Araştırma, sürüngenlerin yumurtacı ve canlı üreme modellerinin evriminin genetik mekanizmasını ortaya koyuyor
Omurgalı üremesinin iki ana türü vardır: yumurtlama ve canlılık. Yumurtalı üreme modu, annenin yumurta bırakması ve ardından yumurtaların içindeki embriyolar tam olarak gelişip larvaları çıkıncaya kadar yumurtaların dış ortamda çatlaması anlamına gelir; canlı üreme modu ise, annenin döllenmiş yumurtaları embriyolar tamamen gelişene kadar rahimde veya fallop tüplerinde tutmasıdır. Doğrudan doğum yapın. Canlı üreme modu, embriyo gelişim ortamını optimize etme ve embriyoyu olumsuz dış etkilerden koruma işlevine sahiptir, böylece yavruların hayatta kalma oranını ve uygunluğunu büyük ölçüde iyileştirir. Embriyonik gelişimin besin kaynağına göre iki türe ayrılabilir: Lesitrofi ve Matrotrofi Yumurta-vejetatif türlerin embriyonik gelişimi için beslenme, yumurta sarısından gelirken, fetal vejetatif türlerin embriyonik gelişimi için beslenme anne tarafından iletilir. Plasenta kaynağı. Yumurta türleri yumurta beslenmesine ait olup, fetal türler embriyo gelişiminin besin kaynağına göre ovo vejetatif canlı ve fetal vejetatif canlı olarak ayrılabilir.Farklı fetal türleri, yumurta-fetal beslenmenin sürekli spektrumunda farklı noktalardadır. Sürüngenlerin büyük çoğunluğu yumurta beslemesinin en uç noktasındadır, ancak çok az sayıda canlı deri embriyoları önemli ölçüde fetal beslenmeye bağlıdır. Memeliler arasındaki gerçek memeliler, fetal beslenmenin en uç noktasındadır.
Skuamöz sürüngenler (kertenkeleler, yılanlar ve solucan kertenkeleleri dahil) fetal türlerin yaklaşık% 20'sine sahiptir ve bağımsız kökenleri, tüm omurgalı canlı kökeninin üçte ikisinden daha fazla olan 98-129 katına ulaşabilir. Canlı skuamöz türlerin kökeni, çoğunlukla farklı üreme modlarının karşılaştırmalı çalışmasını kolaylaştıran ve bu nedenle canlı üreme modlarının evrimini incelemek için önemli bir model sağlayan daha düşük bir taksonomik seviyede (alt cins, alt tür seviyesi) meydana gelir. Yumurtlayanlar nasıl canlı hale dönüşür? Bu çok önemli bir temel biyolojik problemdir. Fizyoloji ve doku morfolojisine dayanan geçmiş çalışmalar, canlı evrime yumurta kabuğu bozulması, embriyo bağlanması, plasenta gelişimi, döllenmiş yumurtaların uzun süre tutulması ve bağışıklık toleransındaki karşılık gelen değişikliklerin eşlik ettiğini bulmuştur. Ancak bu değişikliklerin genetik mekanizması hala boştur.
Bu soruyu cevaplamak için öncelikle araştırma için bir model sistem seçmemiz gerekiyor. Uzun vadeli araştırma birikimi temelinde, Çin Bilimler Akademisi Kunming Zooloji Enstitüsü'nden araştırmacı Che Jing önderliğindeki araştırma ekibi nihayet araştırma nesnesi olarak Kum kertenkele türlerini seçti. Qinghai kum kertenkelesi (Phrynocephalus vlangalii) dahil Qinghai-Tibet Platosunun yüksek rakımlı bölgelerinde yaşayan tüm kum kertenkele türleri, yüksek irtifa, düşük sıcaklık ve düşük oksijen gibi zorlu ortamlar karşısında tipik bir canlı üreme modu geliştirmiştir. Çöl kumu kertenkelesi (P. przewalskii) gibi ilgili türler yumurtalı bir üreme moduna sahiptir. İkinci olarak, bu araştırmayı yürütmek için geniş bir teknoloji yelpazesine ve uzmanlığa ihtiyaç vardır. Che Jing ve yurtiçi ve yurtdışındaki 6 araştırma grubu ortak bir araştırma ekibi oluşturdu.
Araştırmacılar, çöl kum kertenkelesinin ve Qinghai kum kertenkelesinin iç mekan üreme sisteminin kurulmasına ve türün farklı üreme dönemlerindeki özelliklerin karşılaştırılmasına dayanarak, iki türün ana üreme döneminde fallop tüpü ve uterus transkriptom örneklerini elde etmeyi başardılar. Aynı zamanda, Qinghai kum kertenkelesi ve çöl kumu kertenkelesinin tüm genom verilerini başarıyla analiz ettiler. Bu temelde, iki türün maternal fallop tüpü / uterin dokularının farklı gelişim aşamalarındaki gen ekspresyon profilleri oluşturuldu. Gen evrim analizi ve ekspresyon analizi yoluyla, yumurta kabuğu bozulması ve gecikmiş yumurtlama gibi bir dizi özelliği kontrol etmenin anahtarı belirlendi. Aday genler / yollar. Ek olarak, skuamöz türlerde Eremias, Sphenomorphus ve Scincella gibi diğer fetal türlerle yakınsak evrimin karşılaştırmalı çalışmaları yoluyla, iki düzey diziden ve ifade düzenlemesinden canlı doğumu karşılaştırmak mümkündür. Evrimin genetik mekanizması ve göreceli katkısı analiz edilir.
