Current Biology:脊索動物變態發育的同源性

2021-01-09 生物谷

大多數的進化生物學家願意關注物種間同源的基因、結構以及過程是如何出現或者這些性狀如何出現分歧的。但是對於一些形態學特徵以及發育的過程來說,「同源」的定義是有問題的。脊索動物中的變態發育就是一個典型的例子。

最近,一個由來自法國、波蘭、斯洛伐克和美國科學家組成的跨國研究組對文昌魚的變態發育進行了研究。在脊索動物的胚胎後發育過程中,不同的譜系中從幼體到成體存在廣泛的變態發育,這種現象提示我們,這種形態學上的多樣性有可能是通過獨立發生的過程而產生的。在脊椎動物中,變態發育是由甲狀腺激素(THs)和甲狀腺激素受體(TRs)的結合而引發的。科學家通過研究發現,甲狀腺激素的衍生物,一種叫做TRIAC的物質,在頭索動物文昌魚中誘導了變態。文昌魚的甲狀腺素受體由於與TRIAC緊密結合,從而介導了自然發生的和由TRIAC誘導的變態過程。而NH3作為甲狀腺素的拮抗劑,阻止了自然發生的和由TRIAC誘導的變態過程。文昌魚的甲狀腺素受體的表達水平也隨著甲狀腺素的增加而增加。因此,由甲狀腺素誘導的變態過程受到了甲狀腺素受體的調節,這種變態過程是所有脊索動物的祖先特徵,這種調節網絡的保守性也支持變態在脊索動物譜系中是具有同源性的。相關論文發表在《當代生物學》(Current Biology)上。(生物谷Bioon.com)

生物谷推薦原始出處:

Current Biology,Volume 18, Issue 11, 3 June 2008, Pages 825-830,Mathilde Paris,Vincent Laudet

Amphioxus Postembryonic Development Reveals the Homology of Chordate Metamorphosis

Mathilde Paris1, Hector Escriva2, Michael Schubert1, Frédéric Brunet1, Julius Brtko3, Fabrice Ciesielski4, Dominique Roecklin4, Valérie Vivat-Hannah4, Emilien L. Jamin5, Jean-Pierre Cravedi5, Thomas S. Scanlan6, Jean-Paul Renaud4, Nicholas D. Holland7 and Vincent Laudet1, ,

1Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon, Université de Lyon, CNRS, INRA, UCB Lyon 1, IFR128 Lyon Biosciences, Ecole Normale Supérieure de Lyon, 69364 Lyon Cedex 07, France

2Laboratoire Arago, UMR-7628, CNRS, University Pierre and Marie Curie, 66651 Banyuls sur Mer, France

3Institute of Experimental Endocrinology, Slovak Academy of Sciences, 833 06 Bratislava, Slovak Republic

4AliX, Boulevard Sébastien Brant, Parc d'Innovation, 67400 Illkirch, France

5INRA, UMR-1089 Xenobiotiques, 31931 Toulouse Cedex 9, France

6Department of Physiology and Pharmacology, Oregon Health and Science University, 3181 SW Sam Jackson Park Road, Portland, Oregon 97239

7Marine Biology Research Division, Scripps Institution of Oceanography, University of California, San Diego, La Jolla, California 92093-0202


Received 29 October 2007; 

revised 17 April 2008; 

accepted 25 April 2008. 

Published online: May 29, 2008. 

Available online 2 June 2008.

Summary

Most studies in evolution are centered on how homologous genes, structures, and/or processes appeared and diverged. Although historical homology is well defined as a concept, in practice its establishment can be problematic, especially for some morphological traits or developmental processes. Metamorphosis in chordates is such an enigmatic character. Defined as a spectacular postembryonic larva-to-adult transition, it shows a wide morphological diversity between the different chordate lineages, suggesting that it might have appeared several times independently. In vertebrates, metamorphosis is triggered by binding of the thyroid hormones (THs) T4 and T3 to thyroid-hormone receptors (TRs). Here we show that a TH derivative, triiodothyroacetic acid (TRIAC), induces metamorphosis in the cephalochordate amphioxus. The amphioxus TR (amphiTR) mediates spontaneous and TRIAC-induced metamorphosis because it strongly binds to TRIAC, and a specific TR antagonist, NH3, inhibits both spontaneous and TRIAC-induced metamorphosis. Moreover, as in amphibians, amphiTR expression levels increase around metamorphosis and are enhanced by THs. Therefore, TH-regulated metamorphosis, mediated by TR, is an ancestral feature of all chordates. This conservation of a regulatory network supports the homology of metamorphosis in the chordate lineage.

