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2021-09-10像彼得潘一樣長不大的斑馬魚? 中研院團隊找到調控生長的關鍵 477 期

Author 作者 整理報導|李依庭

動物發育初期的過程既快速又複雜,再加上有很多基因參與其中,因此生物學中有特別針對生物體生長、發育過程的領域,稱為發育生物學(developmental biology)。主要的研究包含物種中基因對細胞生長、分化、形態發生(morphogenesis)的調控,並進一步找出生物體形成組織和器官的過程。

由於動物在發育進程中的進展通常十分快速,就像行進中的火車,直到抵達終點,也就是成年階段才會停止。若是在發育過程中任何一個重要基因功能遭到破壞,都會對個體帶來災難性、不可逆的影響。雖然在自然界中有少數的例外存在,例如帝王斑蝶(Danaus plexippus),可以在過冬遷徙的時候,長時間延遲成年期的發育。但是,構造較為複雜的脊椎動物是不是也具備此能力?目前科學家仍尚未有定論。

有鑑於此,中研院細胞與個體生物學研究所助理研究員陳振輝,和團隊以突變斑馬魚為模型,調控單一基因的活性,發現可以有效延遲斑馬魚成年期的發育,使得受影響的個體長時間維持著幼魚的型態。他們將此一意外發現的斑馬魚突變株命名為「彼得潘」,並將此研究刊登在今(2021)年8月的國際發育生物學期刊《發育》(Development) 中。

研究團隊利用基因定位分析和遺傳學的互補測試(testof complementation),確定突變點發生在一個特定基因ddx52(DEADBox Helicase 52)中,此基因的活性可以即時調控47S核糖體核糖核酸在生物體的合成,進而影響斑馬魚的發育進程。

陳振輝表示,由於動物的發育過程快速且複雜,若在發育過程中破壞任一基因,都會導致個體功能產生負面影響。但令人驚訝的是,Ddx52可以藉由一個類似「開關」的機制,自由暫停或啟動個體的發育進程。當研究團隊恢復Ddx52的活性,便可以使長時間維持著幼魚型態、發育停滯的斑馬魚,重新開始二度發育,最終長成大小、型態、繁殖能力都正常的成熟個體。

不僅如此,研究團隊也與同為細胞與個體生物學研究所的副研究員許惠真和李宜靜合作,進一步利用果蠅和小鼠作為模型,驗證此基因及其作用機制對無脊椎動物和哺乳類動物的影響。有趣的是,他們發現類似的機制,同樣能暫停或延遲果蠅和小鼠的發育進程。

這項研究成果首次證實單一基因,可以經由一個演化上的保留機制,有效控制動物個體的發育。此研究不僅探討了脊椎動物「凍齡」的可能性,相關機制的全新發現更將有助於我們了解人類發育、老化的過程。


新聞來源
找到「彼得潘」基因?斑馬魚需要ddx52才能轉大人,中央研究院,2021年8月13日。