5月25日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications（《自然-通訊》）在線報(bào)道了中科院海洋所許飛副研究員與英國等科學(xué)家的合作研究成果。該研究以長牡蠣為對象，采用生物信息學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)證明了長牡蠣中存在Pdx-insulin調(diào)控通路，表明關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子Pdx調(diào)控胰島素基因表達(dá)的功能可以追溯到兩側(cè)對稱動(dòng)物的共同祖先。
今年是胰島素發(fā)現(xiàn)100周年，作為研究最深入的生物大分子之一，關(guān)于其起源和演化歷史還有很多問題沒有解決。胰島素純化工作的主要參與者James Collip在胰島素發(fā)現(xiàn)之初就開始關(guān)注其在不同動(dòng)物中的存在情況，并于1923年在雙殼貝類砂海螂（Mya arenaria）中鑒定到類似胰島素活性的物質(zhì)存在。然而越來越多的研究表明，無脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物類胰島素基因無論在結(jié)構(gòu)還是表達(dá)模式方面均存在很大差異。尤其是線蟲、果蠅等模式無脊椎動(dòng)物的基因組特化嚴(yán)重，丟失了Pdx等人類胰島素基因的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。動(dòng)物類胰島素基因復(fù)雜的演化歷史還需要進(jìn)一步闡明。
隨著基因組信息的不斷積累，科學(xué)家意識(shí)到海洋冠輪動(dòng)物可能具有更加原始和普遍的基因組成。許飛副研究員長期以來聚焦在貝類激素調(diào)控系統(tǒng)，研究海洋無脊椎動(dòng)物基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的演化歷史。本研究系統(tǒng)分析了長牡蠣類胰島素基因家族成員的結(jié)構(gòu)、表達(dá)及其進(jìn)化特征，發(fā)現(xiàn)牡蠣類胰島素基因多樣性豐富，在兩側(cè)對稱動(dòng)物的主要類胰島素成員中具有廣泛代表性。研究進(jìn)一步通過轉(zhuǎn)錄組技術(shù)探討了動(dòng)物腸道系統(tǒng)的同源性，發(fā)現(xiàn)貝類和脊椎動(dòng)物中腸系統(tǒng)具有較大的功能相似性，貝類“肝胰腺”和脊椎動(dòng)物復(fù)雜的腸道系統(tǒng)各自獨(dú)立進(jìn)化，但是可能都源于表達(dá)Pdx基因的內(nèi)胚層區(qū)域。通過靶向開放染色質(zhì)技術(shù)鑒定到cgILP基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)，并鑒定到cgPdx基因的結(jié)合基序。通過雙熒光報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)和染色質(zhì)免疫共沉淀等技術(shù)證明了牡蠣Pdx和NeuroD的協(xié)同作用可以調(diào)控牡蠣cgILP的表達(dá)。
長牡蠣類胰島素基因系統(tǒng)進(jìn)化分析
長牡蠣類胰島素基因表達(dá)模式分析
長牡蠣cgILP基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)基序解析
許飛副研究員為論文第一和通訊作者。上述研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國科學(xué)院海洋大科學(xué)中心重點(diǎn)部署項(xiàng)目和國家留學(xué)基金的共同資助。
論文題目為：Evidence from oyster suggests an ancient role for pdx in regulating insulin gene expression in animals
原文鏈接如下：https://dx.doi.org/10.1038/s41467-021-23216-7
Fei Xu, Ferdinand Marl taz, Daria Gavriouchkina, Xiao Liu, Tatjana Sauka-Spengler, Guofan Zhang, Peter WH Holland. Evidence from oyster suggests an ancient role for Pdx in regulating insulin gene expression in animals. Nature Communications.
