Cell：调控基因组，进化的推手

 来自西班牙进化生物学研究所(CSIC-UPF)的一个研究小组，破译了对包括人类在内的动物进化成功负责的遗传机制，证实相比于差异，我们与变形虫“Capsaspora owczarzaki”之间共享了更多的遗传调控机制。

动物是如何从它们的单细胞祖先进化而来的，哪些特殊的机制参与了复杂的身体图式发育，是一个未解的进化谜题。在UPF-CSIC研究人员的领导下，研究小组现在破解了对动物巨大的进化成功负责的遗传机制。发表在近期《细胞》（Cell）杂志上的研究结果指出了存在于整个动物王国中，但单细胞祖先却没有的这些机制。

根据这项研究，使得一些动物不同于它们单细胞亲戚的巨大创新并非新基因的出现，而是远端的基因调控。也就是说， DNA有能力调控彼此分离的一些基因，并确定这样做的确切时间。定位在其他染色体中，或与特定基因分开的DNA序列仍然能够激活或抑制这一基因。

进化生物学研究所ICREA研究教授Iñaki Ruiz-Trillo说：“能够以更特异的方式控制更多的基因使得一些动物显著提高了它们的形态学复杂性，达到生成具有数十亿细胞的生物体的程度，哺乳动物就是这种情况。”

研究人员比较了一些动物与亲缘关系最近的一个动物亲戚，从波多黎各蜗牛血淋巴中分离出的变形虫Capsaspora owczarzaki之间的遗传与表观遗传调控机制。根据Ruiz-Trillo和同事们所说，共同调控机制的数量高于差异的数量。例如，动物与C. owczarzaki共享了一些基因组成的网络，这些基因对于动物发育至关重要，例如Brachyury参与了胚胎发育，或癌基因Myc参与了增殖。

同样，C. owczarzaki有着复杂的生命周期，从单细胞到几十个细胞清晰的阶段转变。在这种情况下，这一变形虫利用了一些表观遗传机制，如非编码RNAs或组蛋白标记调控了不同细胞阶段之间的转变。“C. owczarzaki应用这些基因调控机制控制了沿着它的生命周期不同细胞阶段之间的转变，而动物利用它们来使细胞定向分化，换句话说，发育为神经元或肌肉细胞，”Ruiz-Trillo说。

多细胞生物

起源于大约10亿年前的多细胞，最大的利益之一就是允许增加了身体的大小，占据新的栖息地，及划分不同细胞类型的功能。根据这项新研究的结果，动物的起源因此并非是进化创新而是一个进化（或遗传）回收过程的概略，这提高了我们基因组的复杂性，使得能够在复杂的多细胞生物中更精确地调控不同的细胞类型。

进化生物学研究所研究人员Arnau Sebé-Pedrós说：“最后，可以预测，有更多的单细胞生物体有着复杂的生命周期，有可能具有一直未被发现的社会行为和多细胞阶段。”根据研究人员所说，下一阶段是分离出C. owczarzaki的单个细胞，详细分析它们以确定是否所有细胞都是同样的，或是否它们之间已存在某些特化。

从单细胞生物到多细胞生物的过渡，是地球上生命进化的关键进步；在不同的系统发育谱系中，这种改变已经独立地发生了多次。了解“有多少基因以及有哪些基因，对单细胞祖先成为多细胞来说是必要的”，是一个有趣的问题，但是仅仅通过检测目前多细胞生物的基因组序列很难进行回答。为了简化这些基因组分析，美国亚利桑那大学Erik Hanschen和萨斯州州立大学Bradley Olson为首的研究小组，比较了团藻目三种绿藻的基因组序列，以查明多细胞生物进化背后的基因变化。他们将研究结果发表在2016年的《Nature Communications》上。

经过将近5000亿次的尝试，美国德克萨斯大学（UT）奥斯汀分校的研究人员，见证了一个罕见的事件，也许解决了一个进化的难题：内含子——位于基因中的非编码DNA序列，在基因组中是如何增加的。研究结果发表在《PNAS》杂志上，解决了关于新物种进化的基本问题，并可以增进我们对于“基因表达以及癌症等疾病的原因”的理解。

大自然是不断进化的——其极限仅取决于威胁物种生存能力的变异。研究遗传密码的起源和发展，对于解释生命的进化非常重要。在《Science Advances》发表的一项研究中，专门从事这一领域的一组生物学家，解释了遗传密码进一步发展的一个限制，我们知道，遗传密码是一套通用的规则，地球上所有生物都用其，将核酸（DNA和RNA）基因序列翻译成氨基酸序列，组成蛋白质，执行细胞功能。