蚯蚓不僅是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的重要成員，也以擁有極強(qiáng)的前后部體節(jié)再生能力著稱。但以前，蚯蚓為何擁有再生的本領(lǐng)一直是個(gè)謎。近日，中科院昆明動(dòng)物研究所發(fā)表在《自然·通訊》上的一項(xiàng)研究成果，揭示了蚯蚓再生的分子細(xì)胞學(xué)機(jī)制。

自然界中動(dòng)物的再生能力，一直是個(gè)令人著迷且非常復(fù)雜的生物學(xué)過程。斑馬魚、蠑螈、壁虎等脊椎動(dòng)物可以治愈創(chuàng)傷，甚至讓丟失的心臟、尾巴、晶狀體器官或者附肢再生。用少量組織和細(xì)胞再生整個(gè)生命體的“本領(lǐng)”，也被廣泛用于干細(xì)胞生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)研究。

對(duì)于蚯蚓，達(dá)爾文曾在《腐殖土的形成和蚯蚓的作用》中感嘆：“我們很難找到其他的生靈像它們一樣，雖看似卑微，卻在世界歷史的進(jìn)程中起到了如此重要的作用。”

中科院昆明動(dòng)物研究所吳東東課題組測(cè)序并拼裝了準(zhǔn)染色體水平的高質(zhì)量安德愛勝蚓基因組，并通過不同再生時(shí)期bulk轉(zhuǎn)錄組(批量測(cè)序)和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組整合揭示蚯蚓再生的分子細(xì)胞學(xué)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓基因組中重復(fù)序列LINE2轉(zhuǎn)座元件可能在蚯蚓再生中扮演重要調(diào)控角色，例如LINE2轉(zhuǎn)座元件顯著高比例地插入到蚯蚓早期再生相關(guān)的差異基因位點(diǎn);同時(shí)某些差異表達(dá)的LINE2轉(zhuǎn)座元件和它們的鄰近基因擁有極為相似的表達(dá)模式。

課題組發(fā)現(xiàn)，核心調(diào)控渦蟲這樣的高度再生物種的EGR1(一種早期生長(zhǎng)因子)，不僅在蚯蚓再生過程中發(fā)生差異高表達(dá)，而且其側(cè)翼的LINE2轉(zhuǎn)座元件也發(fā)生顯著差異表達(dá)上調(diào)，因此推測(cè)這些顯著差異表達(dá)的元件可能通過調(diào)控鄰近基因來參與蚯蚓再生過程。另一方面，課題組在蚯蚓基因組中發(fā)現(xiàn)大量基因復(fù)制事件，這些擴(kuò)張的基因家族主要富集在發(fā)育生物學(xué)通路，而發(fā)育和再生在某些通路可能往往是共通的。

課題組還發(fā)現(xiàn)，某些顯著擴(kuò)張的基因家族可能通過增加其拷貝數(shù)劑量效應(yīng)來調(diào)控蚯蚓再生過程。此外，蚯蚓再生早期的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組解析暗示，蚯蚓再生早期72小時(shí)后損傷愈合部位細(xì)胞的高比例組分是干細(xì)胞，且多能干細(xì)胞在蚯蚓再生早期過程中具有重要作用。此項(xiàng)研究提供了一些蚯蚓再生的候選分子細(xì)胞學(xué)機(jī)制，提出蚯蚓可作為研究再生生物學(xué)或再生醫(yī)學(xué)的新模型。

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