由纽约大学进化生物学教授Sandie Baldauf和邓迪大学生化教授Pauline Schaap领导的研究小组,成功绘制了现有100种社会性阿米巴虫(social amoeba)的分子图谱,从而完成了整个阿米巴虫家族谱系(family tree)的绘制。这一重大突破为研究地球生命形式的进化过程提供了重要线索。该研究成果于10月27日发表在《科学》(Science)杂志上。
利用新获得的家族谱系,研究人员设计出一种模型系统,用于解释单细胞生命如何进行信号传递,以及如何根据环境条件变化相互作用产生多细胞结构。此前,关于网柄菌属(Dictyostelia)阿米巴虫(一个巨大且古老的阿米巴虫亚家族)的分子数据一直缺失。
阿米巴虫是一组遗传差异显著的生命形式,其差异甚至比真菌家族内部的差异还要大,与所有动物之间的差异相似。进化和信息传递研究在多细胞生物中难以进行,而阿米巴虫为这两类研究提供了极佳的模型系统。
邓迪大学生命科学学院细胞分化和发育生物学教授Schaap说:“这为我们从分子水平研究物种进化和突变提供了起点。家谱的实用性使我们能够重演产生多细胞的信号机制的进化事件,为鉴别调节大多数基础发育事件的核心原始过程提供了有力工具。”
纽约大学生物学系Baldauf教授说:“我们研究植物和动物的进化已有很长时间,但我们的所有生态系统都依赖于单细胞生物。如果想了解生命的基础,我们应该关注单细胞生命。”
“阿米巴虫是动物最亲近的单细胞亲戚,因此弄清它们的工作和进化机制非常重要,有助于我们研究动物进化过程。我们已经为研究生命模式进化建立了一种新的模式系统。”
“我们已经编撰了字典,现在我们知道了单词的意思,但我们还需要造句。”
研究小组通过扩增和比较所有已知阿米巴虫的高度保守基因,绘制出了阿米巴虫家谱。以往的家谱都是基于各个物种多细胞结构的外观。然而,邓迪大学和约克大学的研究人员获得的阿米巴虫家谱完全基于分子数据。通过将现有阿米巴虫的所有信息——细胞、多细胞形式、行为等——加入分子树进行测绘分析,结果显示细胞特化增强和生物体大小增加是阿米巴虫进化的主要趋势。
Schaap教授及其同事目前正在研究在产生新细胞类型和形态特征的进化过程中,重要基因的功能如何改变。Baldauf及其同事接下来的任务是研究阿米巴虫的起源,寻找新种类,并将它们按顺序排列在家谱上。同时,美国和德国的一些研究小组已获得资助,对约克大学和邓迪大学研究的阿米巴虫进行基因组测序。