古代蠕虫中的基因和谐
一项新的研究发现，尽管两种蠕虫在 2000 万年前从一个共同的祖先分裂出来，但它们在打开和关闭基因的方式上保留了非常相似的模式。 研究结果发表在 6 月 19 日的《科学》杂志上。 博士说：“在这种进化距离下，我们应该看到基因表达模式的这种连贯性，这真是太了不起了。 Robert Waterston，华盛顿大学医学院基因组科学教授在西雅图，并且是该论文的共同高级作者。 “我很惊讶一切都安排得这么好。” Waterston 说，当变化可能影响许多细胞类型时， 基因表达模式往往保持不变——或者进化生物学家所说的保守模式。 “如果该基因在整个生物体的许多细胞类型中广泛表达，则可能很难改变表达，”他说。 “但是，如果基因表达仅限于单一细胞类型或几种细胞类型，也许它可以成功。 当两种蠕虫之间的基因表达确实存在差异时，变化更可能发生在专门的细胞类型中。 例如，参与肌肉或肠道等基本功能的细胞中的表达模式往往是保守的，而参与感知和响应蠕虫环境的更专业细胞中的表达模式更有可能分化。 “例如，与神经元功能相关的基因似乎分化得更快——可能是因为需要做出改变以适应新环境——但就目前而言，这只是猜测，“Christopher R 说。 宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院遗传学系博士后研究员，该论文的主要作者。 Large 获得了博士学位。 华盛顿大学医学院的基因组科学。 在这项研究中，研究人员比较了两种土壤栖息的蛔虫，秀丽隐杆线虫和布里格斯隐杆线虫的基因表达模式。 两种非常适合研究发展：它们很小，大约一毫米长; 简单，完全发育时由约 550 个细胞组成; 和透明。 这些特性使科学家能够实时观察它们的细胞分裂和发育。 重要的是，这些蠕虫与更复杂的生物体（包括人类）共享大约 20,000 个基因中的许多基因。 两种蠕虫中的所有细胞都已被鉴定和作图。 尽管进化了 2000 万年，但这两种蠕虫仍保留了近相同的身体计划和细胞类型，几乎一一对应的关系使它们成为比较的理想对象。 该研究的目标是比较两种蠕虫每种细胞类型的基因表达，以确定自它们从共同祖先分裂以来发生了哪些变化。 为此，研究人员使用一种称为单细胞 RNA 测序的技术测量了胚胎发育不同阶段每个细胞中信使 RNA 的水平。 信使RNA 或 mRNA 将制造蛋白质的指令从活性基因带到细胞的蛋白质制造机制。 来自基因的高水平 mRNA 表明它是活跃的。 低水平意味着它处于非活跃状态。 借助单细胞 RNA 测序技术，研究人员追踪了蠕虫胚胎发育过程中单个细胞的变化，从胚胎是一个由 28 个大部分未分化的细胞组成的球到大多数细胞类型发育成接近最终的形式，即过程大约需要 12 小时 “自 1970 年代以来，我们一直在研究发展的演变，”博士说。 生物学教授兼宾夕法尼亚基因组前沿研究所（Penn Genome Frontiers Institute）所长金俊亨（Junhyong Kim）是该研究的共同资深作者。 “但这是我们第一次能够比较两种不同生物体的每个细胞的发育情况。” Kim 表示，一些基因表达保守的发现并不奇怪，因为蠕虫的身体非常相似。 但是它令人惊讶的是，当发生变化时，这些变化似乎对身体计划没有影响。 博士说，该研究描述了物种之间基因表达模式在何时何地不同，但尚未解释原因。 佩雷尔曼医学院遗传学副教授、该研究的第三位资深作者约翰·艾萨克·默里 （John Isaac Murray）。 “很难说我们观察到的任何差异是由于进化适应还是仅仅是遗传漂变的结果，变化随机发生的地方，“他说。 “但这种方法将使我们能够探索许多关于进化的未解之谜。” 这项研究得到了美国国立卫生研究院 （HD105819， HG010478， HG007355） 和美国国家科学基金会 （PRFB2305513） 的支持。