|
|
|
| 中國海洋大學(xué)在進(jìn)化節(jié)點(diǎn)海洋模式動(dòng)物創(chuàng)建和早期胚胎發(fā)育調(diào)控機(jī)制研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展 |
| http://www.netislanduk.com 2024年3月20日 來源：華禹教育網(wǎng) |
|
3月16日，中國海洋大學(xué)方宗熙海洋生物進(jìn)化與發(fā)育研究中心董波教授團(tuán)隊(duì)在Nature Communications（《自然·通訊》）發(fā)表研究論文Temporospatial
hierarchy and allele-specific expression of zygotic
genome activation revealed by distant interspecific
urochordate hybrids（利用遠(yuǎn)緣雜交海鞘體系揭示合子基因組激活的時(shí)空動(dòng)態(tài)及等位基因偏好性表達(dá)特征和機(jī)制）�？蒲袌F(tuán)隊(duì)巧妙構(gòu)建了遠(yuǎn)緣雜交海鞘體系，通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)揭示了重要進(jìn)化節(jié)點(diǎn)尾索動(dòng)物海鞘合子基因組激活表達(dá)的時(shí)空動(dòng)態(tài)模式，提出了合子基因組激活與細(xì)胞命運(yùn)及機(jī)械性能緊密關(guān)聯(lián)的新觀點(diǎn)。
早期胚胎發(fā)育依賴于卵子來源的RNA和蛋白，而合子基因組保持沉默無轉(zhuǎn)錄發(fā)生。在受精卵分裂到一定時(shí)期后，合子自身的基因才開始表達(dá)，這個(gè)過程被稱為合子基因組激活（zygotic genome activation,簡(jiǎn)稱ZGA）。合子基因組激活是動(dòng)物早期胚胎發(fā)育的重要事件，也是發(fā)育生物學(xué)的研究熱點(diǎn)。近年來，利用模式動(dòng)物開展了一系列關(guān)于合子基因組激活過程及調(diào)控機(jī)制的研究并提出了多個(gè)不同的調(diào)控模型。然而，目前為止，模式動(dòng)物中揭示的合子基因組激活的不同模型仍然無法統(tǒng)一。迫切需要了解更多物種特別是重要進(jìn)化節(jié)點(diǎn)生物的ZGA特征。但由于母源與合子基因難以區(qū)分，限制了ZGA在非模式動(dòng)物，尤其是關(guān)鍵進(jìn)化節(jié)點(diǎn)動(dòng)物的研究，這一模式技術(shù)屏障亟需破解。
海鞘屬于脊索動(dòng)物門尾索動(dòng)物亞門，是與脊椎動(dòng)物親緣關(guān)系最近的一支。作者研究發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)已經(jīng)分化上億年的物種（玻璃海鞘和薩氏海鞘），可以通過人工授精進(jìn)行種間雜交并獲得可以發(fā)育的雜交胚胎。而雜交胚胎父母本基因序列差異巨大，恰好可以作為天然遺傳標(biāo)簽進(jìn)行父母本基因的區(qū)分，為研究合子基因組激活表達(dá)提供了一個(gè)獨(dú)具特色的理想研究系統(tǒng)。
圖1.海鞘雜交系統(tǒng)構(gòu)建及早期胚胎發(fā)育
科研團(tuán)隊(duì)分別構(gòu)建了正交（玻璃海鞘為母本，薩氏海鞘為父本）和反交（薩氏海鞘為母本，玻璃海鞘為父本）雜交胚胎體系，通過轉(zhuǎn)錄組和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，在時(shí)間尺度上，海鞘ZGA最早發(fā)生在8細(xì)胞期，之后經(jīng)歷初級(jí)(minorZGA)和主要激活(majorZGA)兩個(gè)階段。在空間尺度上，不同細(xì)胞類型具有明顯差異的父本基因占比，內(nèi)胚層細(xì)胞和脊索細(xì)胞在64細(xì)胞期和112細(xì)胞期均明顯高于其他細(xì)胞類型，暗示其更早地啟動(dòng)了合子管家基因的激活。作者通過原位雜交實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一發(fā)現(xiàn)。數(shù)據(jù)比較顯示，這種細(xì)胞命運(yùn)差異的ZGA啟動(dòng)模式既不遵循傳統(tǒng)的母源時(shí)鐘模型也不適用于核質(zhì)比模型。