諾獎得主Nature發布基因組研究重要成果
日期:2015-08-14 09:02:08
一個國際科學家小組完成了對章魚(octopus)的基因組測序,發現了與章魚不同尋常的生物學,包括它能夠改變皮膚的顏色和紋理,及分散的大腦使得它的8條手臂能夠獨立移動相關的一些基因。
該研究小組測序并注釋了常見的加州兩斑章魚(California two-spot octopus)。這項研究是由諾貝爾獎得主、日本沖繩科學技術大學院大學(OIST)教授Sydney Brenner所發起。研究結果發布在8月13日的《自然》(Nature)雜志上。
研究人員發現章魚與其他的無脊椎動物基因組之間有著驚人的差異,包括廣泛的基因重排,以及與神經發育相關的一個基因家族發生了顯著擴增——這曾被認為是脊椎動物所獨有的現象。
芝加哥大學的Daniel Rokhsar 說:“章魚神經系統的組織方式完全不同于我們的神經系統:中央大腦圍繞著食道——這是無脊椎動物的典型特征,但它還有數組神經元存在于可以相對自主行動的手臂上,并有一些巨大的視葉負責視覺。這一序列為我們提供了一個機會來查看這一基因組,看看從章魚獨特的大腦和形態中我們可以了解到些什么。”
例如,了解章魚分散的大腦與八條手臂的互作機制,可以幫助工程師為機器人設計出靈活的、能抓物的手臂。在諸如水下等某些環境中,它們能夠比連接的腿臂更好地工作。
最聰明的無脊椎動物
Rokhsar指出,有著巨大的、高度發達的大腦,頭足類動物是地球上最聰明的動物,顯示出高級的解決問題和學習行為。
“我們發現相對于其他的脊椎動物,有幾種基因類型在章魚中發生了顯著擴增,我們認為它們發揮了至關重要的作用,使得脊椎動物中的神經元復雜性達到了一個新水平。”
這些基因包括一個叫做protocaderins的信號分子家族,其調控了神經元發育和神經元間的短程互作。一個叫做鋅指(zinc fingers)的轉錄因子家族,主要在胚胎和神經組織中表達,被認為在大腦發育中發揮了作用。
芝加哥大學神經生物學和有機體生物學及解剖學副教授Clifton Ragsdale說:“這一章魚基因組使得研究頭足類動物的一些性狀變得更加容易,現在它代表了比較進化研究生命樹上一個重要的點。這一個很有用的資源,引出了一些有關這些不尋常動物的、從前無法進行解答的新問題。
地球上第一個智能生命
頭足類動物不僅包括章魚,還包括烏賊、墨魚和鸚鵡螺,4億多年前在遠古的海洋中作為食肉動物而出現。其中最成功的是鸚鵡螺,其在泥盆紀時期稱霸海洋,是現在的常見化石。它們在6600萬年前與恐龍一起在大滅絕中絕種。
Brenner說:“它們是地球上第一類智能生物。”在未來,日本沖繩科學技術大學院大學計劃測序幾個烏賊物種和沖繩章魚,Rokhsar希望沖繩章魚將成為研究頭足類動物生物學的一個模式生物。
“廣泛地觀測幾種不同類型的頭足類動物是為了了解它們之間的保守性。所有頭足類動物的相似點有可能就是對成為頭足類動物極為重要的特征。”
研究人員還利用這一基因組追蹤了與適應性著色有關的基因,這使得章魚能夠改變皮膚的顏色和紋理,與環境融合來躲避捕獵。
Rokhsar說:“我們發現了數百個在其他動物中找不到相似物的新基因,它們或許參與了這一獨特的偽裝過程。”
這一基因組還可以幫助揭示章魚其他一些獨特特征的遺傳基礎,例如它們精細的抓捕手臂,它們再生肢體的能力,有著更像人類的照相機樣的眼睛,以及它們具有3顆心臟等。
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