長久以來，科學(xué)家受到一個問題的困擾：在進(jìn)化過程中，控制胚胎發(fā)育的基因調(diào)控程序是一次性“創(chuàng)生”多次利用，還是在不同物種中各自形成了不同的新程序？據(jù)《每日科學(xué)》4月17日報道，zui近，澳大利亞和美國的一個聯(lián)合小組通過對一種關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點的研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)控生物中胚層發(fā)育的基因程序一直是被“循環(huán)利用”的，而不是動物們各自的。相關(guān)論文發(fā)表在zui近出版的《自然·遺傳學(xué)》上。
生物的每個細(xì)胞中遺傳信息都是一樣的。不同細(xì)胞之所以顯出不同的性質(zhì)，是因為基因活性受到遺傳程序的調(diào)控，通過基因開關(guān)，形成了肌肉、骨骼、肝臟及其他多種類型細(xì)胞。胚胎發(fā)育過程有著嚴(yán)格的時間和空間次序，基因程序控制著這種次序性，使DNA（脫氧核糖核酸）上的一維信息逐漸發(fā)展成生物體的三維結(jié)構(gòu)。胚胎干細(xì)胞定向逐級分化由復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制，涉及多個功能基因開啟與關(guān)閉，轉(zhuǎn)錄因子在決定基因是否表達(dá)及轉(zhuǎn)錄效率中起重要作用。
聯(lián)合小組選擇了6種不同果蠅，研究一種名為Twist的轉(zhuǎn)錄因子在它們胚層發(fā)育過程中的作用機(jī)制。中胚層是所有高等生物胚胎的三個基本起源細(xì)胞層之一。中胚層細(xì)胞會分化成肌肉細(xì)胞、心臟細(xì)胞、結(jié)締組織和骨骼組織等。研究發(fā)現(xiàn)，Twist在不同種類果蠅DNA上的所有結(jié)合位點都是相似的，而且Twist通過和其搭檔轉(zhuǎn)錄因子相互作用，能在恰當(dāng)?shù)奈恢门cDNA結(jié)合。
論文作者之一、維也納分子病理學(xué)研究所系統(tǒng)生物學(xué)家亞歷山大·斯達(dá)克解釋說，這6種果蠅中，有些基因和人類的相似度很高，而另一些基因則與人類差異很大。這表示，調(diào)控中胚層發(fā)育的程序在進(jìn)化中一直是被“循環(huán)利用”的，而不是不同的動物分別進(jìn)化出不同的程序。深入理解這些機(jī)制，有助于我們理解人類等高等生物是如何發(fā)育的，基因調(diào)控程序中的缺陷如何導(dǎo)致癌癥等疾病。