相關焦點

  • 脊索動物變態發育的同源性
  • 微課詳解初中生物昆蟲的不完全變態發育和完全變態發育
    為方便廣大同學的學習,本微課詳解初中生物昆蟲的不完全變態發育和完全變態發育等
  • Current biology:為什麼總睡不夠?可能是基因問題
    在最近一項發表在current biology上的研究中,研究人員在果蠅體內發現一個叫作Taranis的基因對於正常睡眠非常必要。 研究人員首先對許多果蠅突變系進行了篩選,發現一個叫作Taranis的基因發生突變會導致果蠅睡眠時間大大減少。
  • 我國科學家首次繪製脊索動物完整單細胞轉錄譜系
    解析細胞命運決定過程的轉錄動態是發育生物學的核心問題之一,對了解發育基本規律以及幹細胞分化的轉化起到關鍵性的作用。近年來,隨著單細胞基因組學的興起,解決了細胞種類的多樣性和發育過程的不確定性帶來的難題,使得理解胚胎發育細胞譜系變成可能,為研究細胞命運決定提供了技術基礎。
  • 神奇的變態發育:蝴蝶會不會是毛毛蟲體內的寄生蟲?
    而這也就是完全變態發育的全過程。 然而,你有沒有想過昆蟲的變態究竟是從何而來的?這樣的進化策略對人類又有何啟發呢? 說出來你可能不信,昆蟲界的變態現象一直充滿著各種謎團。 早在古埃及時代,人們就知道蠕蟲和蛆會長大為成蟲。
  • Current Biology: 凋亡細胞促進腫瘤生長
    研究人員認為,巨噬細胞對細胞凋亡的響應,是正常組織發育和修復過程中,保持一定穩態所必需的一種機制。而這種正常的機體反應可能被腫瘤細胞「劫持」了,用來促進腫瘤的生長。 《Current Biology》同一期的一篇評論認為,這個新發現的凋亡細胞功能,此前被嚴重低估了。曾經普遍認為,凋亡抑制是腫瘤細胞的一個明顯特性。
  • 何倩毓志在破解昆蟲變態發育之謎
    在科研上,何倩毓主要從事圍繞保幼激素對昆蟲變態發育調控機理的研究,曾主持多項國家級及省部級科研項目,相關研究工作及成果得到國內外同行專家的關注。在教學上,她為本科生講授生物統計學、為研究生講授分子遺傳學技術課程。2018年,何倩毓入選黑龍江省青年創新人才培養計劃。 萬事開頭難。回想起自己剛來到學校開展科研時,何倩毓坦言那時吃了不少苦,但是也收穫了很多。
  • 蟲大十八變:毛毛蟲的變態發育是怎麼做到的?
    這種變化的過程,科學家們稱為變態發育。不過,同樣都是昆蟲,為什麼毛毛蟲能變成蝴蝶,完成蟲大十八變,而蟑螂、蝗蟲就不行呢?變態發育的蝴蝶(圖片來自:theartofhealingart)這與一種叫作「成蟲盤」的細胞群有關。
  • 研究人員揭示耗竭CD8T細胞的發育生物學
    John Wherry課題組通過四個耗竭CD8 + T細胞亞群的發育關係,揭示了潛在的轉錄和表觀遺傳調控機制。2020年5月11日,《免疫》在線發表了這一成果。 研究人員為耗竭CD8 + T細胞(Tex)定義了一個四細胞發育框架。
  • 科學家揭示昆蟲變態發育潛在分子機制—新聞—科學網
    華南師範大學生命科學學院、昆蟲科學與技術研究所教授李勝團隊揭示昆蟲變態發育潛在分子機制,相關研究4月11日在線發表於美國《國家科學院院刊》。
  • Current Biology|蚜蟲與植物的戰爭:蚜蟲分泌的唾液蛋白酶激活韌皮部植物防禦
    [1] https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)31351-8#%20
