研究人員已經(jīng)確定了非雙側(cè)對(duì)稱性動(dòng)物中Hox基因的功能

斯塔爾斯醫(yī)學(xué)研究所的研究人員打開(kāi)了進(jìn)化生物學(xué)的另一扇窗。他們發(fā)現(xiàn)Hox基因是兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物身體形成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，也在控制小星?？膹较?qū)ΨQ身體圖中發(fā)揮作用。

這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在2018年9月28日的《科學(xué)》雜志上，使研究人員能夠更好地了解這些基因的祖先功能，掌握進(jìn)化生物學(xué)的重要一步。

“銀蓮花為我們提供了一扇了解Hox基因功能的可能古老過(guò)去的窗口，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的斯托斯博士研究員馬修吉布森說(shuō)。

Hox基因在雙翅目昆蟲(chóng)中的作用已被很好地證實(shí)。這些都是有頭尾軸的動(dòng)物，左右兩邊基本對(duì)稱，從人到狗，魚(yú)到蜘蛛，應(yīng)有盡有。Hox基因控制著這些動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中不同部位的身份，并啟動(dòng)形成各種身體結(jié)構(gòu)(如四肢和器官)的遺傳過(guò)程。片段的同一性取決于在發(fā)育中的生物體的那個(gè)區(qū)域中表達(dá)的Hox基因或Hox編碼。

雖然Hox基因已經(jīng)在被稱為棘皮動(dòng)物的動(dòng)物群體中被發(fā)現(xiàn)，其中包括徑向?qū)ΨQ的動(dòng)物，如?？⑺负蜕汉?，但它們?cè)诩?dòng)物調(diào)節(jié)中的具體作用以前是未知的。

吉布森說(shuō)：“我們從來(lái)沒(méi)有關(guān)于Hox代碼起源的功能證據(jù)，也沒(méi)有關(guān)于它在雙胎子宮出現(xiàn)之前如何控制發(fā)育的功能證據(jù)?！巴ㄟ^(guò)研究Hox基因在?？械墓δ埽覀兛梢蚤_(kāi)始了解這些基因在我們大約6億年的古老共同祖先中可能扮演的角色?！?

為了解決這一問(wèn)題，研究人員破壞了銀蓮花體型模型中Anthox1a、anthox 8、anthox 6a和Gbx基因的功能。他們通過(guò)兩種方式做到了這一點(diǎn)——他們通過(guò)短發(fā)夾RNA處理破壞了Hox基因的功能，還利用CRISPR-Cas9(一種基因編輯系統(tǒng))從基因組中去除了這些Hox基因。

他們發(fā)現(xiàn)Hox基因功能的喪失或破壞導(dǎo)致了身體分割和觸手模式的顯著缺陷。變異的海葵只長(zhǎng)了兩三條觸須，而不是通常的四條。一些觸角擴(kuò)張并部分融合，而另一些則分叉。

吉布森說(shuō)：“Hox基因的祖先作用完全有可能不僅能驅(qū)動(dòng)細(xì)胞群體的形成，還能給予細(xì)胞群體識(shí)別?！霸诂F(xiàn)有的雙胎子宮中，這些功能可能已經(jīng)分離，因此Hox基因只能控制分段身份。”

斯托斯醫(yī)學(xué)研究院研究生院博士后研究員何碩南說(shuō)：“這些發(fā)現(xiàn)揭示了Hox碼在發(fā)育中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的存在，為進(jìn)化生物學(xué)家提供了Hox碼進(jìn)化過(guò)程的新見(jiàn)解。本文作者?！霸谒鼈兊墓餐嫦确至阎?，這些基因已經(jīng)存在于兩足動(dòng)物和棘皮動(dòng)物中，”他說(shuō)?！艾F(xiàn)在我們可以觀察更多的cnidarian分支，以測(cè)試這些基因是否以類似的方式被使用?！?

吉布森說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)也提供了進(jìn)一步的證據(jù)，證明進(jìn)化不一定會(huì)使遺傳密碼變得更復(fù)雜。“有一種流行的觀點(diǎn)認(rèn)為，進(jìn)化的過(guò)程將不可避免地增加復(fù)雜性和復(fù)雜性，但我們現(xiàn)在知道，在許多情況下，這根本不會(huì)發(fā)生，”他說(shuō)?！拔覀児糯鷦?dòng)物祖先的復(fù)雜生物受到與當(dāng)今人類相同類型基因的調(diào)控。只是使用方式不同罷了。”

斯托斯研究所的其他貢獻(xiàn)者包括弗洛倫西亞德維索博士、程、阿曼達(dá)克羅森和艾薩姆伊克米博士，他現(xiàn)在是海德堡的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。這項(xiàng)研究得到了斯托斯研究所分子生物學(xué)設(shè)施、顯微鏡中心、爬行動(dòng)物和水生設(shè)施的協(xié)助。沒(méi)有堪薩斯大學(xué)的保林卡特賴特博士、羅徹斯特大學(xué)的大衛(wèi)蘭伯特博士和羅伯克魯姆拉夫博士的大力合作，這項(xiàng)研究是不可能的。斯塔爾斯研究所。

這項(xiàng)工作由斯托斯醫(yī)學(xué)研究所資助。

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