Hydrozoa의 Brachyury 유전자의 진화 역사에는 복제, 발산 및 신기능화가 포함됩니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9382(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

T-box 유전자 계열의 구성원인 Brachyury는 양측성 동물의 중배엽 지정에 중요한 역할을 하는 것으로 널리 알려져 있습니다. 또한 자포동물과 같은 비양측 후생동물에도 존재하며 축 패턴화 시스템의 구성 요소로 작용합니다. 이 연구에서 우리는 Cnidaria 문 내 Brachyury 유전자의 계통발생 분석을 제시하고 차등 발현을 조사하며 Hydrozoan Dynamena pumila에서 Brachyury paralogs의 기능적 틀을 다룹니다. 우리의 분석은 자포동물 계통 내에서 Brachyury의 두 가지 복제 사건을 나타냅니다. 첫 번째 복제는 중생동물 조상에서 나타나서 중생동물에 두 개의 사본이 생성된 반면, 두 번째 복제는 하이드로조아 조상에서 발생하여 하이드로조안에서 세 개의 사본이 생성되었을 가능성이 높습니다. Brachyury1과 2는 D. pumila의 신체 축의 구강 극을 표시하는 보수적인 표현 패턴을 표시합니다. 대조적으로, Brachyury3 발현은 D. pumila 유충의 흩어져 있는 것으로 추정되는 신경 세포에서 검출되었습니다. 약리학적 변조는 Brachyury3이 다른 두 Brachyury 유전자와 달리 cWnt 신호 전달의 조절을 받지 않음을 나타냅니다. 발현 패턴 및 조절의 차이는 하이드로조안에서 Brachyury3의 신기능화를 시사합니다.

Brachyury(또는 T)는 돌연변이 마우스 계통2에서 처음으로 확인된 T-box 전사 인자 계열1의 창립 구성원입니다. Brachyury의 대립 유전자 중 하나가 결여된 마우스는 짧은 꼬리 표현형3을 나타내는 반면, 출생 전 두 대립 유전자의 치명적인 손실은 중배엽 및 축 구조 형성4,5에 심각한 결함을 초래합니다. 후속 연구에 따르면 Brachyury는 chordates뿐만 아니라 ctenophores에서 성게에 이르는 대부분의 후생 동물뿐만 아니라 ichthyosporeans, filastereans 및 여러 초기 분기 곰팡이 6,7,8,9에 이르기까지 매우 보존되어 존재한다는 것이 입증되었습니다.

Brachyury는 다양한 화음(10에서 검토) 및 일반적으로 양측성 중배엽 지정(11에서 검토)에서 척색 형성에 중요한 역할을 하며, 진화적 일차 기능은 낭배 형성 중 생식층 경계 및 형태 형성과 연관될 가능성이 있습니다12,13. 이는 또한 축 패턴화 유전자 조절 네트워크의 중요한 구성 요소이기도 합니다.

Brachyury의 기능은 제한된 수의 종에서 조사되었지만 배아 발달 동안의 발현 패턴은 잘 연구되었습니다. Brachyury 발현 도메인 중 하나는 신체 축의 한 극(예: 자포동물의 구강 극, 후수구의 후극)에서 보존적으로 검출되며, 여기서 세포 내재화 부위는 또한 낭배에 위치합니다. 대부분의 동물. Hydrozoans 내에서 Brachyury 발현은 Clytia hemisphaerica배아의 원배 형성 중 세포 침입 부위에서 입증되었습니다. Brachyury는 ctenophores8, anthozoans12,20, echinoderms21,22, amphioxus23 및 지금까지 조사된 모든 척추동물(10에서 검토됨)의 포공 주위에서 발현되지만 이 발현 도메인은 ascidians24에서 손실되었습니다. 환형동물, 연체동물 및 곤충에서 Brachyury 발현은 포배기공과도 연관되어 있지만 이 발현 영역은 다양한 정도로 용해됩니다(11에서 검토됨).

Brachyury 유전자의 단일 복사본이 대부분의 후생동물의 게놈에 존재합니다. 그러나 몇 가지 예외가 있습니다. 화음 내에서 Xenopus laevis에는 4개의 Brachyury 유전자 25,26이 있으며, 여기서 tbxt.L/tbxt.S(Xbra 및 Xbra2) 및 tbxt.2.L/tbxt.2.S(Xbra3)는 각각 다음에서 발생하는 동종 대립 유전자로 간주됩니다. 최근 게놈 복제25,26,27. X. Tropicalis에는 두 개의 Brachyury 유전자가 포함되어 있는데, 그 중 하나는 Xbra/Xbra2(tbxt)와 클러스터링되어 있고 다른 하나는 X. laevis(tbxt.2)28의 Xbra3 유전자에 해당합니다. 메다카, 제브라피시, 세 개의 가시를 가진 큰가시등과 같은 경골어류는 게놈에 두 개의 Brachyury 유전자(Bra 및 Ntl)를 가지고 있습니다. Brachyury는 기저 척색 amphioxus23,30,31에 두 개의 사본으로 존재합니다. 계통발생학적 분석에 따르면, 중복 사건은 척색동물 조상에서 발생한 것이 아니라 세 척색동물 계통 모두에서 독립적으로 발생했습니다28,32. 척색동물이 아닌 후생동물 중에서 하이드로조아인 Hydra와 C. hemisphaerica는 최소한 두 개의 Brachyury 유전자 사본을 갖고 있습니다.