動物的再生能力一直是一個令人著迷且非常複雜的生物學過程。許多動物的再生能力特別是高等動物受到極大地限制。
然而，有趣的是，在自然界中存在一些動物依然保留強大的再生能力，例如某些脊椎動物，比如斑馬魚、蠑螈、壁虎等，可以治癒創傷、再生丟失的器官或者附肢（心臟、尾巴、晶狀體）。某些無脊椎動物，比如渦蟲，甚至擁有更強的再生能力，可以從少量組織和細胞再生整個生命體，因此被廣泛用於幹細胞生物學和再生醫學研究。
另一類無脊椎動物，比如蚯蚓，不僅是土壤生態系統中的重要成員，而且具備比渦蟲更為複雜的表型結構，其中樞神經系統大腦初步具備記憶雛形，更重要的是，它擁有極強的前/後部體節再生能力。達爾文在《腐殖土的形成和蚯蚓的作用》一書中寫到：「我們很難找到其他的生靈像它們一樣，雖看似卑微，卻在世界歷史的進程中起到了如此重要的作用」。
然而到目前為止，蚯蚓再生的分子細胞學機制還不是很清楚。
中國科學院昆明動物研究所研究員吳東東課題組利用長讀段PacBio平臺+Hi-C輔助組裝等策略測序並拼裝了準染色體水平的高質量安德愛勝蚓基因組（Scaffold N50≈111Mb），並通過不同再生時期bulk轉錄組和單細胞轉錄組整合揭示蚯蚓再生的分子細胞學機制。
研究發現，蚯蚓基因組中重複序列LINE2轉座元件可能在蚯蚓再生中扮演重要調控角色，例如LINE2元件顯著高比例地插入到蚯蚓早期再生相關的差異基因locus；同時某些差異表達的LINE2元件（位於蛋白編碼基因側翼5Kb區域）和它們的鄰近基因擁有極為相似的表達模式。在高度再生物種，比如渦蟲的再生過程中，EGR1是一個核心調控者，而在本研究中，他們發現EGR1不僅在蚯蚓再生過程中發生差異高表達，而且其側翼的LINE2元件也發生顯著差異表達上調，因此，他們推測這些顯著差異表達的LINE2元件可能通過調控鄰近基因的表達來參與蚯蚓再生過程。
另一方面，他們在蚯蚓基因組中發現大量基因複製事件，例如大量潛在擴張的基因家族，這些擴張的基因家族主要富集在發育生物學通路，而發育和再生在某些通路可能往往是共通的。進一步，該團隊發現某些顯著擴張的基因家族，例如EGFR，可能通過增加其拷貝數劑量效應來調控蚯蚓再生過程（註：12個EGFR家族成員的8個成員在蚯蚓再生早期發生顯著差異表達）。
在轉錄激活水平，他們發現一些應激早期基因在蚯蚓和渦蟲早期再生中共同激活，暗示蚯蚓和渦蟲在早期再生應激反應中可能具有共享的作用機制，進一步發現4個與早期再生顯著相關的共表達網絡模塊和系列hub轉錄調控因子，富集分析顯示它們可能參與再生早期細胞的增殖和分化。
同時，蚯蚓再生早期的單細胞轉錄組解析暗示蚯蚓再生早期72h後損傷癒合部位細胞的高比例組分是幹細胞，暗示多能幹細胞在蚯蚓再生早期過程中具有重要作用。該團隊的研究提供了一些蚯蚓再生的候選分子細胞學機制，提出蚯蚓能夠作為研究再生生物學或者再生醫學的一個新的模型。
該研究近日發表在《自然—通訊》雜誌上。
相關論文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-020-16454-8
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