幾十年來人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，大多數(shù)動(dòng)物都會(huì)產(chǎn)生生殖細(xì)胞 - 那些產(chǎn)生卵子和精子生物的細(xì)胞需要以同樣的方式傳遞它們的基因。Cassandra Extavour準(zhǔn)備顛覆這種智慧。Extavour是一位有機(jī)和進(jìn)化生物學(xué)以及分子和細(xì)胞生物學(xué)教授，他是一項(xiàng)新研究的作者，該研究指出了一種不同的機(jī)制作為指定生殖細(xì)胞的祖先過程。這項(xiàng)研究在最近發(fā)表的一篇論文中有所描述。

“我對(duì)胚胎如何將某些細(xì)胞指定為生殖細(xì)胞感興趣了很長時(shí)間，”Extavour說。“我們對(duì)胚胎如何為細(xì)胞分配不同的命運(yùn)有很多了解......但是從細(xì)節(jié)研究的少量生物中可以看出，它們中的大多數(shù)都以一種特殊的方式制造了生殖細(xì)胞。”

雖然大多數(shù)教科書將母系遺傳描述為產(chǎn)生生殖細(xì)胞最常用的方法，但Extavour發(fā)現(xiàn)許多動(dòng)物使用細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制來觸發(fā)生殖細(xì)胞的產(chǎn)生。

顧名思義，母系繼承模型在很大程度上取決于母親，特別是她的卵細(xì)胞。在這種機(jī)制中，蛋不僅含有母體DNA，還含有許多沉積在細(xì)胞各部分的其他分子和蛋白質(zhì)。隨著卵子在受精后分裂，這些分子被分配到不同的細(xì)胞，最終產(chǎn)生它們的各種身份。

稱為誘導(dǎo)的細(xì)胞 - 細(xì)胞機(jī)制依賴于在胚胎發(fā)育相對(duì)較晚的細(xì)胞中發(fā)送的分子信號(hào)，指導(dǎo)某些細(xì)胞成為生殖細(xì)胞。

在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中使用的五種主要遺傳模型生物中，只有小鼠已知使用誘導(dǎo)。其他的 - 果蠅，線蟲，青蛙和魚 - 使用母系遺傳方法，使大多數(shù)研究人員相信母系機(jī)制更為常見。

這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著Extavour成為研究生時(shí)開始的興趣達(dá)到頂峰。

“我告訴我的博士顧問，我想研究生殖細(xì)胞，他告訴我，我必須知道有關(guān)生殖細(xì)胞的所有信息，”她說。“所以我從字面上理解了他，每過一分鐘，我都會(huì)讀到任何動(dòng)物的生殖細(xì)胞。”

為了了解孕產(chǎn)婦或誘導(dǎo)機(jī)制是否為祖先，Extavour最終閱讀了“幾千篇論文”，涵蓋了幾乎整個(gè)動(dòng)物王國的四個(gè)世紀(jì)的研究，并找到了令人驚訝的模式。

“與你所看到的相反，如果你只看你研究得很好的模型，你會(huì)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)動(dòng)物實(shí)際上沒有任何證據(jù)表明母系遺傳，”她說。“相反，生殖細(xì)胞只能在發(fā)育后期識(shí)別，這表明大多數(shù)動(dòng)物的生殖細(xì)胞是基于信號(hào)機(jī)制建立的。”

Extavour后來發(fā)表了她的研究結(jié)果，表明誘導(dǎo)機(jī)制遠(yuǎn)比最初認(rèn)為的更為常見。但該理論的證據(jù)仍然難以捉摸。

為了找到這個(gè)證據(jù)，Extavour及其同事選擇了幾種動(dòng)物進(jìn)行詳細(xì)研究，并使用遺傳工具來確定生殖細(xì)胞出現(xiàn)的時(shí)間和地點(diǎn)。他們發(fā)現(xiàn)，在許多物種中，生殖細(xì)胞直到發(fā)育相對(duì)較晚才出現(xiàn)，這表明它們不是通過母系遺傳機(jī)制產(chǎn)生的。

