基因调控程序在进化中被循环利用

2011-4-19 10:33 来源: 中国科学院
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  长久以来,科学家受到一个问题的困扰:在进化过程中,控制胚胎发育的基因调控程序是一次性“创生”多次利用,还是在不同物种中各自形成了不同的新程序?据《每日科学》4月17日报道,最近,澳大利亚和美国的一个联合小组通过对一种关键转录因子结合位点的研究发现,调控生物中胚层发育的基因程序一直是被“循环利用”的,而不是动物们各自的独创。相关论文发表在最近出版的《自然·遗传学》上。  

  生物的每个细胞中遗传信息都是一样的。不同细胞之所以显出不同的性质,是因为基因活性受到遗传程序的调控,通过基因开关,形成了肌肉、骨骼、肝脏及其他多种类型细胞。胚胎发育过程有着严格的时间和空间次序,基因程序控制着这种次序性,使DNA(脱氧核糖核酸)上的一维信息逐渐发展成生物体的三维结构。胚胎干细胞定向逐级分化由复杂的调控网络控制,涉及多个功能基因开启与关闭,转录因子在决定基因是否表达及转录效率中起重要作用。  

  联合小组选择了6种不同果蝇,研究一种名为Twist的转录因子在它们胚层发育过程中的作用机制。中胚层是所有高等生物胚胎的三个基本起源细胞层之一。中胚层细胞会分化成肌肉细胞、心脏细胞、结缔组织和骨骼组织等。研究发现,Twist在不同种类果蝇DNA上的所有结合位点都是相似的,而且Twist通过和其搭档转录因子相互作用,能在恰当的位置与DNA结合。  

  论文作者之一、维也纳分子病理学研究所系统生物学家亚历山大·斯达克解释说,这6种果蝇中,有些基因和人类的相似度很高,而另一些基因则与人类差异很大。这表示,调控中胚层发育的程序在进化中一直是被“循环利用”的,而不是不同的动物分别进化出不同的程序。深入理解这些机制,有助于我们理解人类等高等生物是如何发育的,基因调控程序中的缺陷如何导致癌症等疾病。