沉默 β-catenin1对涡虫再生的影响：头部再生能力的演化差异

研究人员探究 β-catenin 在涡虫再生中的作用，发现 β-catenin1影响尾再生，且涡虫头部再生能力在演化上存在差异。

　　在神秘的生物世界里，再生能力一直是令人着迷的研究方向。从神话中不死的九头蛇，到现实中能够断尾重生的壁虎，生物的再生现象激发着人们无尽的好奇。在扁形动物门中，涡虫的再生能力尤为突出，它们似乎拥有一种神奇的 “魔力”，能够在身体受损后迅速修复，重新长出缺失的部分。然而，目前对于涡虫再生的分子机制，尤其是 β-catenin 在其中的作用，科学家们的了解还十分有限。过往研究虽已揭示 β-catenin 在一些生物的胚胎发育和再生中起着关键作用，但在扁形动物中，其功能和特性仍迷雾重重。为了深入探索这一神秘领域，来自奥地利因斯布鲁克大学（University of Innsbruck）的研究人员开展了一项关于 β-catenin 在涡虫（Macrostomum lignano）再生过程中作用的研究。该研究成果发表在《Discover Developmental Biology》上，为我们理解涡虫再生的奥秘打开了新的窗口。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是基因鉴定和系统发育分析，通过从多种涡虫及其他生物中获取 β-catenin 同源序列，构建系统发育树，探究其进化关系。其次，运用 RNA 提取、cDNA 合成和克隆技术，获取目的基因。然后，进行双链 RNA（dsRNA）合成，用于基因敲低实验。再生实验则通过设置不同的截肢水平和处理条件，观察涡虫的再生情况。此外，还利用 RT-qPCR 技术检测基因表达水平，BrdU 标记实验研究细胞增殖，以及全组织原位杂交（WISH）技术观察 β-catenin₁的表达模式。

研究结果主要体现在以下几个方面：

1. β-catenin 的分子系统发育：研究发现，除了 Catenulida（链涡虫目）的物种只有一个 β-catenin 同源物外，大多数 Rhabditophora（单肠目）的涡虫至少有两个 β-catenin 同源物。在 M. lignano 中存在三个 β-catenin 同源物，分别命名为 Mlig-β-catenin₁、Mlig-β-catenin_2a和 Mlig-β-catenin_2b。系统发育分析表明，Rhabditophora 的 β-catenin 基因发生了复制，这一现象可能起源于其共同祖先。
2. β-catenin 同源物的结构特征：对 M. lignano 的三个 β-catenin 同源物进行氨基酸序列分析，发现 Mlig-β-catenin₁含有保守的 GSK3β - CK1α 结构域，暗示它可能参与 Wnt 信号转导；Mlig-β-catenin_2a和 Mlig-β-catenin_2b则保留了与细胞粘附相关的结构域，可能在粘附连接中发挥结构作用。
3. 基因敲低对再生的影响：敲低 Mlig-β-catenin₁会抑制涡虫后段再生过程中的尾芽形成和尾巴再生，在部分实验中，处理后的涡虫虽能再生出尾巴，但出现了异形尾巴，如多尾或错位尾。而敲低 Mlig-β-catenin_2a和 Mlig-β-catenin_2b对后段再生没有明显影响。同时，无论是单敲、双敲还是三敲 Mlig-β-catenin 同源物，都无法诱导涡虫前段再生出头部。
4. 细胞增殖与 β-catenin₁的关系：通过 BrdU 标记实验发现，敲低 Mlig-β-catenin₁后，涡虫伤口处的增殖细胞数量显著减少，这表明 β-catenin₁在涡虫再生过程中对细胞增殖起着重要作用，可能是从伤口愈合到芽基形成过程中的关键信号分子。
5. β-catenin₁的表达模式：WISH 实验显示，Mlig-β-catenin₁在稳态涡虫中的表达广泛，在性腺和发育中的卵子中信号较强，但在表皮和尾板中不表达。在再生过程中，后段再生的涡虫在截肢后 1 天，后端的表达略有增加；前段再生的涡虫伤口闭合后，表达没有变化。

研究结论和讨论部分指出，β-catenin₁在 Rhabditophora 的涡虫中具有保守的指定后部身份的作用，是尾巴再生所必需的。然而，与一些扁形动物不同，M. lignano 在敲低 β-catenin₁后无法再生出头部，这表明头部再生能力在扁形动物中并非普遍存在，可能是扁形动物中部分类群如涡虫纲特有的衍生特征。此外，Mlig-β-catenin_2a和 Mlig-β-catenin_2b在转录水平降低后没有明显的表型变化，结合其结构特征，推测它们可能作为粘附连接的结构成分，而非参与轴形成的信号成分。

总的来说，这项研究深入探讨了 β-catenin 在涡虫再生中的作用，揭示了不同 β-catenin 同源物的功能差异，以及涡虫再生能力在进化上的独特性。这不仅丰富了我们对涡虫再生分子机制的理解，也为进一步研究动物再生的演化提供了重要线索，为相关领域的研究开辟了新的方向。