最新進展：胰島素基因轉錄調控通路進化取得進展

　　5月25日，Nature Communications以Evidence from oyster suggests an ancient role for pdx in regulating insulin gene expression in animals為題，在線報道了中國科學院海洋研究所副研究員許飛和英國等國家的科學家的合作研究成果。該研究以長牡蠣為對象，采用生物信息學和分子生物學技術，證明了長牡蠣中存在Pdx-insulin調控通路，表明關鍵轉錄因子Pdx調控胰島素基因表達的功能可追溯到兩側對稱動物的共同祖先。

　　2021年是胰島素發現100周年，作為研究較深入的生物大分子之一，關于其起源和演化歷史還存在很多尚未解決的問題。胰島素純化工作的主要參與者James Collip在胰島素發現之初就開始關注其在不同動物中的存在情況，并于1923年在雙殼貝類砂海螂（Mya arenaria）中鑒定到類似胰島素活性的物質存在。然而，越來越多的研究表明，無脊椎動物和脊椎動物類胰島素基因無論是在結構還是表達模式方面均存在較大差異。尤其是線蟲、果蠅等模式無脊椎動物的基因組特化嚴重，丟失了Pdx等人類胰島素基因的關鍵轉錄因子。動物類胰島素基因復雜的演化歷史還需進一步闡明。

　　隨著基因組信息的不斷積累，學界意識到海洋冠輪動物可能由更加原始和普遍的基因組成。許飛長期以來聚焦于貝類激素調控系統，研究海洋無脊椎動物基因調控網絡的演化歷史。該研究系統分析了長牡蠣類胰島素基因家族成員的結構、表達及其進化特征，發現牡蠣類胰島素基因多樣性豐富，在兩側對稱動物的主要類胰島素成員中具有廣泛代表性。該研究進一步通過轉錄組技術，探討了動物腸道系統的同源性，發現貝類和脊椎動物中腸系統具有較大的功能相似性，貝類“肝胰腺”和脊椎動物復雜的腸道系統各自獨立進化，但可能都源于表達Pdx基因的內胚層區域。通過靶向開放染色質技術，鑒定到cgILP基因的轉錄調控區，并鑒定到cgPdx基因的結合基序。通過雙熒光報告基因實驗和染色質免疫共沉淀等技術，證明了牡蠣Pdx和NeuroD的協同作用可以調控牡蠣cgILP的表達。

　　許飛為論文第一和通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金、中科院海洋大科學中心重點部署項目和國家留學基金的資助。

　　圖1.長牡蠣類胰島素基因系統進化分析

　　圖2.長牡蠣類胰島素基因表達模式分析

　　圖3.長牡蠣cgILP基因轉錄調控區基序解析