突变的斑马鱼揭示了脊柱进化的转折点

北卡罗来纳州达勒姆市-导致斑马鱼脊柱缺损的偶然突变为我们过去的腥史打开了一个小窗口。

不断上升的杜克大学五年级研究生Brianna Peskin在Michel Bagnat细胞生物学实验室的第一年轮换中就开始了这个项目，并且“ kinda一直坚持下去”，只是想弄清楚为什么这个突变导致了发育问题在斑马鱼的脊椎中。

她发现突变鱼类的胚胎的DNA发生了一个字母的变化，从而改变了它们构造骨骼和其他构成脊柱的结构的方式，从而使它们的身体变短，并出现了包含裂口的弯曲脊柱将椎骨一分为二。

突变的鱼被命名为spondo，是脊椎的缩写，spondylos是脊柱的希腊语，也是不知所措的参考，每个椎骨都有两个骨弓而不是一个。

但这还不是故事的结局。

当巴格纳特研究学院的同事马修·哈里斯(Matthew Harris)向堪萨斯大学鱼类古生物学的同事格洛里亚·阿拉蒂亚(Gloria Arratia)向鱼类古生物学的同事展示了一些突变鱼脊柱的照片时，她立即发现这些突变体看起来很像祖先鱼的化石标本，其样式在大多数活鱼中，脊柱的过时已经过时了。

佩斯金说：“然后他们俩都非常兴奋，因为他们注意到祖先化石标本和我们的突变体之间的相似之处。”

微小的突变表明，在鱼类基因组中仍未找到两种促进脊柱发育的方法。

在被称为硬骨鱼的骨鱼中，建立脊柱依赖于管状结构，该结构在发育中的胚的长度上称为脊索。脊索通过发送将不同分子和细胞类型吸引到不同区域的化学信号(此处是骨骼部分，此处是软骨部分)来建立导致脊柱发育中的骨骼和软骨的模式。

人类的胚胎也从脊索开始，但是它并没有像硬骨鱼一样刻画骨椎骨。它最终在骨骼，椎间盘之间建立软骨圆盘。

Spondo鱼类中突变的基因是硬骨鱼特有的，而突变鱼类的脊索动物并没有像其他鱼类那样建立模式。而是，其图案恢复为祖先形式。因此，这种微小的DNA差异可能是很久很久以前，像我们这样的陆生动物就与我们的鱼类祖先结伴的地方。

尽管斑马鱼(Danio rerio)已成为各种有趣研究的实验室工具，但由于它们的骨骼生长方式不同，因此斑马鱼作为人类脊柱发育模型的有用性尚存疑问。

但现在不再。该研究小组的新论文发表在7月20日的《当前生物学》上，该论文表明硬骨鱼和陆生动物的棘突生长方式之间的差异归因于脊索的信号传递，这是由DNA的单字母变化所揭示的。

这样一来，他们就可以利用这些快速生长的半透明鱼来研究人类的脊柱缺陷，因为spondo突变体对已知会导致人类儿童先天性脊柱侧弯(脊柱弯曲)的因素敏感。

杜克医学院细胞生物学副教授巴格纳特说：“这项工作不仅让我们了解了脊柱的进化，而且使我们了解了哺乳动物中脊柱是如何组合在一起的。”“展望未来，我们将能够使用诸如spondo之类的突变来揭示脊柱侧弯和其他脊柱缺陷的复杂遗传学，这些遗传学起源于脊索的生物学特性，直到现在仍是棘手的。”

佩斯金说：“总的来说，这项研究意味着脊索信号是建立脊柱的关键。这些信号在进化过程中发生了变化，并解释了整个脊椎动物脊柱图案化策略中存在的差异。”“所以我们毕竟都是鱼。”