线虫胚胎发育中基因表达进化的谱系解析:揭示保守性与多样性的分子蓝图

时间:2025年6月20日
来源:SCIENCE

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来自国际团队的研究人员通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术,对比秀丽隐杆线虫(C. elegans)和布氏隐杆线虫(C. briggsae)胚胎发育全过程的基因表达模式,发现发育相关转录因子网络高度保守,但神经元等特定细胞类型呈现显著表达分歧,为理解发育系统漂移(DSD)和进化约束机制提供了全基因组尺度新见解。

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这项研究犹如在分子水平构建了两部线虫胚胎发育的"延时纪录片"。科学家们利用单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术,对秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)和布氏隐杆线虫(C. briggsae)超过35万个胚胎细胞进行"逐帧扫描",绘制出从原肠胚形成到终末分化的完整表达图谱。

令人惊叹的是,尽管这两个物种已分化超过2000万年,它们的发育"剧本"仍保持惊人相似——就像用不同方言讲述同一个故事。研究团队鉴定出429种同源细胞类型,发现发育相关转录因子(TFs)及其调控网络如同"保守的语法规则",而神经元细胞却像"叛逆的诗人",展现出比其他组织更高的表达变异度。

特别有趣的是,数据支持了发育"沙漏模型":胚胎发育中期如同沙漏的腰部,表现出更强的转录组保守性。研究还捕捉到基因复制事件的"进化分镜头"——有些复制基因获得了新功能(neofunctionalization),有些则像分工合作的"双胞胎"(subfunctionalization)。这些发现为理解发育可塑性与约束力的平衡提供了珍贵线索,未来或可帮助解析人类疾病相关基因的进化起源。

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