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基因活动网络控制器官发育

研究人员首次解释了控制人类和其他选定哺乳动物 - 恒河猴,小鼠,大鼠,兔子和负鼠 - 出生前后主要器官发育的遗传程序。

海德堡大学的分子生物学家利用新一代测序技术分析了大脑,心脏,肝脏,肾脏,睾丸和卵巢。他们的大规模研究表明,除其他事项外,研究的所有器官都表现出基本和原始的基因活动网络,这些网络必须早在2亿多年前的哺乳动物进化中起源。在第二项大型研究中,科学家们首次探索了迄今为止知之甚少但大类基因的发育作用,即所谓的RNA基因,它们产生核糖核酸而非蛋白质,如“

大量基因活性的精细调节和复杂的相互作用- 也称为基因表达 -控制从受精卵细胞到成体生物体的发育。以前,对哺乳动物中这些基本遗传程序的理解仅限于个体蛋白质基因和特定器官或发育阶段。此外,大多数以前的工作都集中在鼠标上。“解释不同哺乳动物器官大小,结构和功能差异的遗传基础在很大程度上是未知的,”海德堡大学分子生物学中心研究小组负责人Henrik Kaessmann教授说。 ZMBH)。

为了全面研究发展计划,Kaessmann团队采用了创新的高通量方法。这些新一代测序技术(NGS)可以同时分析各基因组中所有基因的表达。使用NGS,读取了来自各种器官和哺乳动物的蛋白质和RNA基因的超过1000亿个表达片段。“这使我们能够量化和比较发育过程中不断变化的基因活动,”Margarida Cardoso-Moreira博士和Ioannis Sarropoulos博士解释说,他们是描述这些研究的两本出版物的第一作者。

使用海德堡大学计算中心的高功率计算机进行数据的生物信息学分析。他们为哺乳动物器官发育的遗传控制提供了新的见解。研究人员发现的基本和原始基因活动网络的功能相似,并确定了所研究的所有哺乳动物(包括人类)的关键发育过程。这意味着这些分子网络已经控制了2亿年前早期哺乳动物的器官发育。

研究人员还发现了令人惊讶的大量基因,其活动模式在各种哺乳动物中相互显着偏离。这些差异在进化过程中产生,解释了各物种的特定器官特征。例如,对于控制大脑发育的基因,海德堡研究人员能够识别人类中不同的表达模式。科学家还发现,令人惊讶的大量RNA基因参与了器官发育的控制。因此,这种以前难以表征的基因在哺乳动物发育中起着重要作用,Kaessmann教授说。

在他们的大规模研究中,ZMBH研究人员在遗传程序的序列中确定了一个更高层次的模式。尽管它们在所研究的所有哺乳动物的早期(即产前)器官发育阶段仍然非常相似,但随着时间的推移,它们的偏离越来越多。

Kaessmann教授解释说:“物种特征的器官特征直到发育后期才开始”。“利用现代分子方法,我们第一次能够证实19世纪生物学中一个突破性的假设。”波罗的海德国博物学家卡尔·恩斯特·冯·巴尔(1792年至1876年)发现,各种哺乳动物的胚胎越来越难以区分他们的年轻人。

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