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2016年1月21日

中大研究人员揭示鲎的隐藏遗传机制推翻脊椎动物进化机制的传统观点

2016年1月21日
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中大生命科学学院许浩霖教授(右四)领导的研究团队揭示鲎的隐藏遗传机制。

在香港可以找到的现存马蹄蟹(鲎)物种

由香港中文大学(中大)生命科学学院许浩霖教授领导的研究人员最近对三个现存马蹄蟹(又称鲎)物种的基因组进行研究,其中包括两个可以在香港找到的鲎物种,以揭示其遗传机制。研究团队发现的进化过程中,发生了罕见的全基因组倍增」(Whole genome duplication,简称WGD一个以往被认为只发生在脊椎动物的祖先身上之遗传机制。研究结果最近已发表于领先的生态学及进化生物学期刊Heredity(英国遗传学学会的官方刊物)。 

鲎一直是一种吸引公众注意的神秘动物,在西贡的海鲜餐厅内常会看到它的踪影。虽然它被命名为「蟹」,实际上它并不是螃蟹、虾、或龙虾等甲壳类动物,而是比较接近蝎子和蜘蛛类的动物。最早的鲎化石可追溯至4.8亿年前,如今世界上只剩余四类鲎种(三个在亚洲,一个在美洲)。香港有幸成为两个现存鲎物种的家。

了解生物如何进化成不同形式一直是生物学的主要命题。科学家早已证明WGD是有助于脊椎动物进化的主要遗传机制。WGD正如其名,是指遗传物质被加倍,是一个罕见的情况。假如WGD在人类胚胎发生,通常都会致命。如果生物以某种方式能够承受WGD,此过程将提供了额外的遗传物质让生物进化。

传统的生物学观点认为,只有脊椎动物可以承受WGD的过程。许浩霖教授是次研究结果,推倒了此传统观点,证明现存的有性繁殖无脊椎动物,也能够通过未知的基因调控机制发生WGD。许浩霖教授表示:「在进化生物学方面,我们现在证明了无脊椎动物和脊椎动物之间的差异并不完全是因为WGD。现在更重要的问题是,为什么鲎可以进行WGD而其他无脊椎动物不能?这项研究只是发现了冰山的一角。」 

许浩霖教授表示这是一个意外的发现:「是项研究源于我其中一位学生的毕业专题研习,他现在成为本论文的共同第一作者。他原本只想探讨鲎的某几个基因,结果却意外地发现三个鲎种都各自有这几个基因的多个副本。为了证实此情况是否只发生在某个鲎样本,或是由遗传物质倍增(WGD)所引致,我们利用了新一代测序技术展现三个鲎种的粗略基因组。最后我们发现,三个鲎种不同的基因,都出现多个副本,由此可以推论,WGD曾发生在鲎的祖先身上。」 

许教授的发现对保护鲎的生物多样性有深远的帮助及影响。「在制定保护物种的政策时,必须有令人信服的科学原因支持,不能单看物种的外观。是次研究为本地和世界各地保护鲎物种的生物学提供了一个崭新的层面及原因。」 

许浩霖教授与他在中大生命科学学院、李福善海洋科学研究中心,以及农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学伙伴实验室)的团队,现正努力破解此类独特的生物遗传机制。

许浩霖教授简历

许浩霖教授现为中大生命科学学院、农业生物技术国家重点实验室,以及李福善海洋科学研究中心助理教授。他毕业于香港大学和牛津大学,研究主要集中在动物进化、基因组学和基因调控。 

中大生命科学学院简介

生命科学学院于2010年成立,隶属理学院,致力提升香港及区内生命科学的教研优势,其主要研究范畴包括植物分子生物学及生物技术学、蛋白质结构及功能、海洋生物学、环境科学,以及食品科学及技术学。

李福善海洋科学研究中心简介

海洋生物研究中心成立于1970年以进行海洋科学高级研究。目前的研究主要集中在生理学、物化学和海洋动物的分子生物学。2002年,该实验室冠以李福善博士的嘉名,以表彰李博士对大学的慷慨捐赠及支持。

农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学伙伴实验室)简介

农业生物技术国家重点实验室的设立,主要为应付迫切的食物供应问题——如何增加农业产量,确保食物安全和有足够营养,以满足有十多亿人口的大国的需要。实验室建基于中文大学及中国农业大学的合作,这两所同在农业生物技术占领导地位的大学,合力发展分子生物技术,并将之应用于增加农作物的产量及改善其营养价值上。

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中大生命科学学院许浩霖教授(右四)领导的研究团队揭示鲎的隐藏遗传机制。

 

在香港可以找到的现存马蹄蟹(鲎)物种