當(dāng)生殖細胞，例如精子和卵子結(jié)合到一起時可形成能夠發(fā)育為所有組織類型的干細胞。但生殖細胞是如何產(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(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。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)細胞清除這一表觀遺傳密碼之時，它會激活轉(zhuǎn)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(xiàn)在，冷泉港實驗室教授、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幫助將轉(zhuǎn)座子維持在失活狀態(tài)的一條信號通路。這項研究發(fā)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(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中的遠古病毒的殘留物。當(dāng)活化之時，轉(zhuǎn)座子會復(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?？茖W(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90%的基因組都是由這些重復(fù)序列構(gòu)成。

當(dāng)一個轉(zhuǎn)座子激活之時，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。為了對抗這種永遠存在、來自內(nèi)部的威脅，細胞進化出了一些嚴(yán)密的機制維持對轉(zhuǎn)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(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標(biāo)記來沉默轉(zhuǎn)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(biāo)記。“丟失這些標(biāo)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(guān)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(fā)現(xiàn)有一條信號通路精確地履行了這一職責(zé)。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(zhuǎn)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(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。“現(xiàn)在我們證實比如在生殖細胞中當(dāng)一些轉(zhuǎn)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(jīng)進化為了一種轉(zhuǎn)座子防御機制，”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：“動物具有相似的轉(zhuǎn)座子防御機制。我們發(fā)現(xiàn)的這一信號通路與動物生殖細胞中的一些小RNA系統(tǒng)（稱作為piwi-interacting RNAs或piRNAs）類似，當(dāng)基因組重編程之時piRNAs也保護對抗了轉(zhuǎn)座子。”