单细胞到多细胞

团藻的单细胞近亲衣藻(Chlamydomonas)中,中心粒身兼两职。在细胞生命周期的大部分时间,它们负责锚定两个鞭毛,驱使细胞在水中游动;但是当细胞开始繁殖时,它丢失了鞭毛,中心粒朝两个核移动,在那里负责拉开染色体。复制完成后,子细胞重新长出鞭毛。衣藻既可以游动,也可以繁殖,但是在不同的时间点进行;而由于多细胞生物的细胞是特化的,因此团藻可以同时执行这两种功能。具体而言,团藻中更小的细胞一直有鞭毛,可以帮助其游动;更大的细胞缺少鞭毛,则利用中心粒进行细胞分裂。
团藻也可以再利用单细胞祖先中的其他特性。在夜间,光合作用关闭而且能源稀少,衣藻中一种古老的应激响应通路阻断了其繁殖。但是在团藻的游动的细胞中,这个通路一直是激活的,以维持其繁殖能力。在进化过程中,单细胞祖先增加了对环境信号的响应,以促进其复杂的多细胞后裔中的劳动分工。
在过去的十多年里,西班牙的进化生物学家 Ruiz-Trillo 和他的同事比较了很多原生生物与动物的基因组,这种比较揭示了动物基因组具有更大的尺寸和更高的复杂性。但是一个更加有意思的发现是,当 Ruiz-Trillo 等分析了原生生物荚膜菌(Capsaspora)的基因调控信号网络时,他们发现在特定的情况下,原生生物使用跟动物同样的转录因子和长链非编码 RNA 来打开或者关闭基因,但是基因的启动子比动物中的更短,而且更加简单,这提示单细胞生物中的基因调控更加简单 (5)。Ruiz-Trillo 团队认为,多细胞形成的关键是基因调控的精细程度提升了。如果只是部分遗传开关的重置,使得现存的基因在新的时间和地点激活,那么从单细胞到多细胞生物的巨大鸿沟看起来并不那么令人望而却步。

楼主 尼龙菌  发布于 2018-07-09 10:27:00 +0800 CST  
美国明尼苏达大学的进化生物学家 Michael Travisano 和他博士后 William Ratcliff(如今为佐治亚理工的助理教授)正在就今后实验室该做什么而激烈辩论。当时他们正好听完一个关于阿米巴菌的报告:在特定的条件下,一些单细胞的阿米巴可以联结成百万细胞的团体,并且以一种协同的方式工作,就好像是整个生物一样 。受到这项工作的启发,Travisano 和 Ratcliff 开始认真地考虑单细胞生物进化为多细胞生物背后的奥秘。通常的做法是分析化石记录或者比较已经存在的生物的基因组,但是他们却另辟蹊径,他们决定尝试强迫酵母定向进化。其实长期以来,人类已经进行了各种非自然的选择了,基于人类的需求修改并获得了很多物种,比如瘦肉猪、抗旱植物、可以产生化学物质的细菌等。Travisano 和 Ratcliff 希望在可控的条件下,强迫单细胞向多细胞进化。
具体的做法是,采用单细胞生物酵母进行人为的定向筛选,只让那些最大的细胞(通过测量它们沉降到试管底部的速度,越大的细胞,沉降到底部越快)生存和繁殖。结果十分惊人,60 天就出现了多细胞簇。确切地说,新生的细胞与老的细胞聚集在一起形成了一种分支结构,看起来像雪花(snowflake)

楼主 尼龙菌  发布于 2018-07-09 10:46:00 +0800 CST  
近些年来,科学家们正在尝试用细胞的“返祖”行为来解释肿瘤的形成机制。
肿瘤的返祖理论(atavistic theory of cancer)认为,细胞从“多细胞状态”回到“单细胞状态”是细胞癌变和肿瘤形成的关键原因 (9)。为了验证这个理论,计算生物学家开发了一种名为“基因组进化年龄层学(genomic phylostratigraphy)”的方法 (10, 11)。澳大利亚的计算癌症生物学家David Goode 和同事们利用这种方法,将基因划分到 16 个系统发育年龄层(phylostrata),然后比较正常组织和七种实体瘤(括乳腺癌、肺癌、肝癌等)中的基因表达。结果显示,相比于正常组织,肿瘤过表达在进化上更加古老的基因(来自前两个系统发育年龄层),而通常不表达在进化上更年轻的基因(来自 3~12 系统发育年龄层)。这些结果说明肿瘤细胞好像回到了“远古时代”,表达更“远古的基因”,这为肿瘤的返祖理论提供了有力的证据(12)。
注解:phylo 是系统发育的前缀,而 stratigraphy 表示地层学,而 strata 表示地层,此处这两个新词借用了地层学中的概念。(13)
当单细胞生物跨越到多细胞生物,它必须进化基因调控网络,以保证细胞在合适的时间停止分裂,而且与周围的邻居和谐共处。Goode 及其同事提出,在癌症中,那些可以摧毁基因调控网络的突变使得进化过程中形成的限制(比如生长限制)被解除,使那些适应单细胞生活状态的基因恢复自由,驱使细胞生长。肿瘤似乎解除了进化为多细胞生命所必须的分子限制 (14)

楼主 尼龙菌  发布于 2018-07-09 10:47:00 +0800 CST  

楼主:尼龙菌

字数:1892

发表时间:2018-07-09 18:27:00 +0800 CST

更新时间:2020-12-24 14:10:26 +0800 CST

评论数:5条评论

帖子来源:百度贴吧  访问原帖

 

热门帖子

随机列表

大家在看