三帶黑豹蠕蟲(圖:Harvad)

如果切斷蠑螈的腿,它會重新再生;而壁虎也能在斷尾求生後,再生長出尾巴。某些動物甚至具有更令人驚艷的再生能力。例如渦蟲、水母、海葵等動物,能在身體僅剩一半的情況下再生。日前,哈佛大學(Harvard University)的研究人員發現了控制全身再生能力開關的重要基因。

三帶黑豹蠕蟲

哈佛大學有機與演化生物學(Organismic and Evolutionary Biology)助理教授曼西斯·里瓦斯塔瓦(Mansi Srivastava)與研究生安德魯·格爾克(Andrew Gehrke),使用三帶黑豹蠕蟲(three-banded panther worm)做為再生能力的研究動物。研究發現,一段非編碼 DNA 能活化負責早期生長反應(Early growth response,簡稱 EGR)的主控制基因(master control gene)。當 EGR 活化後,便會啟動一連串的反應開啟其他基因,促使再生反應發生。

里瓦斯塔瓦教授表示,自然界常提出這樣的問題,那就是為何有些物種可以再生,有些物種則不能再生。事實證明,如果你比較所有動物的基因組,就會發現我們大多數的基因其實都是差不多的。因此研究人員認為,這其中的答案也許與基因組的非編碼 DNA 有關。

格爾克則表示,本研究最大的發現是,基因組實際上是非常有彈性的,在再生過程中隨著不同的區域被啟動與關閉而進行改變。

基因組

此研究也首次揭露了此種動物門的基因組,在此研究之前,尚未有研究人員繪製過其完整的基因組。里瓦斯塔瓦教授表示:「選擇三帶黑豹蠕蟲進行研究,最主要是因為其在演化上佔有重要的位置。它們與其他動物間的關聯性,讓我們可以對演化進行研究。」

在研究其基因組後,格爾克找出 18,000 處基因段在再生過程中發生改變。研究結果顯示,EGR 是開啟再生反應相當重要的開關。沒有 EGR,便不會有再生反應的發生。

未來發展

事實上,EGR 的基因片段也存在於不具有再生能力的人類與其他動物。對此,里瓦斯塔瓦教授表示:「如果人類也能夠在受傷的狀況下啟動 EGR,為何我們不具有再生能力?答案可能在於 EGR 作為基因開關的角色上,人類細胞中 EGR 的溝通方式與三帶黑豹蠕蟲不同。」

因此,里瓦斯塔教授希望能夠進一步研究被啟動的基因段,更深入了解再生過程所活化的基因。此外,研究結果也說明,基因組的研究不能只專注在編碼蛋白質的 DNA 片段,非編碼 DNA 實際上也扮演相當重要的角色。格爾克表示:「在生物基因組中,實際上只有 2% 的基因負責編碼蛋白質。而我們想知道的是,其他 98% 的區域在全身再生過程中扮演何種角色。」

 

參考資料:

  1. Reuell, P., & Reuell, P. (2019, March 13). Harvard study unlocks a key to regeneration. Harvard
  2. Gehrke, A., et al., (2019, March 13). Acoel genome reveals the regulatory landscape of whole-body regeneration. Science DOI: 10.1126/science.aau6173
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