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蚯蚓为何切两半还能再生? 我科学家找到关键基因

时间:2020-06-17   33

蚯蚓不仅是土壤生态系统中的重要成员,也以拥有极强的前后部体节再生能力著称。但以前,蚯蚓为何拥有再生的本领一直是个谜。近日,中科院昆明动物研究所发表在《自然·通讯》上的一项研究成果,揭示了蚯蚓再生的分子细胞学机制。


  自然界中动物的再生能力,一直是个令人着迷且非常复杂的生物学过程。斑马鱼、蝾螈、壁虎等脊椎动物可以治愈创伤,甚至让丢失的心脏、尾巴、晶状体器官或者附肢再生。用少量组织和细胞再生整个生命体的“本领”,也被广泛用于干细胞生物学和再生医学研究。


  对于蚯蚓,达尔文曾在《腐殖土的形成和蚯蚓的作用》中感叹:“我们很难找到其他的生灵像它们一样,虽看似卑微,却在世界历史的进程中起到了如此重要的作用。”


  中科院昆明动物研究所吴东东课题组测序并拼装了准染色体水平的高质量安德爱胜蚓基因组,并通过不同再生时期bulk转录组(批量测序)和单细胞转录组整合揭示蚯蚓再生的分子细胞学机制。研究发现蚯蚓基因组中重复序列LINE2转座元件可能在蚯蚓再生中扮演重要调控角色,例如LINE2转座元件显著高比例地插入到蚯蚓早期再生相关的差异基因位点;同时某些差异表达的LINE2转座元件和它们的邻近基因拥有极为相似的表达模式。


  课题组发现,核心调控涡虫这样的高度再生物种的EGR1(一种早期生长因子),不仅在蚯蚓再生过程中发生差异高表达,而且其侧翼的LINE2转座元件也发生显著差异表达上调,因此推测这些显著差异表达的元件可能通过调控邻近基因来参与蚯蚓再生过程。另一方面,课题组在蚯蚓基因组中发现大量基因复制事件,这些扩张的基因家族主要富集在发育生物学通路,而发育和再生在某些通路可能往往是共通的。


  课题组还发现,某些显著扩张的基因家族可能通过增加其拷贝数剂量效应来调控蚯蚓再生过程。此外,蚯蚓再生早期的单细胞转录组解析暗示,蚯蚓再生早期72小时后损伤愈合部位细胞的高比例组分是干细胞,且多能干细胞在蚯蚓再生早期过程中具有重要作用。此项研究提供了一些蚯蚓再生的候选分子细胞学机制,提出蚯蚓可作为研究再生生物学或再生医学的新模型。赵汉斌