震驚！小小的海葵竟有100多種細胞類型

盡管海葵（Nematostella vectensis）看起來簡單，它的管狀身體上有觸須，但是它實際上是一種高度復(fù)雜的生物。在一項新的研究中，來自法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）和巴斯德研究所的研究人員在這種小型海洋無脊椎動物中發(fā)現(xiàn)了100多種細胞類型和令人難以置信的神經(jīng)元多樣性。他們是在構(gòu)建這種動物的細胞圖譜時揭示出這種令人吃驚的復(fù)雜性。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Cell期刊上，論文標題為“Cnidarian Cell Type Diversity and Regulation Revealed by Whole-Organism Single-Cell RNA-Seq”。

海葵為人們提供一種完美的模型，不過可能**的一點不足之處就是它有刺人的觸須。它是一種易于保存在實驗室中的小型海洋無脊椎動物，它的基因組是非常簡單的，而且與人類的基因組存在著類似性。

論文主要作者、巴斯德研究所發(fā)育生物學(xué)專家Heather Marlow博士解釋道，當海葵基因組在2007年被測序時，科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn)它與人類基因組是非常相似的，不論是在它的基因數(shù)量（大約2萬個基因）方面，還是在它的結(jié)構(gòu)方面。

Marlow說，“這些相似之處使得海葵成為研究動物基因組和理解基因間存在的相互作用的一種理想的模型。它還具有另一種優(yōu)勢---它在生命之樹中的戰(zhàn)略地位。海葵所屬的刺胞動物（cnidaria）分支與兩側(cè)對稱動物（bilateria）分支在進化上分歧開來，換言之，這種刺胞動物分支與包括人類在內(nèi)的絕大多數(shù)其他動物在6億多年前分歧開來。“因此，海葵也能夠有助我們理解構(gòu)成動物身體、器官和特別是神經(jīng)系統(tǒng)的多種細胞類型的起源和進化。”

為了嘗試更多地了解海葵因而了解整個動物王國，Marlow團隊決定在細胞水平上研究這種刺胞動物。他們分離出海葵的微小細胞（它的直徑不超過1微米），并分析了它們的RNA。盡管染色體DNA含有所有基因，但是RNA顯示了哪些基因是有活性的。Marlow解釋道，“在單細胞水平上開發(fā)的基因組方法可用于準確地列出不同的細胞類型，并確定負責這些細胞功能的基因。”他們總共鑒定出100多種細胞類型，并將這些細胞類型分為8個主要的細胞家族（肌肉、消化道、神經(jīng)元和表皮等）。在這項研究中，最令人感到意外的地方之一在于神經(jīng)系統(tǒng)。他們在海葵的神經(jīng)系統(tǒng)中鑒定出將近30種類型的神經(jīng)元，包括肽能神經(jīng)元、谷氨酸能神經(jīng)元，甚至胰島素能神經(jīng)元，這揭示出一種相對復(fù)雜的神經(jīng)和感覺系統(tǒng)。

因此，這項研究應(yīng)該有助于進化專家一方面建立刺胞動物（包括海葵）的共同祖先，另一方面建立兩側(cè)對稱動物（包括人類）的共同祖先。毫無疑問，這個祖先已有一定程度的細胞復(fù)雜性。此外，盡管海葵似乎與我們截然不同，但它揭示了今天讓它的細胞和我們自己的細胞能夠執(zhí)行許多不同功能的基本規(guī)則。Marlow作出結(jié)論，“細胞是構(gòu)成生物的基本元素。通過確定這種編碼在基因組中的信息如何決定每個細胞的身份，我們希望揭示出所有動物中保守的對它們的發(fā)育和體內(nèi)平衡至關(guān)重要的機制。”（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Arnau Sebé-Pedrós, Baptiste Saudemont, Elad Chomsky et al. Cnidarian Cell Type Diversity and Regulation Revealed by Whole-Organism Single-Cell RNA-Seq. Cell, 31 May 2018, 173(6):1520–1534, doi:10.1016/j.cell.2018.05.019.