  • 海星的變態發育生物界獨樹一幟,陪伴無數兒童的派大星並沒有童年
    其實,說高級,還得從胚胎發育最初來說起。一般的無脊椎動物,胚胎開始發育的時候像一個空心籃球,表面一端會內凹成一個孔,內側的細胞發育成消化細胞,外側的細胞發育成皮膚,而這個孔的口子發育成後來的嘴,那這就是原口動物,也就是無脊椎動物了,但是棘皮動物的嘴和菊花長反了,它們的這個口子發育成了菊花,而在胚胎另一端發育成嘴,聽著是不是匪夷所思而且不理解為什麼這樣長
  • 生物知識擴展篇——完全變態與不完全變態
    對於昆蟲而言,變態發育比較特殊,而變態發育分為完全變態發育和不完全變態發育兩種。首先先來介紹完完全變態發育的概念:昆蟲發育過程中要經歷卵、幼蟲、蛹、成蟲四個時期,幼蟲的形態結構和生理功能與成蟲的顯著不同。在完全變態發育過程中,不一定所有都是受精卵,比如蜜蜂,蜂王產下的卵,分受精和未受精的,未受精的也可以變態發育成雄蜂。
  • MorphoSeq揭秘脊索動物單個胚胎空間組織
    MorphoSeq揭秘脊索動物單個胚胎空間組織 作者:小柯機器人 發布時間:2020/4/22 15:14:34 德國歐洲分子生物學實驗室Pierre A.
  • 「青年英才耀龍江」何倩毓:志在破解昆蟲變態發育之謎
    在科研上,何倩毓主要從事圍繞保幼激素對昆蟲變態發育調控機理的研究,曾主持多項國家級及省部級科研項目,相關研究工作及成果得到國內外同行專家的關注。在教學上,她為本科生講授生物統計學、為研究生講授分子遺傳學技術課程。2018年,何倩毓入選黑龍江省青年創新人才培養計劃。萬事開頭難。回想起自己剛來到學校開展科研時,何倩毓坦言那時吃了不少苦,但是也收穫了很多。
  • 日本研究機構稱太空環境不影響昆蟲變態發育—新聞—科學網
    新華網東京4月16日電(記者藍建中)日本農業生物資源研究所15日發表一份公報說,該所主持的一項實驗顯示,在國際空間站,搖蚊也是從幼蟲經過蛹再變態發育為成蟲的
  • Current Opinion in Structural Biology:從蛋白質序列到功能的預測
    在以前,已有的預測方法都是基於序列的同源性,進化關係和在基因組的位置來預測序列對應的模板及其功能。而對於三維結構信息,在這些預測中使用的很少。然而這種情況正在改變。得益於日漸成熟強大的同源建模技術,很多未知的蛋白質結構可以得到高可信度的預測。基於模板功能預測的更新,就是建立在這樣的同源建模上。
  • Current Biology|植物器官塑形的生物力學機制
    不同的器官形狀如何產生是一個基本的發育生物學問題。多年來的分子遺傳學研究發現了眾多能夠影響植物器官形態的基因,但是這些基因怎樣介導器官三維形態的變化(又稱塑形)尚有待解析。中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室焦雨鈴研究組長期致力於植物器官塑形的研究。
  • 胚珠器官同源性問題找到突破口—新聞—科學網
    ■本報記者 沈春蕾 種子植物胚珠器官同源問題是植物演化生物學最核心的科學問題之一,也是科學家重建包括化石類群在內的種子植物系統發育的基礎
  • Current Biology┃植物韌皮部發育過程中油菜素內酯感知的局部和系統性效應
    BR受體突變體的嚴重發育缺陷。它的韌皮部成分可以在源器官和庫器官之間進行有效的光合產物轉移,還可以傳輸可協調生理和發育的信號。本文提供的證據表明,韌皮部的發育協調了植物生長點(分生組織)相鄰組織的細胞行為。