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蜘蛛、蠍子頭部發展與肢體基因有關

2018/3/27 — 16:53

資料圖片,圖片來源:《lucas the spider》

資料圖片,圖片來源:《lucas the spider》

有別於昆蟲,最新刊於《美國國家科學院院刊 (PNAS) 》的研究指,蜘蛛、蠍子頭部結構是由其肢體基因組成。

威斯康辛大學綜合生物學系教授 Prashant Sharma 對節肢動物演化極感興趣,他與學生 Emily Setton 就希望從基因和演化角度,找出節肢動物怎樣可以成功地演化出可適應不同環境的生物:陸地上的蜘蛛、蠍子;海洋中的龍蝦、海蜘蛛等。

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圖右為欠缺 Sp6-9 基因的胚胎,肢體明顯較短。 圖/Setton et al., (2018)

圖右為欠缺 Sp6-9 基因的胚胎,肢體明顯較短。 圖/Setton et al., (2018)

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Sharma 跟 Setton 兩人最初是研究吐絲蜘蛛的噴絲頭 (spinnerets) 。他們想知道噴絲頭是不是如節肢動物的其他身體部位一樣,是由四肢基因改造而成。由此, Setton 嘗試從肢體發展有關的基因著手。出乎她意料之外,當她將肢體發育基因從蜘蛛胚胎中移除時,牠們的頭部與肢體竟同時消失。

其後,他們分別從蜘蛛、蝎子和另外兩種節肢動物身上,發現此現象與 Sp6-9 及 DII 的基因有關。這兩種基因與昆蟲和節肢動物胚胎發展肢體時有關。而其中一類節肢動物會利用此兩組基因,在胚胎發展時形成頭部。當研究人員將 Sp6-9 從胚胎敲落時,節肢動物的四肢會變短,頭部也會不正常發展。將 DII 從胚胎基因中敲落就會令其只發展出四肢,而非八腳,不同情況下,甚至會令所有肢體也不能正常發展。

不僅是這兩種基因,兩位研究人員亦發現這類節肢動物有另一個特點,就是同時欠缺一種名為 Sp5 的基因。Sp5 基因能讓其他節肢動物,例如果蠅,發展出正常頭部 (head segmentation)。Emily Setton 也發現,如果敲落一種名為 arrow 的基因,也會對肢體發育有一定影響。

研究人員相信,結果將有助科學家循不同類別的節肢生物基因差異中,找出不同節肢動物的演化史。 

來源:
Phys.org, Spiders and scorpions have co-opted leg genes to build their heads, 26 March 2018

報告:
Setton, E.V.W. & Sharma, P.P. (2018). Cooption of an appendage-patterning gene cassette in the head segmentation of arachnids. PNAS published ahead of print March 26, 2018DOI: 10.1073/pnas.1720193115

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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