Nature首发成果：神奇共同性

　　生物通报道：在一个单细胞合子发育成一个成熟植物胚胎的历程里，拟南芥经历了一个阶段——从系统发生学上说，会选择非常古老的基因优先表达，这与近期研究发现的动物体内的相似胚胎发育阶段相符，也符合十九世纪的动物学家提出的一个观点，即所有物种，至少是所有脊椎动物中胚胎发育的某个阶段看起来非常相似。

来自德国的科学家完成的这项研究意义重大，因为它指出尽管动物和植物的形态发育很不相同，但是它们在从一个单细胞合子变为一个多细胞生物体的过程中，都独立地形成了一套相似的管理基因表达的方式。这篇文章公布在Nature杂志上，并被选为封面文章重点推荐。

Leibniz植物生物化学研究院的研究人员指出这项研究揭示出了植物胚胎发育的“沙漏模型”（即相关物种中胚胎的出现在发育过程中途发生融合，之后又分开，这个现象被称为“发育沙漏”），为进一步研究胚胎发育进化提供了突破性的基础理论进展。

十九世纪早期， Meckel-Serrès 和von Baer等人发展出的比较胚胎学，就脊椎动物的胚胎发育，提出了这方面的一些基础理论，比如通过分析鸡的胚胎发育、胚层形成过程和脊椎动物器官发生的主要阶段，发现了脊椎动物的胚胎在早期极其相似。这种理论称为胚胎“沙漏”，但这一理论的瓶颈在于这种所谓的系统发生阶段是否真的存在？

近期的两项研究分别聚焦于斑马鱼和果蝇的胚胎，提出了沙漏模型的一些证据，他们利用对比方法对这个模型进行了验证，并为其提供了支持。在该系统发生阶段所表达的基因在演化上比在其他阶段所表达的基因更古老、更保守。

而最新的这篇文章则提供了拟南芥中的相关证据，证明了植物中也存在分子胚胎发育沙漏，研究人员采用了两种互补的方法，完成了验证。研究意义尤为重要，因为如果缺少了基于植物形态特征的沙漏模型，将意味着形态学和分子模式可能会脱节。

因此将这一研究成果与此前动物的研究成果结合起来，就证明了分子沙漏的趋同进化，以及胚胎发育整个王国中的保守性逻辑。

（生物通：张迪）

原文摘要：

A transcriptomic hourglass in plant embryogenesis

Animal and plant development starts with a constituting phase called embryogenesis, which evolved independently in both lineages1. Comparative anatomy of vertebrate development—based on the Meckel-Serrès law2 and von Baer’s laws of embryology3 from the early nineteenth century—shows that embryos from various taxa appear different in early stages, converge to a similar form during mid-embryogenesis, and again diverge in later stages. This morphogenetic series is known as the embryonic ‘hourglass’4, 5, and its bottleneck of high conservation in mid-embryogenesis is referred to as the phylotypic stage6. Recent analyses in zebrafish and Drosophila embryos provided convincing molecular support for the hourglass model, because during the phylotypic stage the transcriptome was dominated by ancient genes7 and global gene expression profiles were reported to be most conserved8. Although extensively explored in animals, an embryonic hourglass has not been reported in plants, which represent the second major kingdom in the tree of life that evolved embryogenesis. Here we provide phylotranscriptomic evidence for a molecular embryonic hourglass in Arabidopsis thaliana, using two complementary approaches. This is particularly significant because the possible absence of an hourglass based on morphological features in plants suggests that morphological and molecular patterns might be uncoupled. Together with the reported developmental hourglass patterns in animals, these findings indicate convergent evolution of the molecular hourglass and a conserved logic of embryogenesis across kingdoms.