β-catenin 驱动内中胚层特化：后生动物演化研究的新突破

为探究 β-catenin 信号在刺胞动物中的功能，研究人员以海葵为模型，发现其抑制内中胚层特化，为动物演化研究提供新视角。

　　在生命演化的长河中，生物的身体结构和发育模式是如何形成的一直是科学界的重要谜题。其中，β-catenin 信号通路在动物胚胎发育中的作用备受关注。传统观点认为，β-catenin 信号通路在两侧对称动物（Bilateria）和其姐妹类群刺胞动物（Cnidaria）分化之前，就已在中胚层和内胚层的特化（endomesoderm specification）以及身体轴线的模式形成中发挥作用。然而，在刺胞动物中，β-catenin 信号在这些过程中的作用一直缺乏直接证据，这就像拼图中缺失的关键几块，使得我们对动物早期发育演化的理解存在重大缺口。

为了填补这一空白，来自奥地利维也纳大学、德国耶拿弗里德里希?席勒大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解动物早期发育和演化带来了新的曙光。

研究人员选择了海葵（Nematostella vectensis）作为模型生物，这是一种常见的刺胞动物。他们运用了多种先进的技术方法来深入探究 β-catenin 信号的功能。其中，CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑技术是关键之一，通过该技术构建了 sfGFP-β-catenin 敲入系，使得能够直观地观察 β-catenin 在胚胎中的定位和动态变化。此外，活细胞成像技术对胚胎从早期卵裂到原肠胚形成的过程进行实时监测，获取了 β-catenin 信号动态变化的珍贵数据。同时，基因表达分析、抗体染色以及染色强度测量等技术，从分子层面揭示了相关基因的表达情况和 β-catenin 信号通路的作用机制 。

研究结果主要分为两个关键部分。首先是 “Nuclear β-catenin is involved in the O-A patterning”，研究人员通过实验证实了核 β-catenin 参与海葵口 - 反口轴（oral-aboral axis，O-A 轴）的模式形成。他们发现，β-catenin 信号活性沿原肠胚阶段胚胎的 O-A 轴呈梯度分布，通过构建敲入系并进行抗体染色和定量分析，发现核 sfGFP-β-catenin 形成口 - 反口梯度，且与 β-catenin 信号靶基因 Axin 的表达峰值一致，进一步上调 β-catenin 信号也验证了相关基因表达域的变化与核 sfGFP-β-catenin 量的变化相符。

其次是 “Nuclear β-catenin does not specify Nematostella endomesoderm”，核 β-catenin 并不参与海葵内中胚层的特化。通过对 sfGFP-β-catenin 表达胚胎的活细胞成像观察，发现中胚层在核 sfGFP-β-catenin 检测不到的一侧内陷。通过杂交链式反应结合抗体染色以及亲本杂交实验，证实早期观察到的强核 sfGFP-β-catenin 信号是母源的，而后期的弱信号是合子源的。并且，实验表明 β-catenin 信号抑制海葵内中胚层特化，这与传统认知中其在两侧对称动物中的作用截然不同。

在讨论部分，研究人员指出，他们的发现解决了以往关于海葵中 β-catenin 信号早期功能的矛盾观点。β-catenin 信号的轴向模式形成功能在刺胞动物和两侧对称动物中是保守的，但 β-catenin 驱动的内中胚层特化似乎是两侧对称动物的创新。这一创新可能将原肠胚形成与胚胎的植物极联系起来，使植物极成为身体的后端。这一发现对于理解动物身体轴线和胚层的早期演化具有重要意义，为我们重新评估动物内中胚层特化的祖先模式提供了关键依据。同时，也为后续研究提出了新的问题，如在 β-catenin 阴性区域中内中胚层特化和原肠胚形成的机制，以及两侧对称动物原肠胚形成与核 β-catenin 积累位点联系的调控变化等 。

总的来说，这项研究通过对海葵的深入研究，揭示了 β-catenin 信号在刺胞动物中的功能，为动物早期发育和演化的研究开辟了新的方向，让我们对生命演化的奥秘有了更深入的认识。