蠑螈與真渦蟲基因組測序完成，揭示再生背後遺傳機制

蠑螈可以再生四肢、心臟、脊椎等各種組織，是名副其實的「再生冠軍」，而真渦蟲可以在被切成碎塊後重新長出整個身體。科學家們一直以來都想要了解它們強大再生能力背後的遺傳機制。但是基因組信息的缺乏，阻礙了其在發育生物學和再生醫學等研究中的應用。隨著測序技術的發展，基因組信息的獲得已不再是研究的阻礙，科學家已經開始從基因的層次著手研究蠑螈、真渦蟲再生機制的奧秘。

2017年12月，我國科學家與來自歐洲多個國家的科研人員合作，對伊比利亞有肋蠑螈（ Iberian ribbed newt）進行了基因組測序，並報道了基因編輯研究蠑螈發育與再生的研究成果，該研究結果發表在Nature Communications上。2018年1月24日，Nature同日發表兩篇文章「The axolotl genome and the evolution of key tissue formation regulators 」和「The genome of Schmidtea mediterranea and the evolution of core cellular mechanisms」，分別報告了美西蠑螈（axolotl）和真渦蟲的基因組，揭示了二者再生能力背後的遺傳學基礎。

研究發現，蠑螈和真渦蟲的基因組含有很多較長的重複性序列片段，且被較短的獨特序列分隔。兩項最新研究使用了長序列讀取的方法，能夠包含重複和獨特的序列，進而組裝大型基因組。而此前採用的短讀測序方法，會產生很多隻覆蓋重複性區域的DNA 序列，因此很難鑒定它們在基因組中的相對位置。美西螈的基因組測序由奧地利分子病理學研究所的研究人員完成，測序發現美西螈含有 320 億個鹼基對，是人類基因組的 10 倍，這也是目前組裝出的最大基因組。研究人員將那些在再生肢體細胞中表達較豐富的基因和 microRNA 序列標記為進一步研究的目標，並且發現美西螈缺少Pax3基因，而該基因對許多其它動物的發育至關重要。

伊比利亞有肋蠑螈和美西蠑螈是實驗室中應用最廣的兩種蠑螈動物模型，雖然兩者在進化關係上非常接近，但基因組和轉錄組仍存在很多明顯差異，似乎可以用來解釋蠑螈再生機制的區別。例如，在比較與骨骼肌發育相關的重要基因pax3和pax7時，研究人員發現，伊比利亞有肋蠑螈與哺乳動物類似，pax3和pax7基因共存於基因組中，而在美西蠑螈基因組中卻只存在pax7。通過進一步基因編輯敲除美西蠑螈pax7基因，突變體呈現了典型的pax3基因缺失表型，表明pax7代償了pax3基因的部分功能。

真渦蟲的基因組測序由德國馬普學會分子細胞生物學和遺傳學研究所研究人員完成，發現它含有約8億鹼基對。真渦蟲的基因組中缺少大約 124 種對人類和小鼠至關重要的基因，包括參與 DNA 修復的基因以及幫助染色體在細胞分裂期間正確分離的基因。

來自同濟大學的林古法教授指出，基因編輯技術在蠑螈中的成功運用，將大大促進蠑螈動物模型在發育生物學和再生醫學研究中的應用。而蠑螈基因組大小是人類的10倍多，而CRISPR-Cas9仍然能夠準確高效的進行基因定點突變，足以證明CRISPR技術的強大基因編輯能力。

參考文獻：

1.Reading and editing the Pleurodeles waltl genome reveals novel features of tetrapod regeneration

2.The axolotl genome and the evolution of key tissue formation regulators

3.The genome of Schmidtea mediterranea and the evolution of core cellular mechanisms

來源：整合自網路

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