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| 中國(guó)海洋大學(xué)在多細(xì)胞生命起源演化領(lǐng)域取得重要新進(jìn)展 |
| http://wyaoyuming07.cn 2024年10月10日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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生命的起源與演化是科學(xué)界關(guān)注的重要謎題，也是Science雜志列出的125個(gè)重大科學(xué)問題之一。從單細(xì)胞生物演化為多細(xì)胞生物，是地球生命演化歷程中的重要事件，研究現(xiàn)存原始多細(xì)胞生物的發(fā)育與演化對(duì)了解生命的起源具有重要意義。中國(guó)海洋大學(xué)方宗熙海洋生物進(jìn)化與發(fā)育研究中心、海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所趙呈天教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)率先開展了以原始多細(xì)胞動(dòng)物絲盤蟲為模式的發(fā)育與演化生物學(xué)研究。近日，課題組在研究絲盤蟲細(xì)胞協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)機(jī)制方面取得新進(jìn)展，解析了絲盤蟲在缺乏神經(jīng)系統(tǒng)的情況下細(xì)胞之間的互作機(jī)制，相關(guān)成果于2024年10月4日以“Coordinated cellular behavior regulated by epinephrine neurotransmitters in the nerveless placozoa”（腎上腺素調(diào)控?zé)o神經(jīng)扁盤動(dòng)物細(xì)胞的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)）為題，在線發(fā)表于Nature Communications(《自然·通訊》)(期刊。
多細(xì)胞生物的出現(xiàn)是生命演化過程中的重要事件，生命如何從分散、功能單一的單細(xì)胞生物演化成多種細(xì)胞類型相互協(xié)調(diào)的有機(jī)體？早期的神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)系統(tǒng)是如何演化形成的？這些問題一直是演化發(fā)育生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。
圖1.絲盤蟲系統(tǒng)發(fā)育與形態(tài)
絲盤蟲屬于扁盤動(dòng)物門，是目前已知結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的多細(xì)胞生物，僅有六種已知的細(xì)胞類型，無組織器官的分化，不存在神經(jīng)系統(tǒng)，因此也經(jīng)常被認(rèn)為是形態(tài)上最接近多細(xì)胞生命祖先的類群（圖1）。對(duì)絲盤蟲運(yùn)動(dòng)行為的研究可以為神經(jīng)系統(tǒng)的起源和多細(xì)胞生命的演化提供重要線索。遺憾的是，目前國(guó)際上缺乏專門從事絲盤蟲發(fā)育與演化研究的科研團(tuán)隊(duì)。趙呈天教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事以斑馬魚為模式生物的發(fā)育生物學(xué)研究，在研究人類纖毛遺傳病致病機(jī)理方面做出了系列成果(Nature Genetics, 2018; PNAS, 2021; Plos Biology, 2023; eLife，2024等)。近年來，課題組在國(guó)內(nèi)率先開展了以絲盤蟲為模式的演化發(fā)育生物學(xué)研究，建立了絲盤蟲的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)體系，為后續(xù)工作的開展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
圖2.腎上腺素對(duì)絲盤蟲運(yùn)動(dòng)的調(diào)控作用
在本項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)基于GPCR小分子化合物的篩選，發(fā)現(xiàn)絲盤蟲特異性響應(yīng)腎上腺素，并出現(xiàn)獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)行為。這一發(fā)現(xiàn)表明，盡管絲盤蟲沒有真正的神經(jīng)系統(tǒng)，它依然利用腎上腺素等信號(hào)分子來調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)行為。進(jìn)一步研究表明，腎上腺素可通過下游鈣離子信號(hào)，控制纖毛內(nèi)的氧化還原水平，進(jìn)而影響纖毛的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制（圖2）。與脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控相比，絲盤蟲的腎上腺素調(diào)控方式更為直接、有效。此外，研究還發(fā)現(xiàn)衣藻等單細(xì)胞生物對(duì)腎上腺素?zé)o明顯響應(yīng)，表明腎上腺素作為一個(gè)應(yīng)激響應(yīng)信號(hào)起始于早期的多細(xì)胞生命，并一直被包括人類在內(nèi)的多種后生動(dòng)物所采納。
論文共同第一作者金敏軍（右）、李婉清
本項(xiàng)研究解釋了絲盤蟲如何在缺乏神經(jīng)系統(tǒng)的情況下，通過古老的信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞間協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制，為未來進(jìn)一步研究神經(jīng)系統(tǒng)的起源與演化打下了基礎(chǔ)。趙呈天教授為論文的通訊作者，中國(guó)海洋大學(xué)方宗熙海洋生物進(jìn)化與發(fā)育研究中心博士生金敏軍和李婉清為論文共同第一作者。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、杰出青年基金等項(xiàng)目的資助。
通訊員：金敏軍
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