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干細(xì)胞動(dòng)物園包括來自人類、小鼠、狨猴、犀牛、牛和兔子的細(xì)胞。圖片來源：歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室
科技日報(bào)記者?張夢然
歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)揭示了生化反應(yīng)速度的差異是導(dǎo)致小鼠和人類時(shí)鐘差異的原因。為了確定這一發(fā)育原則，研究人員利用“干細(xì)胞動(dòng)物園”重現(xiàn)了除小鼠和人類之外的4種哺乳動(dòng)物的節(jié)段時(shí)鐘。研究成果發(fā)表在最新一期《細(xì)胞·干細(xì)胞》上。
人類的孕期持續(xù)約10個(gè)月，而小鼠只有20天，犀牛則長達(dá)17個(gè)月。許多哺乳動(dòng)物物種在胚胎發(fā)育過程中經(jīng)歷了相同的階段，但發(fā)育速度卻大不相同。另一個(gè)在時(shí)間上因物種而異的例子是脊椎動(dòng)物體軸（脊柱）的形成。椎骨和肋骨的身體節(jié)段的形成稱為體節(jié)，由被稱為節(jié)段時(shí)鐘的機(jī)制控制。節(jié)段時(shí)鐘是一組振蕩的基因，每個(gè)振蕩控制一對體節(jié)的形成。振蕩的頻率因物種而異，與小鼠相比，人類的振蕩頻率要長2到3倍。
研究人員此次創(chuàng)建了一個(gè)“干細(xì)胞動(dòng)物園”，就像來自多個(gè)物種的干細(xì)胞庫，用于研究和比較不同發(fā)育事件。團(tuán)隊(duì)從狨猴、兔、牛和犀牛4種哺乳動(dòng)物身上收集了胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，將其添加到現(xiàn)有的人類和小鼠細(xì)胞庫中。這是一次前所未有的多樣化物種抽樣研究。
小組重點(diǎn)分析了4個(gè)新增物種的節(jié)段時(shí)鐘的差異。他們將胚胎和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化為體前中胚層樣細(xì)胞，這些細(xì)胞將產(chǎn)生脊柱、肋骨和骨骼肌。令人驚訝的是，每個(gè)物種的平均體重與其節(jié)段時(shí)鐘周期之間沒有相關(guān)性，同樣，妊娠長度與節(jié)段時(shí)鐘周期也無關(guān)。
相反，節(jié)段時(shí)鐘周期卻與胚胎發(fā)生的持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)，這或許意味著節(jié)段時(shí)鐘可作為一個(gè)很好的系統(tǒng)來理解跨物種的胚胎發(fā)育時(shí)間。
研究確認(rèn)，這4種哺乳動(dòng)物在生化反應(yīng)速度上也表現(xiàn)出差異，與節(jié)段時(shí)鐘周期高度相關(guān)。這表明生化速率的變化，可能是控制發(fā)育節(jié)奏的一般機(jī)制。其為理解不同物種發(fā)育速度差異背后的機(jī)制提供了具體線索。
總編輯圈點(diǎn)
犀牛比狨猴重一萬倍，但它們倆共享祖先傳下來的發(fā)育機(jī)制。哺乳動(dòng)物內(nèi)置的基因調(diào)控機(jī)制是高度保守的。這與基因振蕩的物種特異性時(shí)間形成鮮明對比，而基因振蕩是身體正常發(fā)育的基礎(chǔ)。是什么導(dǎo)致了這些關(guān)鍵的時(shí)間差異一直是一個(gè)謎，但正在慢慢解開。科學(xué)家正在觸及復(fù)雜生命最底層的編碼機(jī)制，其中一定有一些奇異之處，是我們完全沒有預(yù)料的。
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