斯塔爾斯醫(yī)學研究所的研究人員打開了進化生物學的另一扇窗。他們發(fā)現(xiàn)Hox基因是兩側(cè)對稱動物身體形成的關(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》雜志上，使研究人員能夠更好地了解這些基因的祖先功能，掌握進化生物學的重要一步。
“銀蓮花為我們提供了一扇了解Hox基因功能的可能古老過去的窗口，”領導這項研究的斯托斯博士研究員馬修吉布森說。
Hox基因在雙翅目昆蟲中的作用已被很好地證實。這些都是有頭尾軸的動物，左右兩邊基本對稱，從人到狗，魚到蜘蛛，應有盡有。Hox基因控制著這些動物發(fā)育過程中不同部位的身份，并啟動形成各種身體結(jié)構(gòu)(如四肢和器官)的遺傳過程。片段的同一性取決于在發(fā)育中的生物體的那個區(qū)域中表達的Hox基因或Hox編碼。
雖然Hox基因已經(jīng)在被稱為棘皮動物的動物群體中被發(fā)現(xiàn)，其中包括徑向?qū)ΨQ的動物，如?？?、水母和珊瑚，但它們在棘皮動物調(diào)節(jié)中的具體作用以前是未知的。
吉布森說：“我們從來沒有關(guān)于Hox代碼起源的功能證據(jù)，也沒有關(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^研究Hox基因在海葵中的功能，我們可以開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。他們通過兩種方式做到了這一點——他們通過短發(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致了身體分割和觸手模式的顯著缺陷。變異的?？婚L了兩三條觸須，而不是通常的四條。一些觸角擴張并部分融合，而另一些則分叉。
吉布森說：“Hox基因的祖先作用完全有可能不僅能驅(qū)動細胞群體的形成，還能給予細胞群體識別?！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)學研究院研究生院博士后研究員何碩南說：“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，為進化生物學家提供了Hox碼進化過程的新見解。本文作者?！霸谒鼈兊墓餐嫦确至阎?，這些基因已經(jīng)存在于兩足動物和棘皮動物中，”他說?！艾F(xiàn)在我們可以觀察更多的cnidarian分支，以測試這些基因是否以類似的方式被使用?！?
吉布森說，這些發(fā)現(xiàn)也提供了進一步的證據(jù)，證明進化不一定會使遺傳密碼變得更復雜?！坝幸环N流行的觀點認為，進化的過程將不可避免地增加復雜性和復雜性，但我們現(xiàn)在知道，在許多情況下，這根本不會發(fā)生，”他說?！拔覀児糯鷦游镒嫦鹊膹碗s生物受到與當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者包括弗洛倫西亞德維索博士、程、阿曼達克羅森和艾薩姆伊克米博士，他現(xiàn)在是海德堡的團隊負責人。這項研究得到了斯托斯研究所分子生物學設施、顯微鏡中心、爬行動物和水生設施的協(xié)助。沒有堪薩斯大學的保林卡特賴特博士、羅徹斯特大學的大衛(wèi)蘭伯特博士和羅伯克魯姆拉夫博士的大力合作，這項研究是不可能的。斯塔爾斯研究所。
這項工作由斯托斯醫(yī)學研究所資助。
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