进化过程中，何以维持神经系统保守性？（图）

　　

进化过程中，神经系统何以维持保守性？（图）

 

生物通报道：来自加州大学的研究小组最近获得了一项颠覆性发现：果蝇和包括人类在内的脊椎动物的神经系统起源于进化过程早期的共同祖先。文章刊登于9月12日《Public Library of Science Biology》。

 

研究人员发现，一种叫做BMP的胚胎蛋白在果蝇胚胎和鸡胚中发挥相同的作用：控制处于发育过程早期的胚胎细胞及时打开、关闭一些基因，指定具有同一性的细胞向中枢神经系统的三个主要亚区发育。研究结果为早期神经发育提供了一个统一的模型，至少其中起源于大约五千万年前共同祖先的、负责神经图式形成（neural patterning）的部分机制是保守的。

 

加州大学圣迭戈分校（UCSD）生物学教授、论文初级作者Ethan Bier 说：“我们已经有证据表明：BMP对于顺着脊椎动物和无脊椎动物神经系统背/腹轴（dorsal-ventral axis）建立基因表达图式（pattern of gene expression，生物通编者译）具有重要作用。如今的实验结果提示基因表达图式形成具有保守性，是来自于同一个祖先的，而不像以前认为的那样是分别起源的。”

 

复杂有机体发育早期，当还是一个无法辨认的细胞团的时候，BMP的浓度梯度负责将胚胎分区为神经系统组织和非神经系统组织。在这个阶段（术语为神经诱导，neural induction），含有高浓度BMP的神经系统区域发育受到抑制，最终成为非神经系统组织。这使BMP成为进化保守性的最佳实例之一。然而在神经组织进一步向三个不同区域分化的过程中，BMP是否继续发挥作用还不为人知。

 

神经标志基因（neural identity genes，生物通编者译）会根据BMP的诱导而以相同的方式被激活，曾一度被认为可以用来区分操作果蝇和脊椎动物图式形成的机制。但是，脊椎动物中对图式形成起关键作用的是一种叫做Hedgehog 的蛋白，无脊椎动物中发挥相同作用的是一种叫做Dorsal的蛋白。

 

论文主要作者、UCSD生物学博士后研究员Mieko Mizutani说：“因为Dorsal蛋白浓度梯度的支配性作用，使直接检测BMP在果蝇神经组织模式形成中的作用受到干扰。消除Dorsal又会导致胚胎没有任何神经组织生成。因此我们必须利用遗传学手段得到Dorsal浓度均一的胚胎，然后我们观察BMP浓度梯度是怎样影响神经图式形成的。这项技术总共花费了我们4年的时间，有助于进一步研究基因组中的众多基因是成组开启和关闭的机制。”（未完 ，待续）

Fruit fly embryo with colors indicating a localized perturbation in the activation of three genes that determine neural identities.