诺奖得主Nature发布基因组研究重要成果

　　

生物通报道  一个国际科学家小组完成了对章鱼（octopus）的基因组测序，发现了与章鱼不同寻常的生物学，包括它能够改变皮肤的颜色和纹理，及分散的大脑使得它的8条手臂能够独立移动相关的一些基因。

该研究小组测序并注释了常见的加州两斑章鱼(California two-spot octopus)。这项研究是由诺贝尔奖得主、日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）教授Sydney Brenner所发起。研究结果发布在8月13日的《自然》（Nature）杂志上。

研究人员发现章鱼与其他的无脊椎动物基因组之间有着惊人的差异，包括广泛的基因重排，以及与神经发育相关的一个基因家族发生了显著扩增——这曾被认为是脊椎动物所独有的现象。

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芝加哥大学的Daniel Rokhsar 说：“章鱼神经系统的组织方式完全不同于我们的神经系统：中央大脑围绕着食道——这是无脊椎动物的典型特征，但它还有数组神经元存在于可以相对自主行动的手臂上，并有一些巨大的视叶负责视觉。这一序列为我们提供了一个机会来查看这一基因组，看看从章鱼独特的大脑和形态中我们可以了解到些什么。”

例如，了解章鱼分散的大脑与八条手臂的互作机制，可以帮助工程师为机器人设计出灵活的、能抓物的手臂。在诸如水下等某些环境中，它们能够比连接的腿臂更好地工作。

最聪明的无脊椎动物

Rokhsar指出，有着巨大的、高度发达的大脑，头足类动物是地球上最聪明的动物，显示出高级的解决问题和学习行为。

“我们发现相对于其他的脊椎动物，有几种基因类型在章鱼中发生了显著扩增，我们认为它们发挥了至关重要的作用，使得脊椎动物中的神经元复杂性达到了一个新水平。”

这些基因包括一个叫做protocaderins的信号分子家族，其调控了神经元发育和神经元间的短程互作。一个叫做锌指（zinc fingers）的转录因子家族，主要在胚胎和神经组织中表达，被认为在大脑发育中发挥了作用。

芝加哥大学神经生物学和有机体生物学及解剖学副教授Clifton Ragsdale说：“这一章鱼基因组使得研究头足类动物的一些性状变得更加容易，现在它代表了比较进化研究生命树上一个重要的点。这一个很有用的资源，引出了一些有关这些不寻常动物的、从前无法进行解答的新问题。

地球上第一个智能生命

头足类动物不仅包括章鱼，还包括乌贼、墨鱼和鹦鹉螺，4亿多年前在远古的海洋中作为食肉动物而出现。其中最成功的是鹦鹉螺，其在泥盆纪时期称霸海洋，是现在的常见化石。它们在6600万年前与恐龙一起在大灭绝中绝种。

Brenner说：“它们是地球上第一类智能生物。”在未来，日本冲绳科学技术大学院大学计划测序几个乌贼物种和冲绳章鱼，Rokhsar希望冲绳章鱼将成为研究头足类动物生物学的一个模式生物。

“广泛地观测几种不同类型的头足类动物是为了了解它们之间的保守性。所有头足类动物的相似点有可能就是对成为头足类动物极为重要的特征。”

研究人员还利用这一基因组追踪了与适应性着色有关的基因，这使得章鱼能够改变皮肤的颜色和纹理，与环境融合来躲避捕猎（延伸阅读：中美科研人员受章鱼启发研制出伪装皮肤 ）。

Rokhsar说：“我们发现了数百个在其他动物中找不到相似物的新基因，它们或许参与了这一独特的伪装过程。”

这一基因组还可以帮助揭示章鱼其他一些独特特征的遗传基础，例如它们精细的抓捕手臂，它们再生肢体的能力，有着更像人类的照相机样的眼睛，以及它们具有3颗心脏等。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

The octopus genome and the evolution of cephalopod neural and morphological novelties

Coleoid cephalopods (octopus, squid and cuttlefish) are active, resourceful predators with a rich behavioural repertoire1. They have the largest nervous systems among the invertebrates2 and present other striking morphological innovations including camera-like eyes, prehensile arms, a highly derived early embryogenesis and a remarkably sophisticated adaptive colouration system1, 3. To investigate the molecular bases of cephalopod brain and body innovations, we sequenced the genome and multiple transcriptomes of the California two-spot octopus……