一个微小而奇怪的海洋动物如何在一生中产生无限的卵子和精子

时间:2020-04-11 17:52 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

一个微小而奇怪的海洋动物如何在一生中产生无限的卵子和精子

一种鲜为人知的海洋生物通常生长在寄居蟹壳上,这听起来似乎不太可能成为研究人员的研究对象,但这种动物有一种罕见的能力——它可以在一生中制造卵子和精子。这种动物叫Hydractinia,它之所以这样做是因为它产生的生殖细胞是卵子和精子的前体,在它的一生中不停地产生。研究这种独特的能力可以为了解人类生殖系统的发展和以生殖为基础的条件和疾病的形成提供见解。

“通过简单的生物体的基因组测序和学习更容易操纵在实验室里,我们已经能够梳理出重要的见解关于潜在生物生殖细胞的命运determination-knowledge可能最终帮助我们更好地理解人类生殖障碍的的过程,”安迪Baxevanis博士,国家人类基因组研究所的主任(NHGRI)计算基因组学单元和该论文的作者之一。NHGRI是美国国立卫生研究院的一部分。

在发表在《科学》杂志上的一项研究中,合作者在NHGRI,爱尔兰国立大学,高威,惠特尼和佛罗里达大学的海洋生物科学实验室,奥古斯汀报告,激活的基因在成人干细胞Tfap2 Hydractinia可以把这些细胞变成生殖细胞的周期可以没完没了地重复。

相比之下,人类和大多数其他哺乳动物一生中只产生一次特定数量的生殖细胞。因此,对于这类物种,来自预定数目的生殖细胞的卵子和精子可以在很长一段时间内形成,但其数量是有限的。一个国际研究团队一直在研究Hydractinia的基因组,以了解这种特殊的生殖能力是如何产生的。

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Hydractinia是群居动物,与水母和珊瑚关系密切。虽然Hydractinia在生理上与人类不同,但它的基因组中含有数量惊人的与人类疾病基因相似的基因,这使它成为研究与人类生物学和健康相关问题的一个有用的动物模型。

水螅虫菌落有进食性息肉和性息肉,是它们身体结构的一部分。这种特殊的性息肉产生卵子和精子,使它们在功能上与人类的性腺相似。

在人类胚胎发育过程中,一小部分最终会成为配子的生殖细胞被保留下来,而人类一生中产生的所有精子或卵子都是这些最初的少数生殖细胞的后代。由于人类没有能力补充原始的生殖细胞,这些生殖细胞的丢失会导致不育。

在另一项研究中,NHGRI的巴克斯瓦尼斯博士和惠特尼实验室的克里斯汀施尼茨勒博士完成了首次Hydractinia基因组测序。在这项研究中,研究人员利用这些信息来仔细检查有机体的基因组,以寻找为什么我们与最遥远的动物亲戚之一之间的生殖能力有如此显著的差异的线索。

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巴克斯瓦尼斯博士说:“有了这种高质量的全基因组序列数据,我们可以迅速缩小范围,找到特定的基因,或者是让Hydractinia的干细胞变成生殖细胞的基因。”

研究人员比较了水螅虫取食和性结构中的基因行为。他们发现Tfap2基因在性息肉中比在进食息肉中更活跃,无论在雄性还是雌性。这是一条线索,表明该基因可能对生殖细胞的产生很重要。

科学家们随后证实,Tfap2确实是控制生殖细胞永久生产过程的开关。研究人员使用CRISPR-Cas9基因编辑技术从Hydractinia中去除Tfap2,并测量其对生殖细胞产生的影响。他们发现从Hydractinia中去除Tfap2可以阻止生殖细胞的形成,支持了Tfap2控制生殖过程的理论。

研究人员还想知道Tfap2是否影响特定细胞转化为生殖细胞。他们的分析表明,Tfap2只会使水化放线菌中的成体干细胞转化为生殖细胞。

有趣的是,Tfap2基因除了参与无数其他过程外,还调节人类生殖细胞的产生。然而,在人类中,生殖细胞在发育早期就与非生殖细胞分离。然而,尽管Hydractinia和人类之间存在巨大的进化距离,但它们都有一个关键基因,可以将干细胞转化为生殖细胞。

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