中科院海洋所软体动物发育演化研究取得新突破

2019-12-25 15:55:59 来源: 科技日报 作者: 王健高

科技日报记者 王建高  通讯员 王敏

12月23日,美国科学院院刊PNAS在线刊发中国科学院海洋研究所刘保忠课题组题为“Dorsoventral decoupling of Hox gene expression underpins the diversification of molluscs”的研究论文。该研究基于Hox基因在软体动物早期发育中的表达模式,提出了软体动物身体模式发育演化新机制,为理解动物的演化机制提供了崭新的视角。

图为笠贝和石鳖Hox表达模式    受访者  提供

软体动物是除节肢动物外的第二大动物门类,也是种类最多的海洋动物类群。软体动物的一大特点是其身体模式(bodyplan)存在极大的多样性,常见类群如双壳类(牡蛎、扇贝、各种蛤等)、腹足类(海螺、笠贝、海兔等)、头足类(章鱼、乌贼、鹦鹉螺等)身体模式差异极大;其余较小的类群如掘足纲(角贝)、多板纲(石鳖)、无板纲、单板纲等也各有自身独特的身体结构模式。软体动物如何发育演化出如此多样的身体模式,是一个重要的演化生物学问题。

Hox基因是动物发育的关键基因,其沿身体前后轴表达(共线性),在多数动物中表达模式十分相似。然而,软体动物Hox基因的表达模式非常多样化,其中原因尚不清楚。本论文针对两种演化关系较远的软体动物(笠贝和石鳖)的Hox基因开展了系统研究。通过对大量发育时期表达数据的对比研究和系统总结,发现这两种动物Hox表达模式看似差异极大,实则隐含了重要的共有规律:两种动物Hox基因的表达均可分为两部分,分别与背部的贝壳和腹部的足相关联。背部表达与每个类群独特的贝壳样式相关,腹部表达则在特定发育阶段呈现保守的共线性模式。这些结果一方面澄清了关于软体动物Hox基因共线性表达的争论,另一方面解释了为何在不同类群软体动物中总能观察到不同的Hox表达模式。基于对这个深层次的规律的新认知,研究团队提出了关于软体动物演化机制的新假说,即Hox基因背腹分离的表达模式,推动了贝壳和足的多样化,进而支持了软体动物身体模式的多样化。并且,该假说可以进一步扩展到更大的动物分类阶元,可能是一个基本的身体模式演化机制,为理解动物多样化事件(如寒武纪大爆发等)提供了重要参考。

图为软体动物身体多样性演化机制假说    受访者提供

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责任编辑:刘义阳

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