中大研究人員發現馬蹄蟹的隱藏遺傳機制 推翻脊椎動物進化機制的傳統觀點

由香港中文大學(中大)生命科學學院許浩霖教授領導的研究人員最近對三個現存馬蹄蟹(又稱鱟)物種的基因組進行研究,其中包括兩個可以在香港找到的鱟物種,以揭示其遺傳機制。研究團隊發現的進化過程中,發生了罕見的全基因組倍增」(Whole genome duplication,簡稱WGD— 一個以往被認為只發生在脊椎動物的祖先身上之遺傳機制。研究結果最近已發表於領先的生態學及進化生物學期刊Heredity(英國遺傳學學會的官方刊物)。 

鱟一直是一種吸引公眾注意的神秘動物,在西貢的海鮮餐廳內常會看到它的蹤影。雖然它被命名為「蟹」,實際上它並不是螃蟹、蝦、或龍蝦等甲殼類動物,而是比較接近蠍子和蜘蛛類的動物。最早的鱟化石可追溯至4.8億年前,如今世界上只剩餘四類鱟種(三個在亞洲,一個在美洲)。香港有幸成為兩個現存鱟物種的家。

了解生物如何進化成不同形式一直是生物學的主要命題。科學家早已證明WGD是有助於脊椎動物進化的主要遺傳機制。WGD正如其名,是指遺傳物質被加倍,是一個罕見的情況。假如WGD在人類胚胎發生,通常都會致命。如果生物以某種方式能夠承受WGD,此過程將提供了額外的遺傳物質讓生物進化。

傳統的生物學觀點認為,只有脊椎動物可以承受WGD的過程。許浩霖教授是次研究結果,推倒了此傳統觀點,證明現存的有性繁殖無脊椎動物,也能夠通過未知的基因調控機制發生WGD。許浩霖教授表示:「在進化生物學方面,我們現在證明了無脊椎動物和脊椎動物之間的差異並不完全是因為WGD。現在更重要的問題是,為什麼鱟可以進行WGD而其他無脊椎動物不能?這項研究只是發現了冰山的一角。」 

許浩霖教授表示這是一個意外的發現:「是項研究源於我其中一位學生的畢業專題研習,他現在成為本論文的共同第一作者。他原本只想探討鱟的某幾個基因,結果卻意外地發現三個鱟種都各自有這幾個基因的多個副本。為了證實此情況是否只發生在某個鱟樣本,或是由遺傳物質倍增(WGD)所引致,我們利用了新一代測序技術展現三個鱟種的粗略基因組。最後我們發現,三個鱟種不同的基因,都出現多個副本,由此可以推論,WGD曾發生在鱟的祖先身上。」 

許教授的發現對保護鱟的生物多樣性有深遠的幫助及影響。「在制定保護物種的政策時,必須有令人信服的科學原因支持,不能單看物種的外觀。是次研究為本地和世界各地保護鱟物種的生物學提供了一個嶄新的層面及原因。」 

許浩霖教授與他在中大生命科學學院、李福善海洋科學研究中心,以及農業生物技術國家重點實驗室(香港中文大學夥伴實驗室)的團隊,現正努力破解此類獨特的生物遺傳機制。

許浩霖教授簡歷

許浩霖教授現為中大生命科學學院、農業生物技術國家重點實驗室,以及李福善海洋科學研究中心助理教授。他畢業於香港大學和牛津大學,研究主要集中在動物進化、基因組學和基因調控。 

中大生命科學學院簡介

生命科學學院於2010年成立,隸屬理學院,致力提升香港及區內生命科學的教研優勢,其主要研究範疇包括植物分子生物學及生物技術學、蛋白質結構及功能、海洋生物學、環境科學,以及食品科學及技術學。

李福善海洋科學研究中心簡介

海洋生物研究中心成立於1970年以進行海洋科學高級研究。目前的研究主要集中在生理學、物化學和海洋動物的分子生物學。2002年,該實驗室冠以李福善博士的嘉名,以表彰李博士對大學的慷慨捐贈及支持。

農業生物技術國家重點實驗室(香港中文大學夥伴實驗室)簡介

農業生物技術國家重點實驗室的設立,主要為應付迫切的食物供應問題——如何增加農業產量,確保食物安全和有足夠營養,以滿足有十多億人口的大國的需要。實驗室建基於中文大學及中國農業大學的合作,這兩所同在農業生物技術佔領導地位的大學,合力發展分子生物技術,並將之應用於增加農作物的產量及改善其營養價值上。

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