長久以來，科學家受到一個問題的困擾：在進化過程中,，控制胚胎發(fā)育的基因調(diào)控程序是一次性“創(chuàng)生”多次利用,，還是在不同物種中各自形成了不同的新程序？最近,，澳大利亞和美國的一個聯(lián)合小組通過對一種關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點的研究發(fā)現(xiàn),，調(diào)控生物中胚層發(fā)育的基因程序一直是被“循環(huán)利用”的，而不是動物們各自的獨創(chuàng),。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《自然·遺傳學》上,。
生物的每個細胞中遺傳信息都是一樣的。不同細胞之所以顯出不同的性質(zhì),，是因為基因活性受到遺傳程序的調(diào)控,，通過基因開關(guān)，形成了肌肉,、骨骼,、肝臟及其他多種類型細胞,。胚胎發(fā)育過程有著嚴格的時間和空間次序，基因程序控制著這種次序性,，使DNA（脫氧核糖核酸）上的一維信息逐漸發(fā)展成生物體的三維結(jié)構(gòu),。胚胎干細胞定向逐級分化由復雜的調(diào)控網(wǎng)絡控制，涉及多個功能基因開啟與關(guān)閉,，轉(zhuǎn)錄因子在決定基因是否表達及轉(zhuǎn)錄效率中起重要作用,。
聯(lián)合小組選擇了6種不同果蠅，研究一種名為Twist的轉(zhuǎn)錄因子在它們胚層發(fā)育過程中的作用機制,。中胚層是所有高等生物胚胎的三個基本起源細胞層之一,。中胚層細胞會分化成肌肉細胞、心臟細胞,、結(jié)締組織和骨骼組織等,。研究發(fā)現(xiàn)，Twist在不同種類果蠅DNA上的所有結(jié)合位點都是相似的,，而且Twist通過和其搭檔轉(zhuǎn)錄因子相互作用,，能在恰當?shù)奈恢门cDNA結(jié)合。
論文作者之一,、維也納分子病理學研究所系統(tǒng)生物學家亞歷山大·斯達克解釋說,，這6種果蠅中，有些基因和人類的相似度很高,，而另一些基因則與人類差異很大,。這表示，調(diào)控中胚層發(fā)育的程序在進化中一直是被“循環(huán)利用”的,，而不是不同的動物分別進化出不同的程序,。深入理解這些機制，有助于我們理解人類等高等生物是如何發(fā)育的,，基因調(diào)控程序中的缺陷如何導致癌癥等疾病,。（生物谷Bioon.com）
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Nature Genetics, 2011; DOI: 10.1038/ng.808
High conservation of transcription factor binding and evidence for combinatorial regulation across six Drosophila species
Qiye He, Anaïs F Bardet, Brianne Patton, Jennifer Purvis, Jeff Johnston, Ariel Paulson, Madelaine Gogol, Alexander Stark, Julia Zeitlinger
The binding of some transcription factors has been shown to diverge substantially between closely related species. Here we show that the binding of the developmental transcription factor Twist is highly conserved across six Drosophila species, revealing strong functional constraints at its enhancers. Conserved binding correlates with sequence motifs for Twist and its partners, permitting the de novo discovery of their combinatorial binding. It also includes over 10,000 low-occupancy sites near the detection limit, which tend to mark enhancers of later developmental stages. These results suggest that developmental enhancers can be highly evolutionarily constrained, presumably because of their complex combinatorial nature.
