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無脊椎動物如何向脊椎動物進(jìn)化？脊椎動物智慧的源頭——端腦又是怎樣形成的？中外科學(xué)家新近研究成果可能為進(jìn)一步還原此過程提供重要分子證據(jù)。
中國和美國等國科研人員的相關(guān)研究成果11日在美國《自然》雜志發(fā)表。據(jù)論文共同通訊作者、昆明理工大學(xué)靈長類轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院研究員陳凱介紹，解析細(xì)胞命運(yùn)決定過程的轉(zhuǎn)錄動態(tài)是發(fā)育生物學(xué)的核心問題之一，包括海鞘在內(nèi)的鑲嵌發(fā)育動物因胚胎發(fā)育個(gè)體差異小、細(xì)胞譜系清楚，非常適合研究細(xì)胞命運(yùn)決定過程中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。
“海鞘作為從無脊椎向脊椎過渡的進(jìn)化節(jié)點(diǎn)動物，對了解脊椎動物新細(xì)胞類型的進(jìn)化有著重要研究意義?！标悇P介紹，端腦是公認(rèn)的脊椎動物的主要進(jìn)化創(chuàng)新，也是智慧的來源，為之后高等脊椎動物大腦皮層的進(jìn)化提供基礎(chǔ)?！昂Ｇ蕸]有端腦，但已經(jīng)具有端腦的一個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)——前腦，研究從沒有端腦的海鞘如何進(jìn)化到有端腦的脊椎動物，這個(gè)過程十分重要?！标悇P說。
研究團(tuán)隊(duì)以玻璃海鞘為模型，繪制首個(gè)涵蓋從三胚層分化到孵化全過程的脊索動物胚胎發(fā)育單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜，并成功構(gòu)建包括神經(jīng)系統(tǒng)在內(nèi)全部組織類型的細(xì)胞分化譜系。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)探索了細(xì)胞命運(yùn)決定過程中的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對脊索和神經(jīng)系統(tǒng)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行細(xì)致分析，揭示出脊索在整個(gè)脊索動物門進(jìn)化過程的中間態(tài)，并提出脊椎動物特有的端腦可能的新進(jìn)化機(jī)制。
目前被廣泛接受的假說是原始前腦分區(qū)形成間腦和端腦。通過對構(gòu)建的玻璃海鞘所有前腦和相關(guān)細(xì)胞譜系的調(diào)控基因分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)主要的端腦發(fā)育轉(zhuǎn)錄因子在玻璃海鞘都有表達(dá)，但分別位于兩個(gè)結(jié)構(gòu)上完全不同的區(qū)域?；谶@些結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)提出，端腦有可能是前腦在神經(jīng)管閉合過程中進(jìn)一步往末端延伸，將神經(jīng)基板的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)整合形成。為此，研究人員將海鞘的報(bào)告基因注射到非洲鳉魚受精卵中，發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)基板里特異表達(dá)的熒光蛋白，在鳉魚幼蟲的端腦最末端也有表達(dá)。這一發(fā)現(xiàn)和提出的前腦和神經(jīng)基板基因網(wǎng)絡(luò)整合的假說相一致，為脊椎動物端腦的起源和進(jìn)化提供重要分子證據(jù)。(記者白靖利)
