Science发表重要基因组研究成果

在一项比较水生生物基因组的研究中，研究人员发现了让生命树分支洗牌的证据。一个多世纪以来，科学家们都认为，缺乏复杂细胞类型的简单动物从进化树上其余的动物处分出后，像神经元和肌肉一类的复杂的细胞类型都只进化了一次。来自美国国家人类基因组研究所(NHGRI)的一个研究人员小组，通过栉水母基因组研究提供了挑战这一长期观点的新证据。

　　

生物通报道  在一项比较水生生物基因组的研究中，研究人员发现了让生命树分支洗牌的证据。一个多世纪以来，科学家们都认为，缺乏复杂细胞类型的简单动物从进化树上其余的动物处分出后，像神经元和肌肉一类的复杂的细胞类型都只进化了一次。来自美国国家人类基因组研究所(NHGRI)的一个研究人员小组，通过栉水母（comb jelly）基因组研究提供了挑战这一长期观点的新证据。该研究发表在12月13日的《科学》（Science）杂志上。

研究人员通过测序、组装、注释及分析来自西太西洋沿海水域的淡海栉水母（Mnemiopsis leidyi），为这项研究奠定了基石。全基因组测序数据表明，栉水母是在海绵（一种缺乏复杂细胞类型的简单动物）之前从其余的动物处分出。研究结果还证实，诸如神经元和肌肉细胞等重要的细胞类型，要么是在进化过程中多次丧失，要么是在栉水母中独立进化而来。

在过去的30年里，研究人员一直通过对生物体进行全基因组测序来增进他们对于进化的了解。他们将构成生物体基因组的DNA化学碱基序列进行相互比较。尽管5个主要动物谱系中有4个已经获得全基因组测序数据：海绵（多孔动物门）、扁平无脊椎动物（扁盘动物门）、水母（刺胞动物门）和包括人类在内的两侧对称动物，栉水母成为了还未测序基因组的最后一个主要动物谱系。

研究的资深作者、NHGRI内部研究部门资深科学家Andy Baxevanis博士说：“从比较基因组的角度看，获得栉水母的基因组数据至关重要，它使得我们能够确定早期动物中存在的身体和结构特征。这些数据也为我们确定导致动物王国中我们所看到的、不可思议多样性的事件顺序提供了一个宝贵的窗口。”

栉水母具有肌肉细胞，然而淡海栉水母基因组的分析结果表明，栉水母缺乏在其他几乎所有动物中存在的绝大多数指定肌肉类型的基因。据研究人员所说，如此大量的肌肉基因缺失表明了，肌肉细胞是在栉水母与其余的动物分歧之后，在栉水母中独立进化。栉水母也具有称作为神经网的一种简单的神经系统，它们的基因组中也包含着许多与神经系统相关的基因。海绵也具有这些基因，表明它们本来或许有能力支撑一个神经系统，但可能丧失了这种能力。

这些研究结果导致了以一种新的方式来思考早期动物进化。论文的主要作者、NHGRI 基因组技术部分前博士后研究人员Joseph Ryan 说：“我们对淡海栉水母基因进行分析的结果完全验证了以往的研究，表明栉水母有可能是其余动物的姐妹种群。有了我们的全基因组测序数据在手，现在很清楚地知道，构成肌肉和神经系统的细胞类型要么在某些动物谱系中丧失，或尽管这些细胞非常复杂，它们可能进化了多次。”

NHGRI科学主任Daniel Kastner博士说：“扩大我们对于整个动物王国基因组的理解，对于在分子、细胞和生物体水平上了解进化适应具有重要的意义。对栉水母进行全基因组测序为我们提供了一个非传统的模型，通过这一模型或许能够更好地理解关于基因和它们的功能，包括我们自身基因组中的这些基因及其功能的新认识。”

共同作者、NISC主任Jim Mullikin博士说：“我们的研究证实了比较基因组研究有能力获取进化观点，探查基因组学和进化生物学的界面。在这一研究过程中生成的数据，也为未来的研究工作奠定了坚实的基础，无疑将促成与动物生物学特性相关的新发现。”

“从长远来看，在诸如淡海栉水母等生物体中获得的基础生物学发现，有可能为侧重于特定人类疾病的转化研究极好地奠定了基础，”Baxevanis说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

The Genome of the Ctenophore Mnemiopsis leidyi and Its Implications for Cell Type Evolution

An understanding of ctenophore biology is critical for reconstructing events that occurred early in animal evolution. Toward this goal, we have sequenced, assembled, and annotated the genome of the ctenophore Mnemiopsis leidyi. Our phylogenomic analyses of both amino acid positions and gene content suggest that ctenophores rather than sponges are the sister lineage to all other animals. Mnemiopsis lacks many of the genes found in bilaterian mesodermal cell types, suggesting that these cell types evolved independently. The set of neural genes in Mnemiopsis is similar to that of sponges, indicating that sponges may have lost a nervous system. These results present a newly supported view of early animal evolution that accounts for major losses and/or gains of sophisticated cell types, including nerve and muscle cells.