種至關(guān)重要的作用。它們使得大量的有害轉(zhuǎn)座子（跳躍基因）失活。當(dāng)細(xì)胞清除這一表觀遺傳密碼之時(shí)，它會(huì)激活轉(zhuǎn)座子，將新形成的生殖細(xì)胞置于遭受遺傳損害的巨大危險(xiǎn)之下。

現(xiàn)在，冷泉港實(shí)驗(yàn)室教授、霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員Robert Martienssen領(lǐng)導(dǎo)下的研究小組宣稱，他們發(fā)現(xiàn)了當(dāng)這一表觀遺傳密碼刪除時(shí)幫助將轉(zhuǎn)座子維持在失活狀態(tài)的一條信號(hào)通路。這項(xiàng)研究發(fā)表在3月16日的《自然》（Nature）雜志上。

冷泉港實(shí)驗(yàn)室的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Barbara McClintock在50多年前首先發(fā)現(xiàn)了“跳躍基因”。隨后的研究揭示這些跳躍基因（轉(zhuǎn)座元件）是一些長(zhǎng)的、重復(fù)性的DNA片段。它們類似于將自身插入到宿主DNA中的遠(yuǎn)古病毒的殘留物。當(dāng)活化之時(shí)，轉(zhuǎn)座子會(huì)復(fù)制自身，在基因組中四處跳躍。它們可以將自身恰好插入到基因中間，由此破壞基因。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)超過50%的人類基因組是由轉(zhuǎn)座子組成。值得注意的是，在植物中高達(dá)90%的基因組都是由這些重復(fù)序列構(gòu)成。

當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)座子激活之時(shí)，它可以將自身插入到一些關(guān)鍵的基因中，破壞基因功能，導(dǎo)致不育和許多的疾病。為了對(duì)抗這種永遠(yuǎn)存在、來(lái)自內(nèi)部的威脅，細(xì)胞進(jìn)化出了一些嚴(yán)密的機(jī)制維持對(duì)轉(zhuǎn)座子活性的緊密控制。第一種機(jī)制就是表觀遺傳密碼，這一第二層的遺傳信息決定了我們DNA的使用方式。一些表觀遺傳標(biāo)記裝飾著人類DNA，注釋出活化及失活的基因。富含轉(zhuǎn)座子的基因區(qū)域攜帶著大量的失活信號(hào)標(biāo)記來(lái)沉默轉(zhuǎn)座子。

對(duì)于植物而言，問題在于在生殖過程中某些細(xì)胞刪除了幾乎所有的表觀遺傳標(biāo)記。“丟失這些標(biāo)記使得細(xì)胞置身于巨大的危險(xiǎn)之中，尤其是在生殖一類的關(guān)鍵時(shí)刻。必須有另一種機(jī)制來(lái)防止這種廣泛的基因組破壞，”論文的主要作者、冷泉港實(shí)驗(yàn)室博士后研究人員Kate Creasey說。

該研究小組發(fā)現(xiàn)有一條信號(hào)通路精確地履行了這一職責(zé)。他們將這一信號(hào)通路描述為在喪失表觀遺傳沉默時(shí)阻止轉(zhuǎn)座子損害的一個(gè)自動(dòng)防故障裝置（fail-safe）。細(xì)胞利用小RNAs（microRNAs）來(lái)完成這一任務(wù)。人們已經(jīng)知道一些microRNAs調(diào)控了發(fā)育過程中的基因表達(dá)。“現(xiàn)在我們證實(shí)比如在生殖細(xì)胞中當(dāng)一些轉(zhuǎn)座子激活時(shí)microRNAs實(shí)際上靶向了它們。這暗示著它們有可能已經(jīng)進(jìn)化為了一種轉(zhuǎn)座子防御機(jī)制，”Martienssen說。

與特拉華大學(xué)的Blake Meyers教授展開合作，Martienssen和同事們發(fā)現(xiàn)一些microRNAs通過一類新的小RNAs——easiRNAs沉默了轉(zhuǎn)座子。Martienssen說：“動(dòng)物具有相似的轉(zhuǎn)座子防御機(jī)制。我們發(fā)現(xiàn)的這一信號(hào)通路與動(dòng)物生殖細(xì)胞中的一些小RNA系統(tǒng)（稱作為piwi-interacting RNAs或piRNAs）類似，當(dāng)基因組重編程之時(shí)piRNAs也保護(hù)對(duì)抗了轉(zhuǎn)座子。”