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干細胞動物園包括來自人類、小鼠、狨猴、犀牛、牛和兔子的細胞。圖片來源：歐洲分子生物學實驗室
科技日報記者?張夢然
歐洲分子生物學實驗室團隊揭示了生化反應速度的差異是導致小鼠和人類時鐘差異的原因。為了確定這一發(fā)育原則，研究人員利用“干細胞動物園”重現(xiàn)了除小鼠和人類之外的4種哺乳動物的節(jié)段時鐘。研究成果發(fā)表在最新一期《細胞·干細胞》上。
人類的孕期持續(xù)約10個月，而小鼠只有20天，犀牛則長達17個月。許多哺乳動物物種在胚胎發(fā)育過程中經(jīng)歷了相同的階段，但發(fā)育速度卻大不相同。另一個在時間上因物種而異的例子是脊椎動物體軸（脊柱）的形成。椎骨和肋骨的身體節(jié)段的形成稱為體節(jié)，由被稱為節(jié)段時鐘的機制控制。節(jié)段時鐘是一組振蕩的基因，每個振蕩控制一對體節(jié)的形成。振蕩的頻率因物種而異，與小鼠相比，人類的振蕩頻率要長2到3倍。
研究人員此次創(chuàng)建了一個“干細胞動物園”，就像來自多個物種的干細胞庫，用于研究和比較不同發(fā)育事件。團隊從狨猴、兔、牛和犀牛4種哺乳動物身上收集了胚胎干細胞和誘導多能干細胞，將其添加到現(xiàn)有的人類和小鼠細胞庫中。這是一次前所未有的多樣化物種抽樣研究。
小組重點分析了4個新增物種的節(jié)段時鐘的差異。他們將胚胎和誘導多能干細胞分化為體前中胚層樣細胞，這些細胞將產(chǎn)生脊柱、肋骨和骨骼肌。令人驚訝的是，每個物種的平均體重與其節(jié)段時鐘周期之間沒有相關性，同樣，妊娠長度與節(jié)段時鐘周期也無關。
相反，節(jié)段時鐘周期卻與胚胎發(fā)生的持續(xù)時間密切相關，這或許意味著節(jié)段時鐘可作為一個很好的系統(tǒng)來理解跨物種的胚胎發(fā)育時間。
研究確認，這4種哺乳動物在生化反應速度上也表現(xiàn)出差異，與節(jié)段時鐘周期高度相關。這表明生化速率的變化，可能是控制發(fā)育節(jié)奏的一般機制。其為理解不同物種發(fā)育速度差異背后的機制提供了具體線索。
總編輯圈點
犀牛比狨猴重一萬倍，但它們倆共享祖先傳下來的發(fā)育機制。哺乳動物內(nèi)置的基因調(diào)控機制是高度保守的。這與基因振蕩的物種特異性時間形成鮮明對比，而基因振蕩是身體正常發(fā)育的基礎。是什么導致了這些關鍵的時間差異一直是一個謎，但正在慢慢解開。科學家正在觸及復雜生命最底層的編碼機制，其中一定有一些奇異之處，是我們完全沒有預料的。
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