當(dāng)Extavour和她的團(tuán)隊(duì)研究生產(chǎn)生殖細(xì)胞所必需的基因組時(shí)，進(jìn)一步證明誘導(dǎo)機(jī)制的傳播范圍更廣。他們發(fā)現(xiàn)基因是均勻表達(dá)的，而不僅僅是在母體的某些區(qū)域表達(dá)，就像它們?cè)谀赶颠z傳系統(tǒng)中一樣。然后研究小組沉默了產(chǎn)生生殖細(xì)胞所必需的母體基因 - 這是制造生殖細(xì)胞的原料 - 但發(fā)現(xiàn)這些動(dòng)物仍然能夠產(chǎn)生生殖細(xì)胞。

“如果他們使用母體機(jī)制，那么當(dāng)我們敲除那些基因時(shí)，母親就會(huì)制造出不能制造生殖細(xì)胞的卵子，”Extavour說。“但是當(dāng)我們?cè)谖覀冄芯康膭?dòng)物身上做到這一點(diǎn)時(shí)，他們?nèi)匀豢梢灾圃焐臣?xì)胞。”

雖然研究人員有強(qiáng)有力的證據(jù)表明母體過程沒有起作用，但他們?nèi)匀粵]有證明動(dòng)物通過誘導(dǎo)機(jī)制產(chǎn)生生殖細(xì)胞。為此，研究小組轉(zhuǎn)向了他們所知道參與生殖細(xì)胞生成的一種信號(hào)通路 - 小鼠使用的骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)通路。

“當(dāng)我們?cè)隗爸袚舻笲MP時(shí)，它們無法制造生殖細(xì)胞，”Extavour說。“當(dāng)我們給他們太多的BMP時(shí)，他們制造了太多的生殖細(xì)胞。這告訴我們，在蟋蟀中，他們沒有使用母體模型，他們正在使用這種誘導(dǎo)模型，而且它與老鼠使用的誘導(dǎo)模型相同“。

Extavour的團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步，測(cè)試蟋蟀中的BMP分子如何將生殖細(xì)胞生產(chǎn)中使用的信號(hào)傳遞給下游分子。

“特定的消息傳遞者對(duì)于不同的細(xì)胞類型是不同的，”Extavour說。“在老鼠體內(nèi)，它是一種名為Blimp1的基因，傳遞基于BMP的信息來制造生殖細(xì)胞。我們認(rèn)為如果BMP在制造生殖細(xì)胞中的作用是從小鼠和蟋蟀的最后共同祖先遺傳下來的，我們應(yīng)該看到表達(dá)不僅僅是因?yàn)锽MP，但下游Blimp1也應(yīng)該是活躍的，這就是我們發(fā)現(xiàn)的。“

雖然這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化了所有雙翅目動(dòng)物的最后共同祖先 - 這意味著幾乎所有動(dòng)物都使用BMP信號(hào)產(chǎn)生生殖細(xì)胞的論點(diǎn)，但Extavour承認(rèn)，只有兩個(gè)，樣本量很小。展望未來，她開始測(cè)試其他動(dòng)物是否使用相同的途徑。

最終，該研究有助于揭示第一個(gè)多細(xì)胞生物是如何形成的。

是否通過“保持在一起”模型形成的第一個(gè)多細(xì)胞生物體(一個(gè)細(xì)胞分裂但粘在一起)或“聚集在一起”模型(分組形成更大生物體的不同細(xì)胞)，是否能夠產(chǎn)生生殖細(xì)胞對(duì)任何進(jìn)化的動(dòng)物都至關(guān)重要。

“這種信號(hào)傳導(dǎo)途徑與動(dòng)物種系的進(jìn)化之間可能存在著古老的聯(lián)系，而這很有意思，因?yàn)楦鼜V泛的問題是多細(xì)胞性是如何穩(wěn)定進(jìn)化的，”Extavour說。“如果你考慮一下，發(fā)育生物學(xué)是多細(xì)胞性進(jìn)化這個(gè)更大問題的一個(gè)子集，因?yàn)橐私舛嗉?xì)胞性的進(jìn)化，你必須要了解一個(gè)可以告訴細(xì)胞做什么的程序的進(jìn)化。 “