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蝾螈与真涡虫基因组测序完成,揭示再生背后遗传机制

蝾螈与真涡虫基因组测序完成,揭示再生背后遗传机制

蝾螈可以再生四肢、心脏、脊椎等各种组织,是名副其实的“再生冠军”,而真涡虫可以在被切成碎块后重新长出整个身体。科学家们一直以来都想要了解它们强大再生能力背后的遗传机制。但是基因组信息的缺乏,阻碍了其在发育生物学和再生医学等研究中的应用。随着测序技术的发展,基因组信息的获得已不再是研究的阻碍,科学家已经开始从基因的层次着手研究蝾螈、真涡虫再生机制的奥秘。

蝾螈与真涡虫基因组测序完成,揭示再生背后遗传机制

2017年12月,我国科学家与来自欧洲多个国家的科研人员合作,对伊比利亚有肋蝾螈( Iberian ribbed newt)进行了基因组测序,并报道了基因编辑研究蝾螈发育与再生的研究成果,该研究结果发表在Nature Communications上。2018年1月24日,Nature同日发表两篇文章“The axolotl genome and the evolution of key tissue formation regulators ”和“The genome of Schmidtea mediterranea and the evolution of core cellular mechanisms”,分别报告了美西蝾螈(axolotl)和真涡虫的基因组,揭示了二者再生能力背后的遗传学基础。

蝾螈与真涡虫基因组测序完成,揭示再生背后遗传机制

蝾螈与真涡虫基因组测序完成,揭示再生背后遗传机制

研究发现,蝾螈和真涡虫的基因组含有很多较长的重复性序列片段,且被较短的独特序列分隔。两项最新研究使用了长序列读取的方法,能够包含重复和独特的序列,进而组装大型基因组。而此前采用的短读测序方法,会产生很多只覆盖重复性区域的DNA 序列,因此很难鉴定它们在基因组中的相对位置。美西螈的基因组测序由奥地利分子病理学研究所的研究人员完成,测序发现美西螈含有 320 亿个碱基对,是人类基因组的 10 倍,这也是目前组装出的最大基因组。研究人员将那些在再生肢体细胞中表达较丰富的基因和 microRNA 序列标记为进一步研究的目标,并且发现美西螈缺少Pax3基因,而该基因对许多其它动物的发育至关重要。

伊比利亚有肋蝾螈和美西蝾螈是实验室中应用最广的两种蝾螈动物模型,虽然两者在进化关系上非常接近,但基因组和转录组仍存在很多明显差异,似乎可以用来解释蝾螈再生机制的区别。例如,在比较与骨骼肌发育相关的重要基因pax3和pax7时,研究人员发现,伊比利亚有肋蝾螈与哺乳动物类似,pax3和pax7基因共存于基因组中,而在美西蝾螈基因组中却只存在pax7。通过进一步基因编辑敲除美西蝾螈pax7基因,突变体呈现了典型的pax3基因缺失表型,表明pax7代偿了pax3基因的部分功能。

蝾螈与真涡虫基因组测序完成,揭示再生背后遗传机制

真涡虫的基因组测序由德国马普学会分子细胞生物学和遗传学研究所研究人员完成,发现它含有约8亿碱基对。真涡虫的基因组中缺少大约 124 种对人类和小鼠至关重要的基因,包括参与 DNA 修复的基因以及帮助染色体在细胞分裂期间正确分离的基因。

来自同济大学的林古法教授指出,基因编辑技术在蝾螈中的成功运用,将大大促进蝾螈动物模型在发育生物学和再生医学研究中的应用。而蝾螈基因组大小是人类的10倍多,而CRISPR-Cas9仍然能够准确高效的进行基因定点突变,足以证明CRISPR技术的强大基因编辑能力。 

参考文献:

1.Reading and editing the Pleurodeles waltl genome reveals novel features of tetrapod regeneration

2.The axolotl genome and the evolution of key tissue formation regulators

3.The genome of Schmidtea mediterranea and the evolution of core cellular mechanisms 

来源:整合自网络

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