生物学家说，入侵性吸血鱼类“可能是了解我们来自哪里的关键”

海鳗是仅有的两种没有下颚的脊椎动物之一，它们正在中西部渔业中肆虐，同时帮助科学家了解推动脊椎动物进化的两种重要干细胞的起源

西北大学的生物学家已经确定了调节这些干细胞的基因网络可能何时进化，并对七鳃鳗下颌缺失的原因有了更深入的了解

这两种细胞类型——多能囊胚细胞（或胚胎干细胞）和神经嵴细胞——都是“多能性”的，这意味着它们可以成为体内所有其他细胞类型

在一篇新论文中，研究人员将七鳃鳗的基因与爪蟾（一种有颌的水蛙）的基因进行了比较。通过比较转录组学，该研究揭示了无颌和有颌脊椎动物之间惊人的多能性基因网络，即使在关键调控因子的转录丰度水平上也是如此

但研究人员也发现了一个关键的区别。虽然这两个物种的囊胚细胞都表达pou5基因，这是一种关键的干细胞调节因子，但该基因在七鳃鳗的神经嵴干细胞中不表达。失去这一因素可能会限制神经嵴细胞形成构成头部和颌骨骨骼的有颌脊椎动物（有刺的动物）中发现的细胞类型的能力

该研究于7月26日发表在《自然生态与进化》杂志上

通过比较无颌和有颌脊椎动物的生物学，研究人员可以深入了解包括人类在内的脊椎动物特征的进化起源，基因表达的差异如何导致身体计划的关键差异，以及所有脊椎动物的共同祖先是什么样的

领导这项研究的西北大学的Carole LaBonne说：“兰普雷斯可能是理解我们来自哪里的关键。”

“在进化生物学中，如果你想了解一个特征的来源，你就不能指望有更复杂的脊椎动物独立进化了5亿年。你需要回顾一下你正在研究的动物类型的最原始版本，这让我们回到了盲鳗和七鳃鳗——无颌脊椎动物的最后一个活生生的例子。”

作为发育生物学专家，LaBonne是温伯格艺术与科学学院的分子生物科学教授。她担任Erastus Otis Haven主席，是美国国家科学基金会（NSF）新成立的西蒙斯国家生物学理论与数学研究所的领导层成员

LaBonne和她的同事之前已经证明，神经嵴细胞的发育起源与保留控制囊胚干细胞多能性的基因调控网络有关。在这项新研究中，他们探索了这两个干细胞群体之间联系的进化起源

“神经嵴干细胞就像一个进化的乐高玩具，”LaBonne说。“它们变成了截然不同的细胞类型，包括神经元和肌肉，所有这些细胞类型的共同点是神经嵴内的共同发育起源。”

虽然囊胚期胚胎干细胞在胚胎发育过程中会迅速失去多能性，并被限制在不同的细胞类型中，但神经嵴细胞会掌握控制发育后期多能性的分子工具包

LaBonne的团队在七鳃鳗囊胚细胞中发现了一个完全完整的多能性网络，干细胞在无颌脊椎动物中的作用一直是一个悬而未决的问题。这意味着有颌和无颌脊椎动物的囊胚和神经嵴干细胞群在脊椎动物的基础上共同进化

西北大学博士后研究员、第一作者约书亚·约克观察到七鳃鳗和爪蟾之间的“相似之处多于差异”

约克说：“虽然大多数控制多能性的基因都在七鳃鳗神经嵴中表达，但这些细胞中一个关键基因pou5的表达已经丧失。”

“令人惊讶的是，尽管pou5在七鳃鳗的神经嵴中没有表达，但当我们在青蛙中表达它时，它可以促进神经嵴的形成，这表明该基因是我们最早的脊椎动物祖先中存在的古老多能性网络的一部分。”

该实验还帮助他们假设该基因在某些生物中特异性丢失，而不是后来发育的有颌脊椎动物。

“该研究的另一个显著发现是，尽管这些动物相隔5亿年的进化，但促进多能性所需的基因表达水平受到严格限制，”LaBonne说。“最大的未解之谜是，为什么？”