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| 中國(guó)海洋大學(xué)在生物礦化骨骼的起源與演化領(lǐng)域取得新進(jìn)展 |
| http://www.rumandrelaxation.com 2026年2月17日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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生物礦化骨骼的出現(xiàn)是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的標(biāo)志性事件之一，深刻塑造了動(dòng)物多樣性的基本格局。這類結(jié)構(gòu)在不同動(dòng)物門類中多次獨(dú)立起源并呈現(xiàn)趨同演化，暗示在動(dòng)物的共同祖先中可能早已存在一套可被反復(fù)調(diào)用的生物礦化調(diào)控“工具包”，為后續(xù)骨骼結(jié)構(gòu)的演化提供遺傳與調(diào)控基礎(chǔ)。然而，這一假說長(zhǎng)期缺乏來自基因調(diào)控層面的系統(tǒng)分子證據(jù)。
近日，中國(guó)海洋大學(xué)海水養(yǎng)殖教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李琪教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Molecular Biology and Evolution（《分子生物學(xué)與演化》）發(fā)表題為“Evolutionary
innovation within conserved gene regulatory
networksunderlying biomineralized skeletons in Bilateria”（兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物生物礦化骨骼保守基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的演化創(chuàng)新）的研究論文。該研究以牡蠣為模型，系統(tǒng)構(gòu)建了幼蟲初生殼與成貝次生殼形成過程中的染色質(zhì)狀態(tài)景觀和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，提出了以保守基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)為核心、染色質(zhì)動(dòng)態(tài)重塑驅(qū)動(dòng)表型創(chuàng)新的演化模型。
圖1.后生動(dòng)物生物礦化骨骼的多樣性及冠輪動(dòng)物的生物礦化調(diào)控工具包
研究發(fā)現(xiàn)，盡管幼蟲殼與成貝殼在形態(tài)、結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)組成上差異顯著，其上游調(diào)控所依賴的轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)卻高度保守，且起源于貝類出現(xiàn)之前。這些轉(zhuǎn)錄因子在不同發(fā)育階段整體表達(dá)穩(wěn)定，而直接參與礦化過程的效應(yīng)基因則呈現(xiàn)明顯的階段特異性表達(dá)。進(jìn)一步分析表明，階段性調(diào)控元件活性的重塑使動(dòng)態(tài)染色質(zhì)景觀將保守轉(zhuǎn)錄因子與快速演化的效應(yīng)基因重新連接，實(shí)現(xiàn)跨生命階段的礦化程序切換，從而在相同遺傳基礎(chǔ)上塑造多樣的骨骼形態(tài)�？缥锓N比較顯示，這些關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子在其他冠輪動(dòng)物幼蟲外骨骼形成過程中同樣被廣泛利用，支持冠輪動(dòng)物中存在保守的生物礦化調(diào)控“工具包”。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步比較貝類與棘皮動(dòng)物幼蟲礦化骨骼的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)后發(fā)現(xiàn)，盡管二者在結(jié)構(gòu)和發(fā)育路徑上截然不同，但均通過對(duì)祖先轉(zhuǎn)錄因子的異時(shí)性調(diào)控實(shí)現(xiàn)骨骼性狀的趨同演化，表明上游調(diào)控模塊受到深度演化約束，而表型多樣性主要來源于下游效應(yīng)基因及調(diào)控元件的重塑。
圖2. 兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物不同生命階段中轉(zhuǎn)錄因子工具包被選配參與礦化骨骼形成的演化模式
該研究揭示了動(dòng)態(tài)的染色質(zhì)狀態(tài)在保守遺傳架構(gòu)下驅(qū)動(dòng)生物礦化骨骼模塊化創(chuàng)新的關(guān)鍵作用，深化了對(duì)演化約束性與遺傳創(chuàng)新性關(guān)系的認(rèn)識(shí)，也為理解動(dòng)物復(fù)雜生物性狀的演化機(jī)制提供了重要線索。
中國(guó)海洋大學(xué)2022級(jí)博士研究生白奕天、2025屆博士畢業(yè)生閔悅和劉士凱教授為論文的共同第一作者，李琪教授為通訊作者。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才工程及青島藍(lán)色種業(yè)研究院創(chuàng)新項(xiàng)目的資助。
文：白奕天
文章鏈接：https://doi.org/10.1093/molbev/msag019
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