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科研动态
科研进展
PNAS刊发海洋试点国家实验室软体动物发育演化研究新进展
来源:海洋生物学与生物技术功能实验室     通讯员:郇聘     2019-12-27 21:39:26
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近日,美国科学院院刊PNAS在线刊发了题为“Dorsoventral decoupling of Hox gene expression underpins the diversification of molluscs”(背腹分离的Hox表达为软体动物的多样性提供了基础)的长篇研究论文,本项研究由海洋试点国家实验室海洋生物学与生物技术功能实验室刘保忠课题组完成。该研究基于Hox基因在软体动物早期发育中的表达模式,提出了软体动物身体模式发育演化新机制,为理解动物的演化机制提供了新的视角。



软体动物是除节肢动物外的第二大动物门类,也是种类最多的海洋动物类群。软体动物的一大特点是其身体模式(body plan)存在极大的多样性,常见类群如双壳类(牡蛎、扇贝、各种蛤等)、腹足类(海螺、笠贝、海兔等)、头足类(章鱼、乌贼、鹦鹉螺等)身体模式差异极大;其余较小的类群如掘足纲(角贝)、多板纲(石鳖)、无板纲、单板纲等也各有自身独特的身体结构模式。软体动物如何发育演化出如此多样的身体模式,是一个重要的演化生物学问题。

Hox基因是动物发育的关键基因,其沿身体前后轴表达(共线性),在多数动物中表达模式十分相似。然而,软体动物Hox基因的表达模式非常多样化,其中原因尚不清楚。本论文针对两种演化关系较远的软体动物(笠贝和石鳖)的Hox基因开展了系统研究。通过对大量发育时期表达数据的对比研究和系统总结,发现这两种动物Hox表达模式看似差异极大,实则隐含了重要的共有规律:两种动物Hox基因的表达均可分为两部分,分别与背部的贝壳和腹部的足相关联。背部表达与每个类群独特的贝壳样式相关,腹部表达则在特定发育阶段呈现保守的共线性模式。这些结果一方面澄清了关于软体动物Hox基因共线性表达的争论,另一方面解释了为何在不同类群软体动物中总能观察到不同的Hox表达模式。基于对这个深层次的规律的新认知,研究团队提出了关于软体动物演化机制的新假说,即Hox基因背腹分离的表达模式,推动了贝壳和足的多样化,进而支持了软体动物身体模式的多样化。并且,该假说可以进一步扩展到更大的动物分类阶元,为理解动物多样化事件(如寒武纪大爆发等)提供了重要参考。


笠贝和石鳖Hox表达模式


软体动物身体多样性演化机制假说


本论文四位作者均来自刘保忠课题组。其中郇聘副研究员和硕士生王倩为共同第一作者,刘保忠研究员为通讯作者。本项研究得到了国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”重点专项“贝类生长与品质性状的分子基础和调控机理研究(2018YFD0900104)”、青岛海洋科学与技术试点国家实验室山东省重大科技创新工程专项“海洋动物繁殖发育与遗传调控(2018SDKJ0302-1)”等的联合资助。


论文链接:https://www.pnas.org/content/early/2019/12/20/1907328117.



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