一個與人類聽力發育相關的基因剛剛也與海葵的感官發育有關。
該基因被稱為pou-iv (pow-four),可以在小星海葵 ( Nematostella vectensis ) 的觸鬚中找到,它在動物的觸覺中起著至關重要的作用。
海葵所屬的刺胞動物門是與雙側對稱動物(如人類)最接近的親戚,它們與生活在大約 748 至 6.04 億年前的最後一個共同祖先不同。
該基因在小星海葵中的作用的發現表明它存在於它們的共同祖先中,並且可能在當時的感覺發育中也發揮了作用。
“這項研究令人興奮,因為它不僅為海葵的機械感覺如何發展和發揮作用開闢了一個新的研究領域……而且它還告訴我們,我們聽覺的組成部分具有可追溯到數億年前的古老進化根源。進入前寒武紀的幾年,” 阿肯色大學的生物學家 Nagayasu Nakanishi 說。
在人類和其他脊椎動物中,聽覺系統的感覺受體被稱為毛細胞。這些細胞有成束的手指狀細胞器,稱為靜纖毛,可以感知機械刺激。即,我們作為聲音聽到的振動。在哺乳動物中,pou-iv是毛細胞發育所必需的;我們知道這一點,因為被pou-iv擊倒的老鼠是聾子。
小星海葵的觸鬚上有類似的機械感覺毛細胞,用於感知運動。然而,人們對海葵的 pou-iv基因以及它在感覺發育中所起的作用(如果有的話)知之甚少。
由阿肯色大學的生物學家 Ethan Ozment 領導的一組研究人員想要弄清楚該基因在做什麼。最好的方法是使用CRISPR -Cas9 基因編輯工具禁用該基因並觀察發生了什麼變化。所以這就是團隊所做的。
他們將一種含有 Cas9 蛋白的混合物注入受精的小海葵卵中,以切除pou-iv基因,並研究了發育中的胚胎以及生長的變異海葵。
與野生型對照海葵相比,突變動物的觸手毛細胞發育異常,並且對觸控沒有反應。如果沒有pou-iv,海葵就無法透過毛細胞感知機械刺激。
此外,在海葵中敲除pou-iv顯著抑制了一種與 在脊椎動物中發現的製造多囊蛋白 1的基因非常相似的基因,這種基因 是感知腎臟中的流體流動所必需的。海葵可能沒有腎臟,但感知流體流動對海洋動物來說是一種有用的能力。
研究人員說,這些結果表明,pou-iv在刺胞動物和雙側動物的共同祖先的機械感覺細胞的發育中發揮了作用。然而,為了進一步追溯基因,將需要來自具有較早分歧點的其他門的資料。
研究人員在他們的論文中寫道: “我們的結果表明,pou-iv在機械感受器發育中的作用在刺胞動物和雙側動物中廣泛存在。 ”
“ pou-iv在機械感受器分化中的作用在動物進化中出現的時間有多早仍未得到解決,需要來自 placozoans 和海綿的比較資料,而這些資料正在缺乏。”