综述:生物发育转变的共性机制:从单细胞到多细胞生物的跨物种研究

【字体: 时间:2025年03月10日 来源:Heliyon 3.4

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  本研究聚焦生物发育转变(Developmental Transitions),探讨从单细胞到多细胞生物在形态、生理和行为上的转变机制,揭示其共性规律,为理解生物动态变化提供新视角。

  生物发育转变是生命历程中的关键阶段,涉及形态、生理和行为的显著变化。从植物的异养到自养转变,到动物的繁殖行为变化,再到微生物的生存策略调整,这些过程虽在不同生物中表现各异,但其背后是否存在共性机制?近日,法国索邦大学、巴黎-埃斯特克雷泰伊大学等机构的研究人员在《Heliyon》发表综述文章,通过对单细胞生物(如细菌)和多细胞生物(包括植物、动物)的广泛研究,揭示了发育转变的共同特征和调控机制,强调了细胞过程(如增殖、分化、凋亡)、分子信号通路(如NO和MAPK)以及环境因素(如光周期)在其中的关键作用。
研究背景部分指出,生物在生命周期中会经历多个发育阶段,这些阶段之间的转变(如植物的开花、动物的性成熟)对生存和繁衍至关重要。然而,尽管这些转变在生物学文献中被广泛提及,却缺乏统一定义。为此,研究人员提出将“发育转变”定义为生物在生命周期中从一个发育阶段过渡到另一个阶段的过程,并探讨其在不同生物中的共性。
研究方法方面,作者通过跨学科的文献综述,结合生物学模型(如植物的拟南芥、动物的蜜蜂和海鞘,以及微生物的芽孢杆菌和链霉菌),分析了发育转变过程中涉及的细胞机制(如细胞迁移、增殖、分化和死亡)、分子信号通路(如NO信号通路MAPK通路)以及环境因素(如光周期和营养条件)的影响。这些方法帮助揭示了发育转变的共性机制。
研究结果表明,发育转变涉及多种细胞过程,如细胞增殖、分化和凋亡,这些过程通过分子信号通路(如NO和MAPK)进行调控。例如,在植物中,光周期通过调控FLOWERING LOCUS T(FT)基因影响开花;在动物中,光周期通过影响甲状腺激素(TH)来调控两栖动物的变态发育。此外,生物间的相互作用(如细菌与宿主的共生关系)也能诱导发育转变,如根瘤菌与豆科植物的共生关系促进了根瘤的形成。
讨论部分强调,发育转变的共性机制揭示了生物在进化过程中对环境变化的适应能力。这些发现不仅为理解生物发育提供了新的视角,也为农业、医学和生态学研究提供了理论基础。例如,在农业中,调控植物的开花时间可以提高作物产量;在医学中,理解细胞分化和凋亡的机制有助于癌症治疗。此外,这些研究还为保护生物多样性提供了科学依据,因为发育转变的调控机制可能影响物种的生存和繁衍。
总之,本研究通过跨物种的比较分析,揭示了发育转变的共性机制,强调了细胞过程、分子信号通路和环境因素在生物动态变化中的关键作用。这些发现不仅丰富了我们对生物发育的理解,也为相关领域的研究提供了新的方向。

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