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Cell:震惊!小小的海葵竟有100多种细胞类型

来源:本站原创 2018-07-15 15:23

2018年7月15日/生物谷BIOON/---尽管海葵(Nematostella vectensis)看起来简单,它的管状身体上有触须,但是它实际上是一种高度复杂的生物。在一项新的研究中,来自法国国家科学研究中心(CNRS)和巴斯德研究所的研究人员在这种小型海洋无脊椎动物中发现了100多种细胞类型和令人难以置信的神经元多样性。他们是在构建这种动物的细胞图谱时揭示出这种令人吃惊的复杂性。相关研究结果近期发表在Cell期刊上,论文标题为“Cnidarian Cell Type Diversity and Regulation Revealed by Whole-Organism Single-Cell RNA-Seq”。
图片来自Institut Pasteur。

海葵为人们提供一种完美的模型,不过可能唯一的一点不足之处就是它有刺人的触须。它是一种易于保存在实验室中的小型海洋无脊椎动物,它的基因组是非常简单的,而且与人类的基因组存在着类似性。

论文主要作者、巴斯德研究所发育生物学专家Heather Marlow博士解释道,当海葵基因组在2007年被测序时,科学家们已发现它与人类基因组是非常相似的,不论是在它的基因数量(大约2万个基因)方面,还是在它的结构方面。

Marlow说,“这些相似之处使得海葵成为研究动物基因组和理解基因间存在的相互作用的一种理想的模型。它还具有另一种优势---它在生命之树中的战略地位。海葵所属的刺胞动物(cnidaria)分支与两侧对称动物(bilateria)分支在进化上分歧开来,换言之,这种刺胞动物分支与包括人类在内的绝大多数其他动物在6亿多年前分歧开来。“因此,海葵也能够有助我们理解构成动物身体、器官和特别是神经系统的多种细胞类型的起源和进化。”

为了尝试更多地了解海葵因而了解整个动物王国,Marlow团队决定在细胞水平上研究这种刺胞动物。他们分离出海葵的微小细胞(它的直径不超过1微米),并分析了它们的RNA。尽管染色体DNA含有所有基因,但是RNA显示了哪些基因是有活性的。Marlow解释道,“在单细胞水平上开发的基因组方法可用于准确地列出不同的细胞类型,并确定负责这些细胞功能的基因。”他们总共鉴定出100多种细胞类型,并将这些细胞类型分为8个主要的细胞家族(肌肉、消化道、神经元和表皮等)。在这项研究中,最令人感到意外的地方之一在于神经系统。他们在海葵的神经系统中鉴定出将近30种类型的神经元,包括肽能神经元、谷氨酸能神经元,甚至胰岛素能神经元,这揭示出一种相对复杂的神经和感觉系统。

因此,这项研究应该有助于进化专家一方面建立刺胞动物(包括海葵)的共同祖先,另一方面建立两侧对称动物(包括人类)的共同祖先。毫无疑问,这个祖先已有一定程度的细胞复杂性。此外,尽管海葵似乎与我们截然不同,但它揭示了今天让它的细胞和我们自己的细胞能够执行许多不同功能的基本规则。Marlow作出结论,“细胞是构成生物的基本元素。通过确定这种编码在基因组中的信息如何决定每个细胞的身份,我们希望揭示出所有动物中保守的对它们的发育和体内平衡至关重要的机制。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Arnau Sebé-Pedrós, Baptiste Saudemont, Elad Chomsky et al. Cnidarian Cell Type Diversity and Regulation Revealed by Whole-Organism Single-Cell RNA-Seq. Cell, 31 May 2018, 173(6):1520–1534, doi:10.1016/j.cell.2018.05.019.

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