重点实验室在胰岛素基因转录调控通路进化研究方面取得新进展

　　

　　5月25日，国际学术期刊Nature Communications（《自然-通讯》）在线报道了中科院实验海洋生物学重点实验室许飞副研究员与英国等科学家的合作研究成果。该研究以长牡蛎为对象，采用生物信息学和分子生物学技术证明了长牡蛎中存在Pdx-insulin调控通路，表明关键转录因子Pdx调控胰岛素基因表达的功能可以追溯到两侧对称动物的共同祖先。 

　　今年是胰岛素发现100周年，作为研究最深入的生物大分子之一，关于其起源和演化历史还有很多问题没有解决。胰岛素纯化工作的主要参与者James Collip在胰岛素发现之初就开始关注其在不同动物中的存在情况，并于1923年在双壳贝类砂海螂（Mya arenaria）中鉴定到类似胰岛素活性的物质存在。然而越来越多的研究表明，无脊椎动物和脊椎动物类胰岛素基因无论在结构还是表达模式方面均存在很大差异。尤其是线虫、果蝇等模式无脊椎动物的基因组特化严重，丢失了Pdx等人类胰岛素基因的关键转录因子。动物类胰岛素基因复杂的演化历史还需要进一步阐明。 

　　随着基因组信息的不断积累，科学家意识到海洋冠轮动物可能具有更加原始和普遍的基因组成。许飞副研究员长期以来聚焦在贝类激素调控系统，研究海洋无脊椎动物基因调控网络的演化历史。本研究系统分析了长牡蛎类胰岛素基因家族成员的结构、表达及其进化特征，发现牡蛎类胰岛素基因多样性丰富，在两侧对称动物的主要类胰岛素成员中具有广泛代表性。研究进一步通过转录组技术探讨了动物肠道系统的同源性，发现贝类和脊椎动物中肠系统具有较大的功能相似性，贝类“肝胰腺”和脊椎动物复杂的肠道系统各自独立进化，但是可能都源于表达Pdx基因的内胚层区域。通过靶向开放染色质技术鉴定到cgILP基因的转录调控区，并鉴定到cgPdx基因的结合基序。通过双荧光报告基因实验和染色质免疫共沉淀等技术证明了牡蛎Pdx和NeuroD的协同作用可以调控牡蛎cgILP的表达。

长牡蛎类胰岛素基因系统进化分析

长牡蛎类胰岛素基因表达模式分析

 

长牡蛎cgILP基因转录调控区基序解析

 

　　许飞副研究员为论文第一和通讯作者。上述研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院海洋大科学中心重点部署项目和国家留学基金的共同资助。 　　  

　　论文题目为：Evidence from oyster suggests an ancient role for pdx in regulating insulin gene expression in animals 

　　原文链接如下：https://dx.doi.org/10.1038/s41467-021-23216-7 

　　Fei Xu, Ferdinand Marlétaz, Daria Gavriouchkina, Xiao Liu, Tatjana Sauka-Spengler, Guofan Zhang, Peter WH Holland. Evidence from oyster suggests an ancient role for Pdx in regulating insulin gene expression in animals. Nature Communications.