Yumurta kabuğu yıkımı açısından yapılan araştırmalar, fallop tüpü / uterin epitel farklılaşması, bez gelişimi vb. İşlevlerle ilgili genlerin, çöl kumu kertenkelesinde (yumurtalık) (yumurta sarısı üretim aşaması, S1 aşaması) yumurta kabuğu bezlerinin oluşumu sırasında spesifik ve yüksek oranda ifade edildiğini bulmuştur. Bu genler, Qinghai kum kertenkelesinin (canlı) karşılık gelen döneminde aynı eğilimi göstermedi. Örneğin, östrojen reseptörünün (ESR) aracılık ettiği büyüme faktörü yolunun daha önce yumurta kabuğu bezlerinin oluşumu ile ilişkili olduğu bildirilmişti ve bu yoldaki bazı genler, çöl kumu kertenkelesinin S1 aşamasında spesifik ve yüksek oranda ifade edilirken, bunun tersi Qinghai kum kertenkelesinde görülüyor. İfade deseni. Bu sonuç, yumurta kabuğu bezlerinin dejenerasyonunun Qinghai kum kertenkele yumurta kabuğunun dejenerasyonuna yol açan anahtar faktör olabileceğini göstermektedir.
Ek olarak, çalışma ayrıca Qinghai kum kertenkelesinin (canlı) çöl kumu kertenkelesinin (canlı) yumurtlama dönemine (S3) karşılık gelen gen ifadesinde belirli bir farklılık gösterdiğini de buldu. Örneğin, bu dönemde ESR ve diğer bazı büyüme faktörü reseptörlerinin (GHR, IGF1R gibi) yüksek ekspresyonu, plasentanın gelişimini teşvik edebilir. S3'ten sonra PTGS2 geninin (uterus kası kasılmasını teşvik eden) aşağı regülasyonu ve gebelik boyunca ADRB2 geninin (uterus kası sessizliğini koruyan) sürekli yüksek ekspresyonu, yumurtlama / larva süresinin gecikmesini teşvik edebilir.
Son olarak, farklı canlı kertenkelelerin yakınsak evrim analizi yoluyla, dört genin (C7, NKTR, NBEAL2, PTX2) yakınsak amino asit ikamelerine sahip olduğu bulundu. Bu genlerin hepsi bağışıklık ile ilgilidir ve bunlardan ikisi, annenin embriyonun bağışıklık düzenlemesini içerebilen embriyo bağlanmasından (S3 aşaması) sonra aşağı regüle edilir. Bununla birlikte, istatistikler, bu yakınsak evrim seviyesinin rastgele koşullar altında üretilen amino asit ikamelerinden daha yüksek olmadığını ve canlı dalın evrim oranına dayalı analizin bir yakınsama sinyali almadığını buldu. Bu analiz, canlı evrimin dizi varyasyonundan ziyade gen ekspresyonu ile daha fazla düzenlenebileceğini göstermektedir.
Araştırma, Proceedings of the National Academy of Sciences'da (PNAS) çevrimiçi olarak yayınlandı. Kunming Zooloji Enstitüsü'nden doktora öğrencisi Gao Wei, yardımcı araştırmacı Sun Yanbo, yardımcı araştırmacı Zhou Weiwei ve yardımcı araştırmacı Xiong Zijun, makalenin ilk yazarları, Kunming Zooloji Enstitüsü araştırmacıları Che Jing ve Zhang Yaping, Nanjing Normal Üniversitesi profesörü Ji Xiang ve Austin'deki Texas Üniversitesi Profesör David Hillis, makalenin ortak yazarıdır. Araştırma, Çin Bilimler Akademisi Pilot Projesi (B), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Çin Bilimler Akademisi Gençlik İnovasyon Teşvik Derneği, Çin Bilimler Akademisi'nin Batı Işığı ve Çin Bilimler Akademisi Uluslararası Ziyaretçi Akademisyen Programı tarafından finanse edildi.
Şekil 1. Çöl kumu kertenkelesinin (yumurtacı) ve Qinghai kum kertenkelesinin (canlı) ana üreme dönemleri ile transkriptom örneklerinin bu çalışmada toplanma sürelerinin karşılaştırılması
Şekil 2. Çöl kum kertenkelesi ve Qinghai kum kertenkelesinin kapalı üreme sisteminin kurulması
Şekil 3. Yumurta kabuğu bezi dejenerasyonu ile ilgili genlerin ekspresyon modeli. (A) Çöl kum kertenkelesinin yumurta kabuğu bezi oluşum periyodu sırasında iki türde spesifik yüksek eksprese edilen genlerin ekspresyon bolluğunun ısı haritası; (B) İki türün yumurta sarısı üretim periyodu (S1) boyunca spesifik yüksek eksprese edilen genlerin karşılaştırılması; (C) İki türde yumurta kabuğu bezi oluşumuyla ilgili anahtar genlerin ifade kalıpları rapor edilmiştir.
Kaynak: Kunming Zooloji Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