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，海鞘合子基因的空間表達(dá)與胚胎早期發(fā)育的不同細(xì)胞譜系的細(xì)胞機(jī)械剛性呈現(xiàn)緊密相關(guān)性。這一猜想得到了胚胎早期發(fā)育的細(xì)胞譜系抑制實(shí)驗(yàn)以及動(dòng)物活體的細(xì)胞剛性機(jī)械力測(cè)量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。由此，作者提出了ZGA與細(xì)胞命運(yùn)及機(jī)械性能緊密關(guān)聯(lián)的新觀點(diǎn)。
圖2.海鞘合子基因組激活的時(shí)空表達(dá)模式
二倍體（或多倍體）生物等位基因具有等位基因特異性表達(dá)（allele-specific expression，簡(jiǎn)稱ASE）現(xiàn)象，對(duì)胚胎發(fā)育和性狀功能有顯著影響。研究成果利用雜交海鞘對(duì)父母本基因區(qū)分的優(yōu)勢(shì)，對(duì)ZGA過程中的ASE開展了研究發(fā)現(xiàn)，海鞘中的ASE表達(dá)更加傾向于物種偏向（即正反交體系中均是來自玻璃海鞘或薩氏海鞘一方的基因表達(dá)更高），而非父母本傾向（即正反交體系中均是來自母本或者父本一方的基因表達(dá)更高）。這一結(jié)論揭示DNA層面的遺傳因素可能更廣泛地影響了雜交海鞘中等位基因的表達(dá)不平衡。進(jìn)一步分析和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，順式調(diào)控元件差異是造成ASE偏向表達(dá)的重要調(diào)控機(jī)制。
本研究成果為深入認(rèn)識(shí)動(dòng)物合子基因組激活的調(diào)控機(jī)制及演化歷程提供了重要科學(xué)參考，也為非經(jīng)典模式生物開展進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)研究提供了新的思路和新的視角，受到國際同行給予的高度評(píng)價(jià)，并被收錄到Nature集團(tuán)出版的Developmental insights from non-traditional model organisms專輯,彰顯了學(xué)校在海洋動(dòng)物進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的國際學(xué)術(shù)影響力。
圖3.獨(dú)特雜交海鞘系統(tǒng)揭示脊索動(dòng)物合子基因組激活時(shí)空動(dòng)態(tài)新模式
研究成果得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)、嶗山實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金和山東省泰山學(xué)者等項(xiàng)目資助。中國海洋大學(xué)方宗熙海洋生物進(jìn)化與發(fā)育研究中心董波教授、昆明理工大學(xué)陳凱教授、成都中醫(yī)藥大學(xué)冷梁教授為論文的共同通訊作者，中國海洋大學(xué)方宗熙中心隗健凱副教授、博士生張薇、碩士生江安、博士生彭鴻哲，昆明理工大學(xué)博士生張全勇為論文共同第一作者，中國海洋大學(xué)方宗熙海洋生物進(jìn)化與發(fā)育研究中心王師教授團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院王雷教授團(tuán)隊(duì)參與了本項(xiàng)研究工作。
通訊員：隗建凱
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46780-0
|
 關(guān)于中國海洋大學(xué)更多的相關(guān)文章請(qǐng)點(diǎn)擊查看 |
|
| 特別說明：由于各方面情況的不斷調(diào)整與變化，華禹教育網(wǎng)（www.netislanduk.com）所提供的信息為非商業(yè)性的教育和科研之目的，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性，僅供參考，相關(guān)信息敬請(qǐng)以權(quán)威部門公布的正式信息為準(zhǔn)。 |
|
|
|
| |