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Your Good Partner in Biology Research

Nature:同源異形基因的古老調控網

日期:2014-09-17 09:03:28

 

如果高中時你沒理解“個體發育重演種系發生”,現在也用不著去補課了。因為生物學家們已經不再認為,生物的胚胎發育是在重演其進化史。不過,胚胎依然是探索進化歷程的一個重要窗口。九月十四日Nature雜志上發表的一項研究,通過比較胚胎的基因表達調控網絡,解答了進化上的一個重要問題。

 

生物經過漫長的進化,獲得獨特的結構和功能。那么,這些結構的遺傳學基礎是什么時候形成的呢?

 

人們知道,同源異形基因Hox負責調控組織的形態,它們就像一把尺決定著特定結構的位置。舉例來說,頭部的形成就是Hox基因起作用的結果。

 

Stowers研究所的Robb Krumlauf博士帶領研究團隊,對古老的無頜脊椎動物海七腮鰻(Petromyzon marinus)進行了研究。他們發現,海七腮鰻Hox基因的表達模式類似于有頜脊椎動物,而有頜脊椎動物(包括魚、小鼠、人類等)的進化實際上要晚很多。這意味著,形成有頜脊椎動物所需的遺傳學程序,早在這些動物出現之前就已經存在了。

 

研究人員在Hox基因旁邊構建了一個特殊的報告基因體系,將Hox基因活性與熒光標簽關聯起來。他們將Hox報告基因插入有頜類魚,結果這些基因在胚胎的后腦區域發出了如彩虹一般的條狀熒光。

 

隨后,研究人員將同樣的報告基因插入了七鰓鰻。他們發現,七鰓鰻的胚胎有著與有頜類魚相同的報告基因表達模式,后腦區域的熒光順序完全一樣。

 

“這使我們感到非常驚訝,”文章的第一作者,Hugo Parker博士說。“這項研究告訴我們,控制后腦分節的基因調控網絡,比有頜脊椎動物的出現要早得多。”

 

在小鼠和斑馬魚中,DNA結合蛋白會識別Hoxb3的一段DNA,進而啟動這個基因。這段DNA發生突變的報告基因,在斑馬魚胚胎中不能發光(失活)。值得注意的是,這個突變報告基因在七鰓鰻胚胎里也同樣失活,也就是說這段控制開關早就存在于七鰓鰻中。

 

“這項研究表明,控制后腦分節的調控回路早就存在于古代的脊椎動物中,” Bronner說。胚胎中基因表達的這種相似性令人驚訝,因為有頜脊椎動物與七鰓鰻的外表差異很大。

 


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