一种共同的祖先基因导致蜘蛛和昆虫的身体分割

2020-07-27 128节肢动物

据eLife杂志的一项研究报道,一种共同的祖先基因导致蜘蛛和昆虫的身体分割。科学家们已经精确地找到了一个在蜘蛛发育过程中控制分节的关键基因,这揭示了它与昆虫分节控制的进一步相似性。

这项研究表明,Sox基因在蜘蛛中被复制,然后可能取代了另一个相关的Sox基因的功能,该基因目前仍被用于昆虫的分割,这为进化的秘密提供了新的线索,这些基因允许不同种类的动物建造自己的身体。

分割是节肢动物重要的发育过程

分割是节肢动物重要的发育过程,包括形成具有不同功能的体段。在昆虫中,这有两种方式——要么几乎同时制造出所有的节段,要么在身体前部指定几个节段,比如头部,然后在后面添加节段,这与大多数其他节肢动物(如蜘蛛)的情况相似。

研究的主要作者克里斯蒂安·佩斯(Christian Paese)说:“我们对各种昆虫的分段调控有着越来越详细的了解,但是以前的研究表明,一些不同的遗传机制被用于在蜘蛛胚胎中产生分段。” “在昆虫中,SoxB基因Dichaete参与了细分。已经在蜘蛛拟南芥中鉴定出一个Sox基因家族,我们希望了解它们在这些动物的细分过程中是否也起作用。”

一种共同的祖先基因导致蜘蛛和昆虫的身体分割

研究小组首先研究了不同的Sox基因在蜘蛛胚胎中的应用。他们确定Sox21b-1是由母蜘蛛提供的,它的活动模式表明它参与了分割。

为了进一步研究这一点,他们利用RNA干扰使蜘蛛中的Sox21b-1基因沉默,并观察其对发育的影响。这表明,蜘蛛的前后节都需要这个基因来分割。在前部,Sox21b-1起着“间隙基因”的作用,这意味着它是发育过程中第一批被激活的基因之一,它规定了身体某些支撑腿部的部分同时形成。在后面,Sox21b-1调节“片段添加区”,通过开启Wnt和Delta Notch通路(调节多细胞生物发育的细胞信号系统)中的一组重要发育基因,可以顺序地添加额外的片段。

研究小组还表明,除了参与细胞分裂外,Sox21b-1还调节早期胚胎的细胞分裂。尽管Sox21b-1沉默对发育中蜘蛛的躯干有最显著的影响,导致胚胎缩短,腿部缺失,但它也影响了头部区域细胞的命运,这需要进一步的研究。

研究意义

牛津布鲁克斯大学进化发育生物学教授、资深作者Alistair McGregor总结说:“一种共同的祖先基因导致蜘蛛和昆虫的身体分割,我们对Sox21b-1的研究为节肢动物的进化和分节调控提供了重要的新见解。”两个非常密切相关的SoxB基因在拟南芥蜘蛛和昆虫中都参与了分割,这一点非常重要,这表明Sox基因在无脊椎动物中的古老作用。研究Sox基因在其他蜘蛛和蜘蛛纲动物中的任何分割作用,包括那些没有经历过基因组复制的蜘蛛和蛛形纲动物,这将是很有趣的。”

引用

eLife. "A common ancestral gene causes body segmentation in spiders and insects." ScienceDaily. ScienceDaily, 21 August 2018. www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180821112026.htm.

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