用水母的眼睛窥视进化的内部运作

2022-04-20新闻资讯

红眼水母

XPL-40矿相分析偏光显微镜
XPL-40矿相分析偏光显微镜

这种叫做Polyorchis pencillatus的小水母被称为红眼水母。它的多只眼睛,称为单眼,可以在触手的基部看到,含有感光细胞和红色素。来源:安娜·克洛彭

有些水母的眼睛很单纯;有些有复杂的。其他水母根本没有眼睛。事实上,最近的研究表明,不同物种的水母眼睛在几千年来以不同的方式分别独立地进化了很多次,这使它们成为更好地了解这种性状如何在遗传上表达自己的理想模型。

现在,包括堪萨斯大学生态与进化生物学教授 Paulyn Cartwright 在内的一组研究人员;德克萨斯 A&M 大学的 Maria Pia Miglietta,加尔维斯顿;加州大学圣巴巴拉分校的首席首席研究员托德·奥克利 (Todd Oakley) 获得了美国国家科学基金会的资助,以研究水母眼“收敛”——生命历史上的重复事件——如何提供一个窗口,了解进化是如何在遗传、细胞和形态学水平。

NSF 赠款的 KU 部分总计 494,890 美元。

“眼睛在水母体内独立进化了多次,”卡特赖特说。“我们早就知道,并非所有动物都有眼睛的单一起源,但对它们在水母中独立进化的次数感到惊讶。”

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现在,卡特赖特和她的合作者计划对进化模式进行科学的“深入研究”,以发现水母每次进化时是否使用其遗传工具包的相同或不同方面来构建眼睛。

研究人员计划重建一个详细的 Medusozoa(刺胞动物门中的进化枝)的系统发育树,以追踪水母眼睛的进化历史,并使用比较转录组和单细胞RNA测序来确定会聚眼睛遗传途径的异同。

“水母是一个非常好的系统,因为它们有各种各样的眼睛,从简单的感光细胞簇到非常复杂的眼睛——可以形成图像并具有晶状体、角膜和视网膜的相机型眼睛——从表面上看,它们看起来与脊椎动物相同,”卡特赖特说。

在她的 KU 实验室中,她计划分析许多种类的水母,以确定在不同水母眼睛的单个细胞中表达的所有基因,并找出不同水母实例之间共有的内容以及它们的基本遗传构件发生了什么变化。

“细胞本身有自己的特征,它们实际上是许多不同基因表达的结果——所以有时我们可能会通过查看单个基因而错过整体模式,”KU 研究人员说。“但如果我们查看细胞中表达的所有基因以及特定结果是什么,这可能会给我们提供不同水平的信息。这就是为什么看看所有这些不同的层次,看看有什么相似之处和改变了什么,以真正帮助我们理解这个非常复杂的问题。水母是一个很好的系统,因为它们非常适合这些类型的实验。我们可以查看单个基因以及它们是如何表达的;我们可以全面查看这些细胞中表达的所有基因;

NSF 新拨款下的部分工作将包括前往水母生物多样性的热点巴拿马收集标本。Cartwright 和她的同事将利用他们的研究成果来构建更详细的水母系统发育树或进化史。

“水母种类繁多——有几千种,”卡特赖特说。“揭示它们确切的进化历史确实具有挑战性,部分原因是这种多样化发生在十亿多年前。另一个挑战是对这些生物进行采样。他们中的许多人生活在深海的公海环境中,其中一些非常小而且很难找到。因此,我们正在研究一个多样化且难以抽样的群体中的古代分歧时间。这是我职业生涯至少过去 20 年一直在努力的挑战,所以我们在基因组学时代感到非常兴奋,因为获得更多数据并能够对更多基因进行测序并抛出更多DNA预计这个问题的序列在解决刺胞动物之间的一些关系方面非常有希望。”

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