來自西班牙進(jìn)化生物學(xué)研究所(CSIC-UPF)的一個(gè)研究小組，破譯了對(duì)包括人類在內(nèi)的動(dòng)物進(jìn)化成功負(fù)責(zé)的遺傳機(jī)制，證實(shí)相比于差異，我們與變形蟲“Capsaspora owczarzaki”之間共享了更多的遺傳調(diào)控機(jī)制。

動(dòng)物是如何從它們的單細(xì)胞祖先進(jìn)化而來的，哪些特殊的機(jī)制參與了復(fù)雜的身體圖式發(fā)育，是一個(gè)未解的進(jìn)化謎題。在UPF-CSIC研究人員的領(lǐng)導(dǎo)下，研究小組現(xiàn)在破解了對(duì)動(dòng)物巨大的進(jìn)化成功負(fù)責(zé)的遺傳機(jī)制。發(fā)表在近期《細(xì)胞》（Cell）雜志上的研究結(jié)果指出了存在于整個(gè)動(dòng)物王國中，但單細(xì)胞祖先卻沒有的這些機(jī)制。

根據(jù)這項(xiàng)研究，使得一些動(dòng)物不同于它們單細(xì)胞親戚的巨大創(chuàng)新并非新基因的出現(xiàn)，而是遠(yuǎn)端的基因調(diào)控。也就是說， DNA有能力調(diào)控彼此分離的一些基因，并確定這樣做的確切時(shí)間。定位在其他染色體中，或與特定基因分開的DNA序列仍然能夠激活或抑制這一基因。

進(jìn)化生物學(xué)研究所ICREA研究教授Iñaki Ruiz-Trillo說：“能夠以更特異的方式控制更多的基因使得一些動(dòng)物顯著提高了它們的形態(tài)學(xué)復(fù)雜性，達(dá)到生成具有數(shù)十億細(xì)胞的生物體的程度，哺乳動(dòng)物就是這種情況。”

研究人員比較了一些動(dòng)物與親緣關(guān)系最近的一個(gè)動(dòng)物親戚，從波多黎各蝸牛血淋巴中分離出的變形蟲Capsaspora owczarzaki之間的遺傳與表觀遺傳調(diào)控機(jī)制。根據(jù)Ruiz-Trillo和同事們所說，共同調(diào)控機(jī)制的數(shù)量高于差異的數(shù)量。例如，動(dòng)物與C. owczarzaki共享了一些基因組成的網(wǎng)絡(luò)，這些基因?qū)τ趧?dòng)物發(fā)育至關(guān)重要，例如Brachyury參與了胚胎發(fā)育，或癌基因Myc參與了增殖。

同樣，C. owczarzaki有著復(fù)雜的生命周期，從單細(xì)胞到幾十個(gè)細(xì)胞清晰的階段轉(zhuǎn)變。在這種情況下，這一變形蟲利用了一些表觀遺傳機(jī)制，如非編碼RNAs或組蛋白標(biāo)記調(diào)控了不同細(xì)胞階段之間的轉(zhuǎn)變。“C. owczarzaki應(yīng)用這些基因調(diào)控機(jī)制控制了沿著它的生命周期不同細(xì)胞階段之間的轉(zhuǎn)變，而動(dòng)物利用它們來使細(xì)胞定向分化，換句話說，發(fā)育為神經(jīng)元或肌肉細(xì)胞，”Ruiz-Trillo說。

多細(xì)胞生物

起源于大約10億年前的多細(xì)胞，最大的利益之一就是允許增加了身體的大小，占據(jù)新的棲息地，及劃分不同細(xì)胞類型的功能。根據(jù)這項(xiàng)新研究的結(jié)果，動(dòng)物的起源因此并非是進(jìn)化創(chuàng)新而是一個(gè)進(jìn)化（或遺傳）回收過程的概略，這提高了我們基因組的復(fù)雜性，使得能夠在復(fù)雜的多細(xì)胞生物中更精確地調(diào)控不同的細(xì)胞類型。

進(jìn)化生物學(xué)研究所研究人員Arnau Sebé-Pedrós說：“最后，可以預(yù)測，有更多的單細(xì)胞生物體有著復(fù)雜的生命周期，有可能具有一直未被發(fā)現(xiàn)的社會(huì)行為和多細(xì)胞階段。”根據(jù)研究人員所說，下一階段是分離出C. owczarzaki的單個(gè)細(xì)胞，詳細(xì)分析它們以確定是否所有細(xì)胞都是同樣的，或是否它們之間已存在某些特化。

從單細(xì)胞生物到多細(xì)胞生物的過渡，是地球上生命進(jìn)化的關(guān)鍵進(jìn)步；在不同的系統(tǒng)發(fā)育譜系中，這種改變已經(jīng)獨(dú)立地發(fā)生了多次。了解“有多少基因以及有哪些基因，對(duì)單細(xì)胞祖先成為多細(xì)胞來說是必要的”，是一個(gè)有趣的問題，但是僅僅通過檢測目前多細(xì)胞生物的基因組序列很難進(jìn)行回答。為了簡化這些基因組分析，美國亞利桑那大學(xué)Erik Hanschen和薩斯州州立大學(xué)Bradley Olson為首的研究小組，比較了團(tuán)藻目三種綠藻的基因組序列，以查明多細(xì)胞生物進(jìn)化背后的基因變化。他們將研究結(jié)果發(fā)表在2016年的《Nature Communications》上。

經(jīng)過將近5000億次的嘗試，美國德克薩斯大學(xué)（UT）奧斯汀分校的研究人員，見證了一個(gè)罕見的事件，也許解決了一個(gè)進(jìn)化的難題：內(nèi)含子——位于基因中的非編碼DNA序列，在基因組中是如何增加的。研究結(jié)果發(fā)表在《PNAS》雜志上，解決了關(guān)于新物種進(jìn)化的基本問題，并可以增進(jìn)我們對(duì)于“基因表達(dá)以及癌癥等疾病的原因”的理解。

大自然是不斷進(jìn)化的——其極限僅取決于威脅物種生存能力的變異。研究遺傳密碼的起源和發(fā)展，對(duì)于解釋生命的進(jìn)化非常重要。在《Science Advances》發(fā)表的一項(xiàng)研究中，專門從事這一領(lǐng)域的一組生物學(xué)家，解釋了遺傳密碼進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)限制，我們知道，遺傳密碼是一套通用的規(guī)則，地球上所有生物都用其，將核酸（DNA和RNA）基因序列翻譯成氨基酸序列，組成蛋白質(zhì)，執(zhí)行細(xì)胞功能。