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研究发现脊椎动物颅感觉神经节的遗传起源

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热度13票 浏览11次 时间:2022年6月19日 09:40
研究发现脊椎动物颅感觉神经节的遗传起源

研究发现脊椎动物颅感觉神经节的遗传起源

研究发现脊椎动物颅感觉神经节的遗传起源

(化石网报道)据cnBeta:来自因斯布鲁克大学的研究人员已经确定了我们感官的遗传起源。研究结果显示,脊椎动物的颅感觉神经节产生于与其最接近的活体亲属--被囊动物共享的一个基因程序。

当动物生命开始出现时,无脊椎动物起初在水域中占主导地位。尽管它们已经有了头部特征,但脊椎动物最终还是成功了,因为它们进化出了一个新的、优越的头部。这个 “新头”使感觉细胞在空间上广泛地分散和繁殖,导致对周围环境的感知大大改善。这对于掠夺性生活方式的进化也是至关重要的。

颅感觉神经节是向脊椎动物大脑传递外部感觉的关键。你可以把它们想象成遍布大脑的神经节,收集来自感觉器官的信息。直到现在,科学家们还不知道这些神经节产生的确切过程。这些问题终于被2022年5月18日发表在《自然》杂志上的一项研究所解决。

脊椎动物的原型

来自因斯布鲁克大学动物学研究所的Ute Rothbächer的研究小组果断地参与了该项目的最后阶段,这是一个由牛津大学构思的多个机构的国际合作。他们的研究结果表明,脊椎动物的颅感觉神经节是由一个遗传程序产生的,这个程序也存在于它们最接近的活体亲属--被囊动物中。在被囊动物幼虫中,某些感觉神经元,称为双极尾神经元,位于尾部区域。这些神经元处理外部刺激,但也负责动物的运动。在这两个动物亚型中,各自的结构都是由基因Hmx形成的。

“被囊动物就像脊椎动物的进化原型,”Rothbächer解释说。“这些亚型的成虫之间存在着巨大的解剖学差距,因为他们适应生态环境。这使得对它们进化的研究变得复杂。共同的结构和机制只能在胚胎阶段被识别出来--我们的共同祖先可能与被囊动物的幼虫非常相似。”

该研究的模型生物是七鳃鳗,一种类似于鳗鱼的原始鱼类,通常被称为 “活化石”;以及玻璃海鞘,它被一个淡黄色的管状套囊所包围,保护动物并过滤食物。

保守的基因

Rothbächer研究小组的博士生Alessandro Pennati提供了关于玻璃海鞘中Hmx基因功能的决定性数据。他应用基因技术CRISPR-Cas9来选择性地敲除基因序列,同时使用瞬时转基因的方法来过度表达基因。

研究人员发现,Hmx在被囊动物中控制双极尾部神经元的发育,而在脊椎动物中,它对颅感觉神经节的发育有控制作用。令人惊讶的是,插入被囊动物 DNA的七鳃鳗Hmx基因片段与玻璃海鞘自身的Hmx有类似的活性。

“Hmx已被证明是一个在整个进化过程中一直保守的中心基因。它保留了其原有的功能和结构,并可能以这种形式存在于脊椎动物和隧道动物的共同祖先中,”Pennati解释说。因此,颅感觉神经节和双极尾部神经元具有相同的进化起源,Hmx可能关键性地参与了脊椎动物中高度专业化的头部感觉器官的形成。
TAG: 脊椎动物
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