生物学：基本发育过程中的遗传变化比思想更频繁地发展！
显示了具有正常头（左）和腹部（右）发育的野生型摇蚊幼虫。图片来源：Urs Schmidt-Ott /芝加哥大学。
芝加哥大学的科学家们报告说，新进化的基因可以在早期胚胎发育过程中迅速控制基本功能。他们发现了一种基因，只在一组特定的果蝇中发现，它决定了发育中胚胎头部和尾部的模式。这种新发现的基因具有与不相关的，先前已知的基因相同的发育作用，该基因在进化过程中似乎已经在某些苍蝇家族中丢失或改变。发表在5月7日的“ 科学”杂志上的研究结果表明，基础生物过程遗传学的进化变化比以前认为的更频繁。
研究资深作者，芝加哥大学生物与解剖学副教授Urs Schmidt-Ott博士说：“推动胚胎极性的基因在苍蝇中并不保守，它们的进化替代似乎并不罕见。” “通过新的或新进化的基因劫持这种早期发育途径的频率比以前认为的要高得多。”
在常见的果蝇果蝇和相关的果蝇中，基因bicoid决定胚胎的哪个末端会发育成头部，哪个将成为尾巴。然而，大多数苍蝇和其他昆虫缺乏类胡萝卜素，并且它们如何建立这种头对尾极性的知识却知之甚少。早期对摇蚊（一组蚊子般的mid）的研究发现，针对胚胎前部的紫外线或RNA酶导致双腹形成（两个尾端而没有头部），这表明前卵中的局部RNA可能起到决定因素的作用。
为了确定哪些基因产物被破坏，Schmidt-Ott的团队描述并比较了摇篮胚胎的前半部和后半部之间的基因表达水平。在数千名候选人中，该团队确定了一个特定的基因，这似乎是形成头对尾极性所必需的。当这个叫做panish的基因在早期的摇蚊胚胎中沉默时，发生了双腹部形成。这些胚胎可以通过添加独立的panish基因产物来恢复正常。
尽管panish和bicoid具有基本相同的功能，但它们在结构上是不相关的，并且在完全独立的苍蝇家族中发现。这两种基因都通过调节参与遗传模式的其他基因起作用，但是当二极管激活它们时，恐慌会抑制它们。
在这张图片中，摇蚊幼虫表现出异常的双腹形成（无头）。这个沉默的基因在这里沉默，控制着头部的发育。图片来源：Urs Schmidt-Ott /芝加哥大学。
研究小组发现除了摇蚊之外的苍蝇没有出现过恐慌的证据，这表明panish是一种新进化的基因，它具有调节头尾极性的功能。他们还重新检查了类胡萝卜素的发生，并发现该基因在进化过程中在某些果蝇和采采蝇中反复丢失或发生显着改变。
尽管在早期胚胎发育过程中头对尾模式的重要性，但似乎调控这一过程的基因在果蝇中保存得很差，并且新基因比以前认为的更频繁地接管这个角色。现在发现这种现象开辟了许多新的研究途径。Schmidt-Ott和他的同事现在正在研究诸如基因如何适应新角色，为什么如此频繁地发生以及这些实例是否具有共同特征等问题。
“令人惊讶的是，新进化的基因如何能够在很短的时间内接管这种基本过程的控制，”Schmidt-Ott说。“鉴于被检查基因组的一小部分样本已经提出了四个独立的基本替代，我们可能正在研究这些事件的冰山一角。”
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