分段時鐘基因配對促進發育模式形成

2020-12-27 科學網

分段時鐘基因配對促進發育模式形成

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/12/25 14:47:42

美國辛辛那提大學Erturul M. zbudak課題組近日取得一項新成果。經過不懈努力，他們發現了分段時鐘基因配對誘導發育模式的形成。 該研究於2020年12月23日在線發表於國際學術期刊《自然》雜誌。

使用兩個關聯的斑馬魚分段時鐘基因her1和her7，並結合單細胞轉錄計數、基因工程、實時成像和計算建模，研究人員發現基因配對可促進相關轉錄並可有效促進發育模式的形成。該結果表明，阻礙基因配對會破壞振蕩和分段基因，而her1和her7的關聯對於斑馬魚胚胎體軸的發育至關重要。研究人員預測基因配對在其他生物中可能同樣具有優勢，並且研究表明基因配對可能有利於在胚胎和類器官中建立精確的合成時鐘。

據悉，基因表達是一個內在隨機過程;然而，有機體的發育和體內平衡需要細胞協調大量基因的時空表達。在後生動物中，成對表達的基因對通常位於同一染色體附近，其中基因對佔所有基因的10％至50％，具體比例取決於物種。雖然共享的上遊調節因子可以確保相關基因的表達，但是仍然未知維持相鄰基因對選擇性的優勢。

附：英文原文

Title: Pairing of segmentation clock genes drives robust pattern formation

Author: Oriana Q. H. Zinani, Kemal Keserolu, Ahmet Ay, Erturul M. zbudak

Issue&Volume: 2020-12-23

Abstract: Gene expression is an inherently stochastic process1,2; however, organismal development and homeostasis require cells to coordinate the spatiotemporal expression of large sets of genes. In metazoans, pairs of co-expressed genes often reside in the same chromosomal neighbourhood, with gene pairs representing 10 to 50% of all genes, depending on the species3,4,5,6. Because shared upstream regulators can ensure correlated gene expression, the selective advantage of maintaining adjacent gene pairs remains unknown6. Here, using two linked zebrafish segmentation clock genes, her1 and her7, and combining single-cell transcript counting, genetic engineering, real-time imaging and computational modelling, we show that gene pairing boosts correlated transcription and provides phenotypic robustness for the formation of developmental patterns. Our results demonstrate that the prevention of gene pairing disrupts oscillations and segmentation, and the linkage of her1 and her7 is essential for the development of the body axis in zebrafish embryos. We predict that gene pairing may be similarly advantageous in other organisms, and our findings could lead to the engineering of precise synthetic clocks in embryos and organoids.

DOI: 10.1038/s41586-020-03055-0

Source: https://www.nature.com/articles/s41586-020-03055-0

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