研究人员在“最后的共同环节”中追踪基因的发展

2020-08-18 131无脊椎动物

研究人员在“最后的共同环节”中追踪基因的发展,一位研究无脊椎动物和脊椎动物之间最后一个共同联系的研究人员发现了一个关键的基因变化,它将无脊椎动物和脊椎动物分开。

研究人员在“最后的共同环节”中追踪基因的发展

圣路易斯华盛顿大学生物学助理教授、博士杰里米·吉布森·布朗(Jeremy Gibson Brown)研究文昌鱼(一种小型海洋蠕虫),是一种原始的无脊椎动物,与我们这种脊椎动物关系最密切。吉布森·布朗发现,在文昌鱼进化之后,一种参与无脊椎动物身体层发育的基因在脊椎动物谱系中复制。

然而,在脊椎动物中,这个名为amphiomes/Tbr1的基因产生了两个参与大脑发育的基因:中胚层素和T-brain-1。虽然脊椎动物Eomesodermin基因在从鱼类到两栖动物到人类的所有脊椎动物研究中都保留了其形成中胚层或“中间皮肤”层的原始功能,但复制品已经失去了这种功能,反而在前脑发育中发挥了作用。

吉布森·布朗说:“这向我们展示了‘老’基因如何产生新基因,以及如何追踪新的发育功能的起源,”吉布森·布朗说,他将把他的研究结果发表在即将出版的《实验动物学杂志》(Journal of Experimental Zoology)上。他下一步将在七鳃鳗身上寻找这些基因,这种鱼与后来的脊椎动物的祖先相似。

“我想看看这种基因复制是否早于无颌鱼类和脊椎动物分离之前,以及在前脑发育中的作用是否已经获得。”

研究背景

果蝇、老鼠、蠕虫和猿类与我们人类以及彼此之间分享着惊人数量的基因信息。例如,人类和黑猩猩之间只有十分之一的遗传变异。

一个研究领域已经出现,来解决不同物种随着时间的推移发生了什么样的遗传变化,以解释尽管存在如此相似的遗传相似性,但存在如此多的物理差异。这叫做进化发展。

吉布森·布朗深情地提到这门新兴学科时,“埃沃·德沃”结合了传统进化生物学和发育生物学的原理,研究随着时间的推移,基因序列和调控的变化会导致新物种的发展,最终形成新的身体计划。

吉布森·布朗解释说:“我们试图解开动物发育程序进化的历史。吉布森·布朗正在研究T-box基因的进化,T-box基因是一组编码转录因子的基因,在胚胎发生或胚胎发育过程中调节基因表达。

研究人员在“最后的共同环节”中追踪基因的发展,简单地说,T盒基因控制着动物发育过程中特定基因的开启(表达)或关闭的时间和地点。今天活着的动物和生活在过去的动物身上有着巨大的差异,部分原因是这些基因的不同表达模式。T-box基因在脊椎动物和无脊椎动物中都存在,因此在进化过程中为新的发育程序和新的身体计划的出现提供了有价值的见解。

文昌鱼是一种小型海洋蠕虫,是一种原始的无脊椎动物,与人类的最后一个共同祖先生活在6亿年前。文昌鱼是最接近脊椎动物的活的无脊椎动物,这使得它成为吉布森·布朗研究的一个非常有吸引力的目标。他感兴趣的是,文昌鱼、人类以及介于两者之间的所有物种中的这些T-box基因如何调整其功能和表达模式,从而产生如此广泛的身体计划,从蠕虫到老鼠再到人类。

研究内容

吉布森·布朗说:“我一直在研究这些T-box基因在文昌鱼发育过程中的表达位置和时间,以便了解文昌鱼和人类最后共同祖先中这些基因的功能。”。

他刚刚开始研究七鳃鳗,一种非常原始的脊椎动物,也是当今仅存的无颚鱼类之一。因为七鳃鳗的祖先在脊椎动物与无脊椎动物分化后相对较短的时间内进化而来,因此它们提供了T盒基因进化故事的下一个垫脚石。

通过比较文昌鱼、七鳃鳗和小鼠T-box基因的表达,Gibson-Brown希望能更好地理解基因调控的变化在T-box基因进化中的作用。

他说:“我想了解控制T盒基因在不同物种中表达的调控因素,因为基因对新的发育功能的进化主要是通过调节元件的进化来实现的。”

引用

Washington University In St. Louis. "Researcher Traces Gene Development In "Last Common Link"; Two Genes Diverge From One." ScienceDaily. ScienceDaily, 17 April 2002. www.sciencedaily.com/releases/2002/04/020417070035.htm.

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