生殖细胞的新观点

几十年来人们已经认识到，大多数动物都会产生生殖细胞 - 那些产生卵子和精子生物的细胞需要以同样的方式传递它们的基因。Cassandra Extavour准备颠覆这种智慧。Extavour是一位有机和进化生物学以及分子和细胞生物学教授，他是一项新研究的作者，该研究指出了一种不同的机制作为指定生殖细胞的祖先过程。这项研究在最近发表的一篇论文中有所描述。

“我对胚胎如何将某些细胞指定为生殖细胞感兴趣了很长时间，”Extavour说。“我们对胚胎如何为细胞分配不同的命运有很多了解......但是从细节研究的少量生物中可以看出，它们中的大多数都以一种特殊的方式制造了生殖细胞。”

虽然大多数教科书将母系遗传描述为产生生殖细胞最常用的方法，但Extavour发现许多动物使用细胞间信号传导机制来触发生殖细胞的产生。

顾名思义，母系继承模型在很大程度上取决于母亲，特别是她的卵细胞。在这种机制中，蛋不仅含有母体DNA，还含有许多沉积在细胞各部分的其他分子和蛋白质。随着卵子在受精后分裂，这些分子被分配到不同的细胞，最终产生它们的各种身份。

称为诱导的细胞 - 细胞机制依赖于在胚胎发育相对较晚的细胞中发送的分子信号，指导某些细胞成为生殖细胞。

在生物学实验室中使用的五种主要遗传模型生物中，只有小鼠已知使用诱导。其他的 - 果蝇，线虫，青蛙和鱼 - 使用母系遗传方法，使大多数研究人员相信母系机制更为常见。

这一发现标志着Extavour成为研究生时开始的兴趣达到顶峰。

“我告诉我的博士顾问，我想研究生殖细胞，他告诉我，我必须知道有关生殖细胞的所有信息，”她说。“所以我从字面上理解了他，每过一分钟，我都会读到任何动物的生殖细胞。”

为了了解孕产妇或诱导机制是否为祖先，Extavour最终阅读了“几千篇论文”，涵盖了几乎整个动物王国的四个世纪的研究，并找到了令人惊讶的模式。

“与你所看到的相反，如果你只看你研究得很好的模型，你会发现大多数动物实际上没有任何证据表明母系遗传，”她说。“相反，生殖细胞只能在发育后期识别，这表明大多数动物的生殖细胞是基于信号机制建立的。”

Extavour后来发表了她的研究结果，表明诱导机制远比最初认为的更为常见。但该理论的证据仍然难以捉摸。

为了找到这个证据，Extavour及其同事选择了几种动物进行详细研究，并使用遗传工具来确定生殖细胞出现的时间和地点。他们发现，在许多物种中，生殖细胞直到发育相对较晚才出现，这表明它们不是通过母系遗传机制产生的。

当Extavour和她的团队研究生产生殖细胞所必需的基因组时，进一步证明诱导机制的传播范围更广。他们发现基因是均匀表达的，而不仅仅是在母体的某些区域表达，就像它们在母系遗传系统中一样。然后研究小组沉默了产生生殖细胞所必需的母体基因 - 这是制造生殖细胞的原料 - 但发现这些动物仍然能够产生生殖细胞。

“如果他们使用母体机制，那么当我们敲除那些基因时，母亲就会制造出不能制造生殖细胞的卵子，”Extavour说。“但是当我们在我们研究的动物身上做到这一点时，他们仍然可以制造生殖细胞。”

虽然研究人员有强有力的证据表明母体过程没有起作用，但他们仍然没有证明动物通过诱导机制产生生殖细胞。为此，研究小组转向了他们所知道参与生殖细胞生成的一种信号通路 - 小鼠使用的骨形态发生蛋白(BMP)通路。

“当我们在蟋蟀中击倒BMP时，它们无法制造生殖细胞，”Extavour说。“当我们给他们太多的BMP时，他们制造了太多的生殖细胞。这告诉我们，在蟋蟀中，他们没有使用母体模型，他们正在使用这种诱导模型，而且它与老鼠使用的诱导模型相同“。

Extavour的团队更进一步，测试蟋蟀中的BMP分子如何将生殖细胞生产中使用的信号传递给下游分子。

“特定的消息传递者对于不同的细胞类型是不同的，”Extavour说。“在老鼠体内，它是一种名为Blimp1的基因，传递基于BMP的信息来制造生殖细胞。我们认为如果BMP在制造生殖细胞中的作用是从小鼠和蟋蟀的最后共同祖先遗传下来的，我们应该看到表达不仅仅是因为BMP，但下游Blimp1也应该是活跃的，这就是我们发现的。“

虽然这一发现强化了所有双翅目动物的最后共同祖先 - 这意味着几乎所有动物都使用BMP信号产生生殖细胞的论点，但Extavour承认，只有两个，样本量很小。展望未来，她开始测试其他动物是否使用相同的途径。

最终，该研究有助于揭示第一个多细胞生物是如何形成的。

是否通过“保持在一起”模型形成的第一个多细胞生物体(一个细胞分裂但粘在一起)或“聚集在一起”模型(分组形成更大生物体的不同细胞)，是否能够产生生殖细胞对任何进化的动物都至关重要。

“这种信号传导途径与动物种系的进化之间可能存在着古老的联系，而这很有意思，因为更广泛的问题是多细胞性是如何稳定进化的，”Extavour说。“如果你考虑一下，发育生物学是多细胞性进化这个更大问题的一个子集，因为要了解多细胞性的进化，你必须要了解一个可以告诉细胞做什么的程序的进化。 “