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同源异形基因的古老调控网

日期:2014-09-17 00:00:00

Stowers研究所的Robb Krumlauf博士带领研究团队,对古老的无颌脊椎动物海七腮鳗(Petromyzon marinus)进行了研究。他们发现,海七腮鳗Hox基因的表达模式类似于有颌脊椎动物,而有颌脊椎动物(包括鱼、小鼠、人类等)的进化实际上要晚很多。这意味着,形成有颌脊椎动物所需的遗传学程序,早在这些动物出现之前就已经存在了。

研究人员在Hox基因旁边构建了一个特殊的报告基因体系,将Hox基因活性与荧光标签关联起来。他们将Hox报告基因插入有颌类鱼,结果这些基因在胚胎的后脑区域发出了如彩虹一般的条状荧光。

随后,研究人员将同样的报告基因插入了七鳃鳗。他们发现,七鳃鳗的胚胎有着与有颌类鱼相同的报告基因表达模式,后脑区域的荧光顺序完全一样。(Hox基因的排列顺序,与其作用顺序和作用位置相关。)

“这使大家感到非常惊讶,”文章的第一编辑,Hugo Parker博士说。“这项研究告诉大家,控制后脑分节的基因调控网络,比有颌脊椎动物的出现要早得多。”

在小鼠和斑马鱼中,DNA结合蛋白会识别Hoxb3的一段DNA,进而启动这个基因。这段DNA发生突变的报告基因,在斑马鱼胚胎中不能发光(失活)。值得注意的是,这个突变报告基因在七鳃鳗胚胎里也同样失活,也就是说这段控制开关早就存在于七鳃鳗中。

“这项研究表明,控制后脑分节的调控回路早就存在于古代的脊椎动物中,” Bronner说。胚胎中基因表达的这种相似性令人惊讶,因为有颌脊椎动物与七鳃鳗的外表差异很大。

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