当谈到再生时，一些动物能够获得惊人的壮举 - 如果你从蝾螈身上切下腿，它就会重新长出来。当受到威胁时，一些壁虎会将它们的尾巴作为分散注意力，并在以后重新生长。
其他动物更进一步。苍蝇蠕虫，水母和海葵实际上可以在切成两半后再生整个身体。在有机和进化生物学助理教授Mansi Srivastava的带领下，一个研究小组正在揭示动物如何实现这一壮举，并发现了一些似乎控制全身再生基因的DNA转换。这项研究在3月15日的“科学”杂志上发表。使用三带黑豹蠕虫来测试这个过程，Srivastava和她实验室工作的博士后研究员Andrew Gehrke发现，一段非编码DNA可以控制一种叫做早期生长反应的“主控制基因”的激活，或EGR。一旦激活，EGR通过打开或关闭其他基因来控制许多其他过程。
“我们发现这个主基因正在发生......并且正在激活在再生期间开启的基因，”Gehrke说。“基本上，正在发生的事情是非编码区域正在告诉编码区域打开或关闭，所以考虑它的好方法就好像它们是交换机一样。”Gehrke说，要使这个过程起作用，蠕虫细胞中的DNA通常会被紧密折叠和压实，必须改变，使新的区域可用于激活。
“基因组中许多非常紧密的部分实际上变得更加开放，因为那里有监管开关必须打开或关闭基因，”他说。“因此，本文的一个重要发现是基因组非常动态，并且在再生过程中真正发生变化，因为不同的部分是打开和关闭的。”但是在Gehrke和Srivastava能够理解蠕虫基因组的动态性质之前，他们必须组装它的序列 - 这本身并不是一件简单的壮举。
“这是本文的重要部分 - 我们发布了这个物种的基因组，这很重要，因为它是这个门的第一个，”斯里瓦斯塔瓦说。“到目前为止，还没有完整的基因组序列。”她说，这也是值得注意的，因为这三只带状黑豹代表了一种新的模型系统来研究再生。“以前关于其他物种的研究有助于我们学习很多有关再生的知识，”她说。“但是有一些理由可以使用这些新蠕虫，其中之一就是它们处于一个重要的系统发育位置，所以它们与其他动物的关系......让我们能够对进化做出陈述。
“另一个原因是他们真的很棒的实验室老鼠，”她继续道。“几年前我在博士后期间在百慕大收集了它们，自从我们将它们带入实验室后，它们可以使用比其他系统更多的工具。”然这些工具可以在再生过程中展示基因组的动态性质 - 但Gehrke能够识别多达18,000个变化的区域 - 重要的是她说的是他能够从研究它们获得多少意义。
她说，结果显示EGR就像一个再生的电源开关 - 一旦打开，其他过程就可以发生，但没有它，没有任何反应。“我们能够降低这种基因的活性，我们发现，如果你没有Egr，没有任何事情发生，”Srivastava说。“动物不能再生。所有这些下游基因都不会打开，所以其他开关不起作用，整个房子基本上变黑了。”虽然该研究揭示了该过程如何在蠕虫中发挥作用的新信息，但它也可能有助于解释为什么它不适用于人类。
“事实证明，主要基因Egr和其他正在下游打开和关闭的基因存在于其他物种中，包括人类，”Gehrke说。“我们在蠕虫Egr中称这种基因的原因是因为当你观察它的序列时，它类似于已经在人类和其他动物中研究过的基因，”Srivastava说。“如果你在盘子里放入人体细胞并对它们施加压力，无论是机械还是毒性，他们都会马上表达Egr。但问题是：如果人类可以打开Egr，不仅打开它，而且在我们的细胞受伤时这样做，为什么我们不能再生呢?”斯里瓦斯塔瓦说。“答案可能是，如果EGR是电源开关，我们认为接线是不同的。人体细胞中与人们谈论的EGR可能与它在三带黑豹中所说的不同，以及安德鲁所做的事情。通过这项研究得出了一种方法来获得这种连接。所以我们想弄清楚这些连接是什么，然后将其应用于其他动物，包括脊椎动物只能进行更有限的再生。“
继续前进，Srivastava和Gehrke说，他们希望研究再生过程中激活的遗传开关是否与开发过程中使用的相同，并继续努力更好地理解基因组的动态性质。“现在我们知道了用于再生的开关，我们正在研究开发中涉及的开关，以及它们是否相同，”Srivastava说。“你刚刚重新开发，还是涉及不同的过程?”
该团队还致力于了解EGR和其他基因激活再生过程的精确方式，包括三带黑豹和其他物种。最后，Srivastava和Gehrke说，该研究不仅强调了理解基因组的价值，还强调了解所有基因组 - 非编以及编码部分。“只有大约2%的基因组会产生类似蛋白质的东西，”Gehrke说。“我们想知道：全身再生过程中其他98%的基因组是做什么的?人们早就知道导致疾病的许多DNA变化都在非编码区域......但它一直被低估像全身再生这样的过程。
“我认为我们只是触及了表面，”他继续道。“我们已经研究了这些开关中的一些，但是基因组如何在更大范围内进行交互还有另外一个方面，而不仅仅是如何打开和关闭碎片，所有这一切对于打开和关闭基因都很重要，所以我认为这种监管性质有多层次。“
“观察自然界是一个非常自然的问题，并认为，如果壁虎可以做到这一点，为什么我不能，”斯里瓦斯塔瓦说。“有许多物种可以再生，有些物种不能再生，但事实证明，如果你比较所有动物的基因组，我们所拥有的大部分基因也都存在于三只带状黑豹中...所以我们认为其中一些答案可能不是来自某些基因是否存在，而是来自它们如何连接或联网在一起，而答案只能来自基因组的非编码部分。“
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