个体差异，从胚胎期就开始了

DNA

同一物种成员的绝大多数基因组都是相同的，包括发育过程中使用的所有基因指令。但最近美国加州大学圣巴巴拉分校的一组研究人员发现，同一物种的不同个体在胚胎刚开始发育时使用的遗传指令的关键部分存在显著差异。这一发现可能有助于说明两个重要问题：动物是如何快速进化的，以及不同病人对特定药物的反应为何截然不同。相关论文发表在eLife杂志上。

分子、细胞和发育生物学教授Joel Rothman说：“许多与众不同的个人特征，包括肤色、身高和对疾病的易感性，都是由我们的基因组决定的。但由于每个人在胚胎时期看起来都很像，科学家们认为受孕时的基因组装指令几乎是相同的。”

秀丽隐杆线虫是一种著名的实验动物模型，数十年来一直被用于研究动物的发育过程。虽然人类与线虫相差甚远，但一旦线虫胚胎发育开始，随后产生内胚层的基因指令似乎与包括人类在内的所有消化道动物可能使用的指令都是相似的。Rothman的团队，包括奥克兰大学的研究人员，利用一种叫做RNAi的工具（一种关闭单个基因功能的技术），靶向了开启线虫肠道发育的基因开关。结果发现，我们广泛接受的针对基因组装指令“标准一刀切”的概念并不适用。

“这种显著的差异在基因组中隐藏得很好，但当其中一个基因开关被移除时，它就暴露了。” 这项研究的主要作者Yamila Torres Cleuren指出。，“我们惊讶地发现，虽然同一物种的一些成员肯定需要一个关键的基因开关来开启肠道发育，但其他成员几乎可以不要它。”关掉这个开关后确实让一些动物无法长出肠道，但还有一些成员的肠道正常发育了。

Rothman说：“令人震惊的是，在胚胎形成的最初阶段，如此重要的事件可以在一个物种内以如此不同的方式发生，但却产生了本质上相同的结果。在这些发现之前，我们并不知道一个物种的早期胚胎蓝图变化如此之快。”研究人员说，这就相当于在初始组装指令不同的前提下，制造两款外观和功能相同的iphone手机。

考虑到内胚层是胚胎形成的第一层，而且很可能是5亿多年前进化的第一层，这个结果尤其令人震惊。Rothman说：“这揭示了胚胎发育‘沙漏’理论第一部分的一个极端版本。在这个理论中，在发育的中间阶段，不同的动物之间有着非常相似的指令，而在这之前和之后又有着非常不同的起点和终点。”

这些发现也揭示了为什么不同病人对药物治疗的反应如此不同。“我们发现，这些遗传差异相对较小的线虫对我们用来关闭基因的基因‘药物’的反应大相径庭。” Torres Cleuren说。就像两个看起来非常相似的人对药物治疗的反应可能非常不同一样，这些同种的线虫对一种药物的反应也会非常不同，这是它们微妙但至关重要的基因个性造成的结果。

这种隐藏的基因机制的发现，可能有助于在精准医学的时代指导药物开发。这一发现也强调了自然变异对进化发生的重要性。“基因变异是进化机器的燃料，没有它，生命就会陷入死胡同。当进化塑造出胚胎这种非凡实体时，我们还没有意识到这种变异的存在。” Rothman说。

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编译：花花 

审稿：三水  

责编：张梦

期刊来源：eLife

期刊编号：2050-084X

原文链接：

https://phys.org/news/2019-09-undercover-evolution-individuality-encrypted-dna.html

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