七鰓鰻是僅有的兩種無頜脊椎動物之一，對美國中西部的漁業造成了嚴重破壞，同時也幫助科學家了解了在脊椎動物進化過程中起關鍵作用的兩種關鍵幹細胞的起源。美國西北大學的生物學家已經確定了調控這些幹細胞的基因網絡的演化時間，並深入了解了造成七鰓鰻下顎缺失的原因。

對七鰓鰻的研究有助於深入了解脊椎動物的演化，突顯了幹細胞基因網絡與有頜脊椎動物的相似性，並解釋了顎形成的差異。這些入侵的吸血魚”可能是了解我們從哪裡來的關鍵”。資料來源：T. Lawrence，五大湖漁業委員會A

這兩種細胞–多能胚泡細胞（或胚胎幹細胞）和神經嵴細胞–都具有”多能性”，這意味著它們可以變成人體內所有其他類型的細胞。

在一篇新論文中，研究人員將七鰓鰻的基因與有顎水生蛙類的基因進行了比較。這項研究利用比較轉錄組學揭示了無頜脊椎動物和有頜脊椎動物驚人相似的多能性基因網絡，甚至在關鍵調控因子的轉錄本豐度水準上也是如此。

但是，研究人員也發現了一個關鍵的差異。雖然這兩個物種的胚泡細胞都會表現pou5基因，這是關鍵的幹細胞調節因子，但該基因在七鰓鰻的神經嵴幹細胞中沒有表現。失去這一因子可能限制了神經嵴細胞形成有頜脊椎動物（有脊柱的動物）中的細胞類型的能力，這些細胞類型構成了頭部和下顎骨骼。

這項研究最近發表在《自然生態與演化》期刊。

透過比較無頜脊椎動物和有頜脊椎動物的生物學特徵，研究人員可以深入了解包括人類在內的脊椎動物特徵的演化起源，基因表現的差異如何導致身體結構的關鍵差異，以及所有脊椎動物的共同祖先是什麼樣子。

西北大學的Carole LaBonne 是這項研究的負責人，她說：”七鰓鰻可能是了解我們從何而來的關鍵。在演化生物學中，如果你想了解一個特徵來自哪裡，你就不能向前看那些已經獨立進化了5 億年的更複雜的脊椎動物。脊椎動物最後的活體例子。

身為發育生物學專家，LaBonne 是溫伯格文理學院分子生物科學教授。她擔任Erastus Otis Haven 講座教授，是美國國家科學基金會（NSF）新成立的西蒙斯國家生物學理論與數學研究所的領導成員之一。

LaBonne和她的同事先前證明，神經嵴細胞的發育起源與保留控制胚泡幹細胞多能性的基因調控網絡有關。在新的研究中，他們探索了這兩種幹細胞群之間聯繫的演化起源。

「神經嵴幹細胞就像一套進化樂高玩具，」拉博內說。 “它們會變成各種不同類型的細胞，包括神經元和肌肉，而所有這些細胞類型的共同點是在神經嵴內有著共同的發育起源。”

胚泡階段的胚胎幹細胞在胚胎發育過程中會迅速失去多能性，並局限於不同的細胞類型，而神經嵴細胞則在發育後期保持控制多能性的分子工具包。

拉博恩的研究團隊在鰻魚胚泡細胞中發現了一個完全完整的多能性網絡，這種幹細胞在無顎脊椎動​​物中的作用一直是個未決問題。這意味著有頜脊椎動物和無顎脊椎動​​物的胚泡和神經嵴幹細胞群在脊椎動物的基礎上共同演化。

西北大學博士後研究員、第一作者約書亞-約克（Joshua York）觀察到，七鰓鰻和爪蟾之間”相似之處多於不同之處”。

約克說：「雖然大多數控制多能性的基因都在七鰓鰻神經嵴中表達，但其中一個關鍵基因–pou5–的表達卻從這些細胞中消失了。令人驚訝的是，儘管pou5在七鰓鰻的神經嵴中沒有表達，但當我們在青蛙中表達它時，它卻能促進神經嵴的形成，這表明這個基因是我們最早的脊椎動物祖先中存在的古老多能性網絡的一部分”。

這項實驗也幫助他們推測，這種基因是在某些生物中遺失的，而不是有頜脊椎動物後來發展出來的。

「這項研究的另一個引人注目的發現是，儘管這些動物之間相隔了5億年的進化時間，但促進多能性所需的基因的表達水平卻受到了嚴格的限制，」LaBonne說。 “最大的未解之謎是，為什麼？”

編譯自/ ScitechDaily