研究發(fā)現(xiàn)脊椎動物顱感覺神經(jīng)節(jié)的遺傳起源 _脊椎動物

研究發(fā)現(xiàn)脊椎動物顱感覺神經(jīng)節(jié)的遺傳起源
（）據(jù)cnBeta：來自因斯布魯克大學(xué)的研究人員已經(jīng)確定了我們感官的遺傳起源。研究結(jié)果顯示，脊椎動物的顱感覺神經(jīng)節(jié)產(chǎn)生于與其最接近的活體親屬--被囊動物共享的一個基因程序。
當(dāng)動物生命開始出現(xiàn)時，無脊椎動物起初在水域中占主導(dǎo)地位。盡管它們已經(jīng)有了頭部特征，但脊椎動物最終還是成功了，因為它們進(jìn)化出了一個新的、優(yōu)越的頭部。這個 “新頭”使感覺細(xì)胞在空間上廣泛地分散和繁殖，導(dǎo)致對周圍環(huán)境的感知大大改善。這對于掠奪性生活方式的進(jìn)化也是至關(guān)重要的。
顱感覺神經(jīng)節(jié)是向脊椎動物大腦傳遞外部感覺的關(guān)鍵。你可以把它們想象成遍布大腦的神經(jīng)節(jié)，收集來自感覺器官的信息。直到現(xiàn)在，科學(xué)家們還不知道這些神經(jīng)節(jié)產(chǎn)生的確切過程。這些問題終于被2022年5月18日發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究所解決。
脊椎動物的原型
來自因斯布魯克大學(xué)動物學(xué)研究所的Ute Rothbächer的研究小組果斷地參與了該項目的最后階段，這是一個由牛津大學(xué)構(gòu)思的多個機構(gòu)的國際合作。他們的研究結(jié)果表明，脊椎動物的顱感覺神經(jīng)節(jié)是由一個遺傳程序產(chǎn)生的，這個程序也存在于它們最接近的活體親屬--被囊動物中。在被囊動物幼蟲中，某些感覺神經(jīng)元，稱為雙極尾神經(jīng)元，位于尾部區(qū)域。這些神經(jīng)元處理外部刺激，但也負(fù)責(zé)動物的運動。在這兩個動物亞型中，各自的結(jié)構(gòu)都是由基因Hmx形成的。
“被囊動物就像脊椎動物的進(jìn)化原型，”Rothbächer解釋說。“這些亞型的成蟲之間存在著巨大的解剖學(xué)差距，因為他們適應(yīng)生態(tài)環(huán)境。這使得對它們進(jìn)化的研究變得復(fù)雜。共同的結(jié)構(gòu)和機制只能在胚胎階段被識別出來--我們的共同祖先可能與被囊動物的幼蟲非常相似。”
該研究的模型生物是七鰓鰻，一種類似于鰻魚的原始魚類，通常被稱為 “活化石”；以及玻璃海鞘，它被一個淡黃色的管狀套囊所包圍，保護(hù)動物并過濾食物。
保守的基因
Rothbächer研究小組的博士生Alessandro Pennati提供了關(guān)于玻璃海鞘中Hmx基因功能的決定性數(shù)據(jù) 。他應(yīng)用基因技術(shù)CRISPR-Cas9來選擇性地敲除基因序列，同時使用瞬時轉(zhuǎn)基因的方法來過度表達(dá)基因。
研究人員發(fā)現(xiàn)，Hmx在被囊動物中控制雙極尾部神經(jīng)元的發(fā)育，而在脊椎動物中，它對顱感覺神經(jīng)節(jié)的發(fā)育有控制作用。令人驚訝的是，插入被囊動物 DNA的七鰓鰻Hmx基因片段與玻璃海鞘自身的Hmx有類似的活性。
“Hmx已被證明是一個在整個進(jìn)化過程中一直保守的中心基因。它保留了其原有的功能和結(jié)構(gòu)，并可能以這種形式存在于脊椎動物和隧道動物的共同祖先中，”Pennati解釋說。因此，顱感覺神經(jīng)節(jié)和雙極尾部神經(jīng)元具有相同的進(jìn)化起源，Hmx可能關(guān)鍵性地參與了脊椎動物中高度專業(yè)化的頭部感覺器官的形成。

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