李光副教授課題組在Nature Ecology & Evolution上發(fā)文揭示Hedgehog信號在脊索動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)階梯式演化中的作用
2020年7月14日，細胞應(yīng)激生物學(xué)國家重點實驗室、廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李光副教授課題組在《Nature Ecology & Evolution》在線發(fā)表題為“Step-wise evolution of neural patterning by Hedgehog signalling in chordates”的研究論文。
脊椎動物是現(xiàn)存生物中器官結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的類群，其中尤以中樞神經(jīng)系統(tǒng)最為突出。揭示脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)如何起源一直是進化發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的重要課題，而要回答該問題，需要對低等生物，特別是脊椎動物近親無脊椎動物的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生機制開展研究。Hh信號是調(diào)控脊椎動物神經(jīng)管背腹圖式形成的關(guān)鍵信號通路之一。在脊椎動物胚胎發(fā)育中，Hh蛋白由脊索和神經(jīng)管基板（floor plate）細胞合成分泌，并在神經(jīng)管中形成由腹側(cè)向背側(cè)濃度依次降低的梯度。受此影響，神經(jīng)管背腹不同區(qū)域細胞分別表達不同類型的轉(zhuǎn)錄因子，并進而通過它們之間的相互抑制作用，促進不同類型神經(jīng)元前提細胞在不同區(qū)域分化。所以，揭示Hh信號在脊椎動物近源物種神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的功能將是闡述脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)起源的重要切入點。
該研究通過對Hh信號在文昌魚（脊椎動物近親之一）神經(jīng)管發(fā)生中的作用分析發(fā)現(xiàn)，該信號只參與文昌魚部分運動神經(jīng)元和Err陽性神經(jīng)元的發(fā)育調(diào)控，且其下游轉(zhuǎn)錄因子在文昌魚神經(jīng)發(fā)生中不具有相互抑制作用。據(jù)此，論文提出，Hh參與脊椎動物神經(jīng)管背腹圖式形成功能是在脊索動物進化過程中分步實現(xiàn)的：首先，在脊索動物祖先中，Hh被募集到脊索和神經(jīng)管腹側(cè)表達，并在那里參與部分運動神經(jīng)元的發(fā)生，接著，在脊椎動物祖先中，Hh被進一步招募參與更多神經(jīng)發(fā)育相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，并進而促成它們之間形成相互抑制調(diào)控關(guān)系，參與脊椎動物不同神經(jīng)元前體細胞分化。該研究因而為揭示脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)起源提供了重要線索。這是該課題組在系統(tǒng)闡述Hh信號參與文昌魚左右不對稱建立機制（Development, 2017; Development, 2020）后，對文昌魚Hh信號另一胚胎發(fā)育功能的深入探討。
該論文由牛津大學(xué)動物學(xué)系和廈門大學(xué)生科院合作完成，我院2015級博士生任瓊瓊和2019級博士生鐘燕泓為該論文的共同第一作者，李光副教授、Sebastian M. Shimeld教授及王義權(quán)教授為為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委中英聯(lián)合項目和國家自然科學(xué)基金委面上項目等的資助。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41559-020-1248-9
（生命科學(xué)學(xué)院）
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