科学家展现“刺猬基因”成果的路线式演化

 
 
科学家展现“刺猬基因”成果的路线式演化  
 

 

 

Hh基因参加脊索动物神经演化模式图。（图片来历：《自然-生态与进化》）

 

脊椎动物器官布局的庞洪水平，可谓现存生物之最，个中枢神经系统的发源与进化一直是发育生物学规模的重要命题。7月14日，《自然-生态与进化》在线颁发了一项研究，科学家阐发了脊椎动物祖先——文昌鱼神经系统分化的要害步调，并找到其与脊椎动物在分化中的差别，这些差别大概是导致脊椎动物中枢神经系统高度巨大化的重要原因。

 

而这一切，都与一种名叫“刺猬”的基因密切相关。

 

解谜神经发育，在文昌鱼中寻踪“刺猬”

 

论文通讯作者之一、厦门大学生命科学学院副传授李光汇报《中国科学报》，刺猬基因（Hedgehog，简称Hh）遍及存在于昆虫、哺乳动物等差异类群动物中，并在这些动物胚胎的多个器官或组织的产生进程中起重要浸染。

 

“Hh基因最早在果蝇身上发明，因其突变体呈球状、外貌充满刚毛，形似刺猬，所以被称为‘刺猬基因’”，李光暗示，在脊椎动物中，Hh卵白由脊索和神经管基板细胞称身排泄，并以此为中心向附近扩散，形成浓度梯度，影响周围组织或神经管等器官细胞的分化。

 

为了探明Hh基因在文昌鱼神经系统发育中的浸染，李光与厦门大学生命科学学院传授王义权等人成立了文昌鱼Hh等基因的突变体，与牛津大学动物学系传授Sebastian M. Shimeld展开相助。

 

研究团队发明，在脊索动物进化进程中，Hh基因参加神经管形成的成果是“分步式”发生的。

 

首先，在脊索动物祖先中，Hh基因开始在脊索和神经管腹侧表达，参加部门举动神经元的产生，接着，在脊椎动物进化早期，Hh基因进一步参加更多与神经发育相关的转录子调控中，并促成它们形成彼此抑制的浸染干系，进而参加到差异神经元前体细胞的分化中。

 

“尽量Hh基因可在文昌鱼脊索和神经管腹侧表达，但它只参加了文昌鱼神经管腹侧部门举动神经元和Err基因阳性神经元的发育调控。并且在文昌鱼胚胎中，神经管背腹差异区域的转录子间缺乏明明的彼此抑制。我们认为，这些差别大概是导致脊椎动物中枢神经系统高度巨大化的重要原因。”李光暗示。

 

 

Hh基因信号通路示意图，以及Hh和Ptch基因突变对文昌鱼胚胎神经管发育基因的影响。（图片来历：《自然-生态与进化》）

 

模子可贵，早期脊椎动物进化仍有谜题

 

值得一提的是，这项研究顶用到的文昌鱼Hh突变体模子乃世界首例。

 

“果蝇、线虫是今朝研究最为深入的无脊椎动物模子，但其神经系统和脊椎动物不同较大”，李光暗示，此类动物尚未形成神经管，而神经管是高度聚积的中枢神经系统，因此基于它们的研究成就对摸索脊椎动物神经系统发源来说，可提供的信息相对有限。

 

文昌鱼是无脊椎动物向脊椎动物进化的要害太过类群，其背神经管等器官结构与脊椎动物很是相似，是公认的研究脊椎动物发源、胚胎发育等的抱负模子。但恒久以来研究要领都较为单一。