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海洋所軟體動物發育演化研究獲進展

2019-12-25 海洋研究所
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  1223日,《美國國家科學院院刊》(PNAS在线刊发中國科學院海洋研究所刘保忠研究组题为Dorsoventral decoupling of Hox gene expression underpins the diversification of molluscs 的研究論文。該研究基于Hox基因在軟體動物早期發育中的表達模式,提出了軟體動物身體模式發育演化新機制,爲理解動物演化機制提供了新的視角。

  軟體動物是除節肢動物外的第二大動物門類,也是種類最多的海洋動物類群。軟體動物的一大特點是其身體模式(body plan)存在極大的多樣性,常見類群如雙殼類(牡蛎、扇貝、各種蛤等)、腹足類(海螺、笠貝、海兔等)、頭足類(章魚、烏賊、鹦鹉螺等)身體模式差異極大;其余較小的類群如掘足綱(角貝)、多板綱(石鼈)、無板綱、單板綱等也各有自身獨特的身體結構模式。軟體動物如何發育演化出如此多樣的身體模式,是一個重要的演化生物學問題。

  Hox基因是動物發育的關鍵基因,其沿身體前後軸表達(共線性),在多數動物中表達模式十分相似。然而,軟體動物Hox基因的表達模式非常多样化,其中原因尚不清楚。该論文针对两种演化关系较远的软体动物(笠貝和石鼈)的Hox基因開展了系統研究。通過對大量發育時期表達數據的對比研究和系統總結,發現這兩種動物Hox表達模式看似差異極大,實則隱含了重要的共有規律:兩種動物Hox基因的表達均可分爲兩部分,分別與背部的貝殼和腹部的足相關聯。背部表達與每個類群獨特的貝殼樣式相關,腹部表達則在特定發育階段呈現保守的共線性模式。這些結果一方面澄清了關于軟體動物Hox基因共線性表達的爭論,另一方面解釋了爲何在不同類群軟體動物中總能觀察到不同的Hox表達模式。基于對這個深層次的規律的新認知,研究團隊提出了關于軟體動物演化機制的新假說,即Hox基因背腹分離的表達模式,推動了貝殼和足的多樣化,進而支持了軟體動物身體模式的多樣化。並且,該假說可以進一步擴展到更大的動物分類階元,可能是一個基本的身體模式演化機制,爲理解動物多樣化事件(如寒武紀大爆發等)提供了重要參考。

  副研究員郇聘和硕士研究生王倩为文章共同第一作者,研究员刘保忠为通讯作者。研究得到国家重点研发计划项目、青岛海洋科学与技术试点國家實驗室项目等联合资助。

  論文链接

笠貝和石鼈Hox表達模式

軟體動物身體多樣性演化機制假說

打印 責任編輯:葉瑞優

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