當生殖細胞，例如精子和卵子結合到一起時可形成能夠發育為所有組織類型的干細胞。但生殖細胞是如何產生的呢？我們人類出生即攜帶著我們將畢生生成的所有生殖細胞。但在植物中情況卻非常的不同。它們首先會生成一些成熟的成體細胞，以后只會“重編程”其中的一些細胞生成卵細胞和精子。

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

現在，冷泉港實驗室教授、霍華德休斯醫學研究所研究員Robert Martienssen領導下的研究小組宣稱，他們發現了當這一表觀遺傳密碼刪除時幫助將轉座子維持在失活狀態的一條信號通路。這項研究發表在3月16日的《自然》（Nature）雜志上。

冷泉港實驗室的諾貝爾獎獲得者Barbara McClintock在50多年前首先發現了“跳躍基因”。隨后的研究揭示這些跳躍基因（轉座元件）是一些長的、重復性的DNA片段。它們類似于將自身插入到宿主DNA中的遠古病毒的殘留物。當活化之時，轉座子會復制自身，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?？茖W家們發現超過50%的人類基因組是由轉座子組成。值得注意的是，在植物中高達90%的基因組都是由這些重復序列構成。

當一個轉座子激活之時，它可以將自身插入到一些關鍵的基因中，破壞基因功能，導致不育和許多的疾病。為了對抗這種永遠存在、來自內部的威脅，細胞進化出了一些嚴密的機制維持對轉座子活性的緊密控制。第一種機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。一些表觀遺傳標記裝飾著人類DNA，注釋出活化及失活的基因。富含轉座子的基因區域攜帶著大量的失活信號標記來沉默轉座子。

對于植物而言，問題在于在生殖過程中某些細胞刪除了幾乎所有的表觀遺傳標記。“丟失這些標記使得細胞置身于巨大的危險之中，尤其是在生殖一類的關鍵時刻。必須有另一種機制來防止這種廣泛的基因組破壞，”論文的主要作者、冷泉港實驗室博士后研究人員Kate Creasey說。

該研究小組發現有一條信號通路精確地履行了這一職責。他們將這一信號通路描述為在喪失表觀遺傳沉默時阻止轉座子損害的一個自動防故障裝置（fail-safe）。細胞利用小RNAs（microRNAs）來完成這一任務。人們已經知道一些microRNAs調控了發育過程中的基因表達。“現在我們證實比如在生殖細胞中當一些轉座子激活時microRNAs實際上靶向了它們。這暗示著它們有可能已經進化為了一種轉座子防御機制，”Martienssen說。

與特拉華大學的Blake Meyers教授展開合作，Martienssen和同事們發現一些microRNAs通過一類新的小RNAs——easiRNAs沉默了轉座子。Martienssen說：“動物具有相似的轉座子防御機制。我們發現的這一信號通路與動物生殖細胞中的一些小RNA系統（稱作為piwi-interacting RNAs或piRNAs）類似，當基因組重編程之時piRNAs也保護對抗了轉座子。