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科学家首次用基因编辑成功修改蜗牛壳螺旋方向 获助揭开“镜面人”秘密

机械工业
2019-05-31

绝大多数蜗牛贝壳上的线螺旋方向是向右,但还有极少数方向是向左,这主要是基因突变所导致。日前,日本科学家首次利用基因编辑工具 Crispr 修改了负责壳线螺旋方向的单一基因 Lsdia1,使得修改后的蜗牛生来螺旋方向是向左。研究报告发表在《Development》期刊上。这项在蜗牛身上发现的机制也许在不久的将来,可能能成为解开生物左旋或右旋之谜的线索,能帮助我们揭开“镜面人”(内脏位置完全和正常人相反)的秘密。

蜗牛壳的螺旋方向又称为手性,是蜗牛内部左右不对称的外在表现。当然,这种不对称现象在动物进化过程中很普遍,包括人类,比如我们的心脏长在身体左侧,而肝脏则在右侧。

这项由日本中部大学(Chubu University)特任教授、知名生物学家黒田玲子主导的实验中,研究人员针对许多国家常见的池塘蜗牛“静水椎实螺”(Lymnaea stagnalis)进行研究,尽管自然界多数椎实螺都是顺时针旋转的螺壳,但偶尔也会出现一些壳线呈现逆时针旋转的特例。

敲除静水椎实螺(一种蜗牛)中某基因使自然状态下呈右旋的壳螺纹变成左旋

在过去的研究基础上,团队几乎可认定是叫“Lsdia1”的基因导致左旋,然而由于有另一种极其相似的Lsdia2基因──两者相似性高达89.4%,团队必须找出更明确的证据来确定到底是主导改变。

于是研究人员运用CRISPR/Cas9剪辑Lsdia1,剪辑成功使蜗牛基因突变,甚至能将这种突变遗传给后代。尽管听起来只是蜗牛螺壳左旋、右旋的细微差异,但对人类来说,这意味着我们第一次通过基因编辑改变蜗牛的遗传。

曾参与Lsdia1初步研究的英国诺丁汉大学(University of Nottingham)进化遗传学家Angus Davison表示,尽管过去团队曾独立发布过Lsdia1决定壳线方向的证据,但这项新研究更是在之上提供了确切实证。

这项新研究中,团队发现Lsdia1基因对左旋或右旋的影响相当早就开始,甚至远在蜗牛胚胎还是单细胞时,基因就导致细胞骨架向特定方向倾斜。

这种不对称性并非蜗牛独有的现象,人类和多数生物体内器官也有相同情况,为了将超过身长许多倍的肠子折叠放入较小空间,这种不对称性可说是必要的,就像少数左旋螺壳蜗牛,医学上也有许多人体内脏完全错位的案例,Lsdia1的发现正好能协助研究者更进一步理解不对称性。

左旋蜗牛寻找配偶时会遭遇许多困难,但它很可能根本不知道自己哪里有问题。

只是无论Lsdia1的发现对人类意味着什么,对生活在野外的蜗牛来说,Lsdia1造成的基因突变都不是太好的消息。尽管人类可能难以想象有何区别,但Davison解释,野外的左旋蜗牛明显在孵化和寻找配偶方面都会遇到麻烦。

“如果你是生活在野外的蜗牛,这种突变就是在告诉你:游戏结束。”

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