生物學：基本發育過程中的遺傳變化比思想更頻繁地發展！
顯示了具有正常頭（左）和腹部（右）發育的野生型搖蚊幼蟲。圖片來源：Urs Schmidt-Ott /芝加哥大學。
芝加哥大學的科學家們報告說，新進化的基因可以在早期胚胎髮育過程中迅速控制基本功能。他們發現了一種基因，只在一組特定的果蠅中發現，它決定了發育中胚胎頭部和尾部的模式。這種新發現的基因具有與不相關的，先前已知的基因相同的發育作用，該基因在進化過程中似乎已經在某些蒼蠅家族中丟失或改變。發表在5月7日的“ 科學”雜誌上的研究結果表明，基礎生物過程遺傳學的進化變化比以前認為的更頻繁。
研究資深作者，芝加哥大學生物與解剖學副教授Urs Schmidt-Ott博士說：“推動胚胎極性的基因在蒼蠅中並不保守，它們的進化替代似乎並不罕見。” “通過新的或新進化的基因劫持這種早期發育途徑的頻率比以前認為的要高得多。”
在常見的果蠅果蠅和相關的果蠅中，基因bicoid決定胚胎的哪個末端會發育成頭部，哪個將成為尾巴。然而，大多數蒼蠅和其他昆蟲缺乏類胡蘿蔔素，並且它們如何建立這種頭對尾極性的知識卻知之甚少。早期對搖蚊（一組蚊子般的mid）的研究發現，針對胚胎前部的紫外線或RNA酶導致雙腹形成（兩個尾端而沒有頭部），這表明前卵中的局部RNA可能起到決定因素的作用。
為了確定哪些基因產物被破壞，Schmidt-Ott的團隊描述並比較了搖籃胚胎的前半部和後半部之間的基因表達水平。在數千名候選人中，該團隊確定了一個特定的基因，這似乎是形成頭對尾極性所必需的。當這個叫做panish的基因在早期的搖蚊胚胎中沉默時，發生了雙腹部形成。這些胚胎可以通過添加獨立的panish基因產物來恢復正常。
儘管panish和bicoid具有基本相同的功能，但它們在結構上是不相關的，並且在完全獨立的蒼蠅家族中發現。這兩種基因都通過調節參與遺傳模式的其他基因起作用，但是當二極管激活它們時，恐慌會抑制它們。
在這張圖片中，搖蚊幼蟲表現出異常的雙腹形成（無頭）。這個沉默的基因在這裡沉默，控制著頭部的發育。圖片來源：Urs Schmidt-Ott /芝加哥大學。
研究小組發現除了搖蚊之外的蒼蠅沒有出現過恐慌的證據，這表明panish是一種新進化的基因，它具有調節頭尾極性的功能。他們還重新檢查了類胡蘿蔔素的發生，並發現該基因在進化過程中在某些果蠅和采采蠅中反覆丟失或發生顯著改變。
儘管在早期胚胎髮育過程中頭對尾模式的重要性，但似乎調控這一過程的基因在果蠅中保存得很差，並且新基因比以前認為的更頻繁地接管這個角色。現在發現這種現象開闢了許多新的研究途徑。Schmidt-Ott和他的同事現在正在研究諸如基因如何適應新角色，為什麼如此頻繁地發生以及這些實例是否具有共同特徵等問題。
“令人驚訝的是，新進化的基因如何能夠在很短的時間內接管這種基本過程的控制，”Schmidt-Ott說。“鑑於被檢查基因組的一小部分樣本已經提出了四個獨立的基本替代，我們可能正在研究這些事件的冰山一角。”
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