《Nature | 盲鳗基因组与脊椎动物的进化》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-01-29
  • 2024年1月23日,伦敦大学学院等机构的研究人员在杂志Nature上发表了题为The hagfish genome and the evolution of vertebrates的文章。

    作为唯一幸存的无颌鱼类谱系,盲鳗和七鳃鳗为早期脊椎动物进化提供了关键窗口。本文研究了脊椎动物全基因组复制和程序性DNA消除的复杂历史,时间和功能作用,基于棕色盲鳗Eptatretus atami的染色体规模基因组序列。结合来自同源和系统发育分析的证据,研究人员建立了脊椎动物基因组进化的全面图景,包括早于早寒武纪环口-颌骨分裂的自体四倍体化(1RV),随后是寒武纪中晚期的同种异体-四倍体化(2RJV)和环体中延长的寒武纪-奥陶纪六倍体化(2RCY)。随后,盲鳗经历了广泛的基因组变化,染色体融合伴随着器官系统(眼睛、破骨细胞)所必需的基因的丧失,部分原因是它们的身体计划简化。

    最后,研究人员表征了盲鳗中的程序性DNA消除,鉴定了在早期发育过程中从体细胞谱系中删除的蛋白质编码基因和重复元件。这些种系特异性基因的消除提供了一种通过抑制种系/多能性功能来解决体细胞和种系之间遗传冲突的机制,这与七鳃鳗的发现相似。重建脊椎动物早期基因组历史为进一步探索环状体和有颌脊椎动物进化提供了有价值的框架。

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07070-3
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  • 《大规模的蛇基因组分析为脊椎动物的发育提供了见解》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2023-07-11
    •     2023年6月9日,中国科学院成都生物研究所李家堂团队基于大规模多组学技术与基因编辑等研究手段,全面揭示了蛇类起源及特有表型演化的遗传机制。相关论文以“Large-scale snake genome analyses provide insights into vertebrate development”为题,发表于国际期刊《细胞》(Cell)。     全球蛇类约4000种,广泛分布于除南极洲外的各大洲陆地和海洋,在进化历史上处于脊椎动物演化的关键节点,是脊椎动物的重要类群。蛇类演化出了四肢缺失、身体延长、左右肺不对称发育等特殊表型,揭示这些特殊表型的遗传机制对理解脊椎动物演化历史具有重要意义。本研究选取了全球极具代表性的不同支系的蛇类,结合多组学及基因编辑等多学科交叉研究手段,系统阐释了蛇类的起源与特殊表型演化的遗传机制。基于染色体水平蛇类基因组数据集构建了迄今最有力的蛇类系统发育框架,推断蛇类起源于约1.18亿年前早白垩纪,支持了蛇类是由蜥蜴演化而来的假说。基于谱系基因组与基因编辑等研究发现,蛇类PTCH1蛋白特异性缺失的三个氨基酸残基可能是其四肢缺失的重要遗传机制之一。大量编码及非编码调控元件的快速演化驱动了蛇类身体的延长。为适应身体延长,蛇类的内脏器官发生了不对称发育,如其左肺大多趋近于退化,而右肺则较为发达。蛇类丢失了控制器官对称发育的DNAH11和FXJ1B基因,是其左、右肺不对称发育的重要遗传因素。此外,研究还探讨了红外感应蛇类和穴居的盲蛇类物种特殊表型的演化遗传机制。研究发现与热响应相关的PMP22基因和与三叉神经发育相关的NFIB基因的非编码调控元件的趋同演化是部分蛇类感知红外光谱的重要遗传驱动力。而盲蛇类物种则通过RPGRIP1等基因的丢失及CHIA等基因的快速演化以适应穴居生活,并形成专食蚂蚁及蚂蚁卵的食性。     本研究开创了爬行动物大规模组学研究的先河,对理解脊椎动物演化历史具有重要意义,将推动动物演化生物学等相关学科的发展。李家堂团队未来将聚焦开发玉米蛇为模式动物并开展演化发育生物学研究。同时,围绕蛇毒等重要遗传资源的挖掘和运用,为抗蛇毒血清及蛇毒衍生药物的研发提供科学支撑。研究团队将推动从基础科学到应用基础科学的发展,更好地服务国家重大战略需求。 编译来源:https://www.cas.cn/cm/202306/t20230620_4898303.shtml
  • 《Nature | 脊椎动物早期交感神经元的神经嵴起源》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-04-21
    • 2024年4月17日,加州理工学院的研究人员在Nature发表题为Neural crest origin of sympathetic neurons at the dawn of vertebrates的文章。 神经嵴是脊椎动物独有的胚胎干细胞群,它的扩张和多样化被认为促进了脊椎动物的进化,使新的细胞类型和结构(如颌骨和周围神经节)得以出现。尽管无颌脊椎动物也有感觉神经节,但传统观点认为,躯干交感神经链神经节只在有颌脊椎动物中出现。 与此相反,该研究报告了现存无颌脊椎动物海鳗(Petromyzon marinus)体内存在躯干交感神经元。这些神经元产生于背主动脉附近的交感母细胞,它们通过与无颌脊椎动物同源的转录程序进行去肾上腺素能规范化。灯鱼交感母细胞分布在心外间隙,并沿着躯干的长度呈双侧流延伸,表达儿茶酚胺生物合成途径中的酪氨酸羟化酶和多巴胺β-羟化酶。CM-DiI 系谱追踪分析进一步证实,这些细胞来自主干神经嵴。对分离的羊膜腔躯干交感母细胞进行的 RNA 测序显示了交感神经元功能的基因特征。 该研究结果挑战了认为交感神经节是裸盖虫创新的普遍教条,而表明晚发育的初级交感神经系统可能是最早脊椎动物的特征。