美国生物学家扁虫种间“换头”实验获得成功

上海信裕

2015/12/08 13:24

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美国塔夫茨大学生物学家不改变基因组序列就成功诱导一种扁虫长出了另一种扁虫的头形和脑结构。这一成果表明生理线路可作为一种新的表观遗传信息，决定生物体内较大的结构。11月版的《国际分子科学》杂志对此研究做了详细介绍。

该研究发现，由基因组决定的头部形状并非固定不变，控制体内的电突触能改变基因表征，因此在某种程度上，物种间差异可以通过生物电网络来决定。

实验所用的是再生能力很强的真涡扁虫。研究人员通过打乱扁虫细胞间的缝隙连接（蛋白质通道），让它们长出了不同的头形、脑结构和成熟干细胞。他们还发现，扁虫改变头形的难易与进化有关，变形前后两个物种之间的关系越近，改变越容易。这些实验加强了物种在进化历史上的联系，也表明生理线路调节或许是进化中改变动物体型的另一种工具。

“人们普遍认为，染色质（构成染色体的遗传物质）的序列和结构决定了一种生物的体型，但新研究显示，生理网络的作用能超越物种之间所空缺的结构。”论文高级作者、塔夫茨大学再生与发育生物学中心主管迈克尔·莱文说，“通过电突触调节细胞之间的缝隙连接，我们能让一种有着正常基因组的动物长出另一种动物的头形和脑花纹。”掌握如何确定及影响机体形状非常重要，这些知识可以帮助生物学家修复生物体的出生缺陷，使其在受伤后长出新的身体结构。

以往的研究曾把几种扁虫永久性地变成了双头虫。而这次变形是暂时的，扁虫完全长出另一种头形后的几周里，会再次调整变回原来的头形，但为何如此还需进一步研究。

论文第一作者、该校生物学本科生玛雅·埃蒙斯-贝尔说，在扁虫的头再生期间，细胞间的电信号连接为种间头形的改变提供了重要信息，这种信息对推动再生医学发展，更好地理解生物进化非常重要。