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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