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果蠅記憶能隔代遺傳!

2019/7/11 — 18:22

圖片來源:維基百科

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我們的行為與性格究竟是由基因還是環境影響呢?這個由 17 世紀開始的「先天與後天」爭論,到今時今日仍未有最終結論。不過,近代越來越多研究顯示,父母身處的環境可能會對後代行為與喜好造成一定影響,最新刊於 eLife 的研究亦有類似論調。

該研究由美國達特茅斯學院醫學院的 Julianna Bozler 領導,了解環境壓力因素如何影響果蠅 (Drosophilia melanogaster) 後代的表型 (phenotype) 。她指出,過去一些神經元編碼行為例如恐懼被認為無法跨代遺傳,因此團隊想測試環境引起的父母行為改變,會否透過「記憶」傳至後代。

故事要從果蠅其中一個天敵寄生蜂說起。寄生蜂會將卵注入果蠅幼蟲體內,而人類已知雌果蠅為了避開寄生蜂,會較喜歡將卵產於釋出乙醇的食物上,以保護幼蟲免受寄生蜂感染。

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在實驗中,團隊會將果蠅與寄生蜂放在一起共處 4 天,然後才會收集果蠅卵,這些幼蟲成年後不會再與其他果蠅或寄生蜂接觸。團隊會將之分成兩組,一組用於繁殖後代,另一組則分析其對乙醇的喜好。

團隊發現,最初與寄生蜂一起生活的果蠅,有 94% 都傾向於釋出乙醇的食物上產卵,這種行為更會持續出現於其他即使無與寄生蜂互動的後代身上。

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雖然,這種行為傾向百分比在第一代後代已有所下降,只有 73% 會於釋出乙醇的食物上產卵,但產卵傾向持續了五代,到第六代才回復至初代的喜好水平,換言之改變並非永久性的生殖系變化 (germline change) 而是一個可逆轉特徵。

更重要的是,團隊發現到推動這種改變的行為傾向其中一個關鍵,是抑制了雌性果蠅大腦特定區域的神經肽 F (neuropeptide-F, NPF) 釋放。這種改變亦有部份源自視覺訊號(見到寄生蜂)才能夠觸發並遺傳至後代。值得留意的是,初代之後的雄或雌性都有能力將對釋出乙醇食物的偏好傳給其後代。

神經肽 F 是一種與成癮行為有關神經遞質 (neurotransmitter) ,而在哺乳類中相對應的稱為神經肽 Y (neuropeptide-Y, NPY) , NPY 除了與成癮行為有關外,亦是哺乳類中樞神經系統中內含量最多的神經肽,幫助細胞溝通、生長與分化,如果我們能更好好了解果蠅的生物學、表觀遺傳學,以及其遺傳特徵的基本機制,或者能幫助有酗酒、濫藥問題的父母,不將問題傳到下一代。

報告:
Bozler, J., Kacsoh, B.Z. & Bosco, G. (2019). Transgenerational inheritance of ethanol preference is caused by maternal NPF repression. eLife 2019;8:e45391. DOI: 10.7554/eLife.45391

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