七鳃鳗是仅有的两种无颌脊椎动物之一，对美国中西部的渔业造成了严重破坏，同时也帮助科学家了解了在脊椎动物进化过程中起关键作用的两种关键干细胞的起源。美国西北大学的生物学家已经确定了调控这些干细胞的基因网络的进化时间，并深入了解了造成七鳃鳗下颚缺失的原因。
对七鳃鳗的研究有助于深入了解脊椎动物的进化，突出了干细胞基因网络与有颌脊椎动物的相似性，并解释了颌形成的差异。这些入侵的吸血鱼"可能是了解我们从哪里来的关键"。资料来源：T. Lawrence，五大湖渔业委员会A
这两种细胞--多能胚泡细胞（或胚胎干细胞）和神经嵴细胞--都具有"多能性"，这意味着它们可以变成人体内所有其他类型的细胞。
在一篇新论文中，研究人员将七鳃鳗的基因与有颚水生蛙类的基因进行了比较。这项研究利用比较转录组学揭示了无颌脊椎动物和有颌脊椎动物惊人相似的多能性基因网络，甚至在关键调控因子的转录本丰度水平上也是如此。
但是，研究人员也发现了一个关键的区别。虽然这两个物种的胚泡细胞都表达pou5基因，这是一种关键的干细胞调节因子，但该基因在七鳃鳗的神经嵴干细胞中没有表达。失去这一因子可能限制了神经嵴细胞形成有颌脊椎动物（有脊柱的动物）中的细胞类型的能力，这些细胞类型构成了头部和下颌骨骼。
这项研究最近发表在《自然生态与进化》杂志上。
通过比较无颌脊椎动物和有颌脊椎动物的生物学特征，研究人员可以深入了解包括人类在内的脊椎动物特征的进化起源，基因表达的差异如何导致身体结构的关键差异，以及所有脊椎动物的共同祖先是什么样子。
西北大学的 Carole LaBonne 是这项研究的负责人，她说："七鳃鳗可能是了解我们从何而来的关键。在进化生物学中，如果你想了解一个特征来自哪里，你就不能向前看那些已经独立进化了 5 亿年的更复杂的脊椎动物。你需要向后看，无论你研究的动物类型的最原始版本是什么，这让我们回到了鲶鱼和七鳃鳗--无颌脊椎动物最后的活体例子。"
作为发育生物学专家，LaBonne 是温伯格文理学院分子生物科学教授。她担任 Erastus Otis Haven 讲座教授，是美国国家科学基金会（NSF）新成立的西蒙斯国家生物学理论与数学研究所的领导成员之一。
LaBonne和她的同事之前证明，神经嵴细胞的发育起源与保留控制胚泡干细胞多能性的基因调控网络有关。在新的研究中，他们探索了这两种干细胞群之间联系的进化起源。
"神经嵴干细胞就像一套进化乐高玩具，"拉博内说。"它们会变成各种不同类型的细胞，包括神经元和肌肉，而所有这些细胞类型的共同点是在神经嵴内有着共同的发育起源。"
胚泡阶段的胚胎干细胞在胚胎发育过程中会迅速失去多能性，并局限于不同的细胞类型，而神经嵴细胞则在发育后期保持着控制多能性的分子工具包。
拉博恩的研究小组在鳗鱼胚泡细胞中发现了一个完全完整的多能性网络，这种干细胞在无颌脊椎动物中的作用一直是一个未决问题。这意味着有颌脊椎动物和无颌脊椎动物的胚泡和神经嵴干细胞群在脊椎动物的基础上共同进化。
西北大学博士后研究员、第一作者约书亚-约克（Joshua York）观察到，七鳃鳗和爪蟾之间"相似之处多于不同之处"。
约克说："虽然大多数控制多能性的基因都在七鳃鳗神经嵴中表达，但其中一个关键基因--pou5--的表达却从这些细胞中消失了。令人惊讶的是，尽管pou5在七鳃鳗的神经嵴中没有表达，但当我们在青蛙中表达它时，它却能促进神经嵴的形成，这表明这个基因是我们最早的脊椎动物祖先中存在的古老多能性网络的一部分"。
这项实验还帮助他们推测，这种基因是在某些生物中丢失的，而不是有颌脊椎动物后来发展出来的。
"这项研究的另一个引人注目的发现是，尽管这些动物之间相隔了5亿年的进化时间，但促进多能性所需的基因的表达水平却受到了严格的限制，"LaBonne说。"最大的未解之谜是，为什么？"
编译自/ScitechDaily