Nature：基因研究为研究动物的早期进化提供了新的视角

　　多年来，科学家们一直在研究海绵或栉水母(也被称为栉水母)与所有其他动物的亲缘关系是否最远。但长期以来，科学家们一直无法确定这个被称为同胞群体的异常值。来自MBARI、加州大学伯克利分校、加州大学圣克鲁斯分校和维也纳大学的一组研究人员绘制了从人类和仓鼠到螃蟹和珊瑚等所有动物中总是在一条染色体上一起发现的几组基因，为梳状水母是所有其他动物的兄弟群体提供了明确的证据。了解动物之间的关系将有助于我们思考动物解剖学的关键特征，如神经系统或消化道，是如何随着时间的推移而进化的。

　　

MBARI的研究人员和他们的合作者今天在《自然》杂志上发表的一项研究为7亿多年前发生的动物进化的最早阶段之一提供了新的见解。

一个多世纪以来，科学家们一直在努力了解一个古老的有机体产生当今世界上各种各样动物的关键时刻。随着科技的进步，科学家们已经研究了两种不同的假设，即海绵动物或栉水母(也被称为栉水母)与所有其他动物的亲缘关系最远。长期以来，科学家们一直无法确定这个被称为同胞群体的异常值。

在这项新研究中，来自MBARI、加州大学伯克利分校、加州大学圣克鲁斯分校和维也纳大学的一组研究人员绘制了从人类和仓鼠到螃蟹和珊瑚等所有动物中总是在一条染色体上一起发现的几组基因，提供了明确的证据，证明栉水母是所有其他动物的兄弟群体。了解动物之间的关系将有助于我们思考动物解剖学的关键特征，如神经系统或消化道，是如何随着时间的推移而进化的。

“我们开发了一种新方法，可以最深入地了解动物生命的起源。“我们已经利用遗传学回到了大约10亿年前，以获得最有力的证据来回答关于动物进化最早事件的基本问题，”达林·舒尔茨说，他曾是MBARI和加州大学圣克鲁斯分校的研究生研究员，现在是维也纳大学的博士后研究员。“这一发现将为科学界开始更好地理解动物和人类是如何进化的奠定基础。”

动物体内所有的基因都是按染色体的顺序排列的。单个基因序列的位置可以随着时间的推移而改变，但改变特定染色体上基因之间的联系是罕见的，而且在很大程度上是不可逆的。

到目前为止，科学家们只研究了个体基因测序中的相似性，以回答有关最古老动物关系的长期问题。

舒尔茨和他的团队研究了特定染色体上基因之间的联系，这些染色体在整个时间里都是高度保守的。他们确定了存在于各种动物中的模式，并将这些联系追溯到动物进化的最早阶段。研究小组发现了强有力的证据，证明栉水母代表了一个独特的谱系，它的祖先在所有其他动物的共同祖先之前就已经分化了。

研究小组将这一事件与数亿年前发生在进化道路上的基因岔路口进行了比较。一个单独的单细胞生物，所有动物的祖先，带着它的两个后代沿着这条路旅行。其中一个，后来进化成我们今天所知道的栉水母，走了一条路。在进化过程中，染色体上的基因保持着特定的顺序，没有发生太大的变化。另一个将进化成海绵和我们今天所知道的所有其他动物，走了另一条路。它染色体上的许多基因重新排列并融合在一起。因为这些重排是不可逆的，而且是代代相传的，所以即使在今天也能被发现。通过追踪这些重排，研究小组发现了明确的证据，证明栉水母，而不是海绵，是所有其他动物的兄弟群体。

舒尔茨说:“这一古老进化事件的指纹在几亿年后仍然存在于动物的基因组中。这项研究有助于加强我们对动物生命遗传学的理解。它为我们理解动物为何成为动物提供了背景。这项工作将帮助我们了解人类共有的基本功能，比如它们如何感知周围环境，如何进食，以及如何移动。”

背景

7亿多年前，不同的小生物群体从生命之树中分离出来，沿着自己独立的道路进化，成为我们今天所知道的动物。

一个多世纪前，研究人员开始努力了解动物之间的关系，在这段时间的大部分时间里，他们认为海绵在数亿年前从生命之树中分离出来，使它们成为所有其他动物的兄弟群体。

然而，15年前，研究人员利用新的DNA测序技术首次发现了证据，证明栉水母是所有其他动物的同胞，而不是海绵。这项研究激发了科学界的巨大努力，以开发新的方法来确认动物家谱中最古老的分支的身份，但一个明确的答案仍然不清楚。

虽然动物群体的进化间隔了数亿年，但在这些截然不同的群体中，仍有大量的基因与相同的染色体相连。随着时间的推移，每条染色体上的基因序列可能会改变，但与染色体的实际联系保持不变，除非在极少数情况下。历史上，研究人员比较了编码关键蛋白质的基因序列，以推断生物体群体之间的关系。然而，他们发现这项技术并没有给出可靠的答案，关于海绵或栉水母是否是所有其他动物的兄弟群体。

MBARI的研究人员使用了一种新技术，在栉水母和海绵的基因组中找到了新的线索。

首先，舒尔茨和他的团队对两种栉水母、两种海绵以及三种单细胞近亲动物(一种鞭毛虫、一种丝状变形虫和一种鱼孢子虫)的每条染色体的整个长度进行了基因组测序，以便对每一种动物的基因绘制出更完整、更有组织的图谱。

有了完整的染色体序列，MBARI的研究人员寻找相关基因的模式，以帮助回答海绵或栉水母是否与所有其他动物是最远亲的问题。

由于基因和染色体位置之间的联系变化相对缓慢，这些变化揭示了古代基因组可能是如何排列的。独特的、罕见的变化和保守的模式可以用来明确地统一所有的后代谱系。这有助于解决长期存在的关于动物关系的问题。

当他们检查栉水母的染色体尺度基因组时，他们发现一组基因与其他动物的模式非常不同。最重要的是，他们发现了栉水母和三种单细胞非动物之间共有的基因模式，而这些模式在从海绵到麻雀的所有其他动物中都是混合的。

通过比较相关基因的特定模式，研究人员可以建立一个扎根很深的动物生命之树，并更好地确定分支从主干分离的顺序。

研究小组用两副牌——一副蓝色和一副黄色——来类比这些基因联系是如何工作的。

每副牌上的蓝色和黄色卡片是分开的，代表不同染色体上的基因。首先，两副牌合并，代表染色体融合事件。然后，进一步洗牌就像在染色体之间交换基因。每次洗牌都会产生一种越来越小的可能性，即你可以将所有蓝牌和黄牌分别放在一半和一半中。同样，沿着动物生命之树的基因模式，来自祖先生物的基因联系在树的最远的分支上偶然复制的可能性越来越小。 

文章标题

Ancient gene linkages support ctenophores as sister to other animals