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基因开关使人类看起来像其动物表亲

一个国际生物学家团队发现了相同的基因在哺乳动物,鱼类和两栖动物胚胎发育的早期是如何被激活的,这使它们在较短的一段时间里看起来极为相似。

西澳大利亚大学研究人员进行的这项研究,结果发表在自然遗传学(Nature Genetics)杂志上,揭示了为什么所有的脊椎动物(具有脊柱)在一个被称为门特征性阶段的胚胎发育特殊时期都看起来很相似。

在此期间,鸟类,鱼类甚至人类胚胎起初看起来都是一样的——直到它们再次出现差异而变得外观差别很大。

这种相似性最早由十九世纪杰出的胚胎生物学家Karl Ernst von Baer所阐述,当时他混乱的样品标签使他不小心混淆了不同的脊椎动物物种的门特征性阶段的胚胎,使他无法分辨哪个胚胎属于哪个物种。

“我们不能容忍这种错误的发生,” ARC高级研究中心的植物生物能源基因组生物学家Ryan Lister说。

“因此,我们观察了马德里老鼠,塞维利亚鱼和奈梅亨蟾蜍。”

参与该研究的人员包括来自于西班牙国家研究委员会(CSIC西班牙)和荷兰Radboud大学的研究人员。

来自于ARC植物能量生物学高级研究中心的第一作者Ozren Bogdanovic说,研究显示出了在门特征性阶段小鼠,斑马鱼和蟾蜍的DNA上的化学信号如何发生了改变。

这种变化以信号波的形式发生,并在每种动物中激活相同的发育通路,这有助于它们相似性的发生。

Bogdanovic博士说达到门特征性阶段所花费的时间根据物种而有所不同。

“在鱼和蟾蜍会在受精后一到两天,小鼠在9.5天,而人类在受孕后四周达到此阶段,”他说。

“这可能是因为我们在此期间的发育过程中,还存在一个类似的表观控制。”

“如果你把一个人类胚胎放在该时期的一条鱼和一只癞蛤蟆旁边,人类胚胎看起来会和其他胚胎很像。”

Lister教授说,人们认为脊椎动物在这个发育时期表现出这种相似性,是因为此时正在建立机体的基本结构。

“在这个早期阶段正确的建立机体规划和器官形成对生命体来说是如此重要,以至于尽管这些物种间存在着几百万年的分化,但其背后的分子过程仍然非常相似,”他说。

“看到这些相似性一直到分子水平令人很感兴趣,我们就可以比之前做得更多,因为DNA测序技术帮助我们去对生物学系统挖掘得更深入。”

Lister教授说,团队用来研究脊椎动物胚胎发育的一些关键的实验技术最开始是通过他早期的植物基因组学的研究开发出的,这表明一个科学领域和系统的进步怎样被迅速地接受,并给其它领域带来发展。

“这是一项关于正常发育过程如何在小鼠,鱼和蟾蜍中发生的基础研究,”他说。

“但是,通过这个过程也有助于我们认识人类胚胎发育过程中可能出现的进程。”

“然而当我向我的儿子描述这个结果时,他回答说,对于我曾经和一只癞蛤蟆非常相似,他并不感到惊讶。”


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