脊椎动物的器官结构是生物体中最复杂的，脊椎动物中枢神经系统的起源和进化一直是发育生物学领域的重要课题。在7月14日在线发表的第《自然—生态与进化》号研究中，科学家阐明了脊椎动物祖先文昌鱼——神经系统分化的关键步骤，并确定了其与脊椎动物在分化方面的差异。这些差异可能就是原因。脊椎动物中枢神经系统如此复杂的一个重要原因。
而这一切，都与一个叫做“刺猬”的基因密切相关。
在文昌鱼中寻找“刺猬”
论文通讯作者之一、厦门大学生命科学学院副教授李光表示，刺猬基因（Hhh）广泛存在于昆虫、哺乳动物等多种动物群体中，并存在于多个器官中。它存在于组织中并在发育过程中发挥重要作用。
“Hh基因最早在果蝇中发现。Hh基因呈球形，表面布满刚毛，形似刺猬，所以被称为‘刺猬基因’。”李光说。由脊索和神经组成的基底层细胞合成、分泌并从该中心向外周扩散，形成浓度梯度，影响周围组织和神经管等器官细胞的分化。
为了研究Hh基因在文昌鱼神经系统发育中的作用，李光与厦门大学生命科学学院王益全教授等人建立了文昌鱼Hh基因和其他基因的突变体。他与英国牛津大学动物学系的Sebastian M.教授合作，发现参与神经管形成的Hh基因的功能在脊索动物的进化过程中分阶段发展。 ”。
首先，在脊索动物祖先中，Hh基因开始在脊索和神经管腹侧表达，并参与一些运动神经元的生成。后来，在脊椎动物进化的早期阶段，Hh基因参与了更多与神经发育相关的转录本的调节。
“虽然Hh基因可以在文昌鱼神经管的脊索和腹侧部分表达，但它只参与控制文昌鱼神经管腹侧的运动神经元和Err基因阳性神经元的发育。”我们认为这些差异可能是脊椎动物中枢神经系统高度复杂的重要原因。”李光说。
早期脊椎动物的进化仍然是个谜
值得一提的是，本研究使用的文昌鱼Hh突变模型属世界首创。
“果蝇和秀丽隐杆线虫是目前研究最深入的无脊椎动物模型，但它们的神经系统与脊椎动物的神经系统有很大不同，为探索该系统的起源提供的信息相对有限。”
文昌鱼是无脊椎动物向脊椎动物进化过程中的重要过渡类群，被公认为是研究脊椎动物起源和胚胎发育的理想模型，尽管研究方法相对简单。
“近20年来，我们研究团队一直致力于文昌鱼模型动物的构建。”李光告诉《中国科学报》，研究团队目前已经实现了文昌鱼室内的年控繁殖。研究基因功能的方法。
李光表示，在文昌鱼中，Hh基因的表达模式与脊椎动物中的Shh（Hh信号配体）基因相似，并补充道，“然而，在文昌鱼胚胎中，Hh是腹侧运动神经元前体，仅调节基因与细胞和祖细胞发育有关。调节神经管中央和后部区域神经元前体发育的相关基因是与神经管中央和后部区域早期发育相关的基因。”也是研究团队未来面临的一个挑战，需要澄清。”（见习记者任凡艳）
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