編輯丨王多魚(yú)

排版丨水成文

脊椎動(dòng)物的復(fù)雜大腦比其近親擁有更多的細(xì)胞類(lèi)型。全基因組復(fù)制（Whole-genome duplication，WGD）事件發(fā)生在早期脊椎動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程中，但這些復(fù)制后保留的基因（被稱(chēng)為ohnologues）是否促進(jìn)了細(xì)胞類(lèi)型的進(jìn)化，目前尚不清楚。

2026 年 6 月 10 日，廈門(mén)大學(xué)李光教授及牛津大學(xué)Sebastian M. Shimeld教授、博士生Zhu Yuanzhen等，在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature期刊發(fā)表了題為：Whole-genome duplication shaped cell-type evolution in the vertebrate brain 的研究論文。

該研究通過(guò)對(duì)人類(lèi)、小鼠、蜥蜴、七鰓鰻和文昌魚(yú) 5 種不同脊索動(dòng)物大腦細(xì)胞類(lèi)型演化開(kāi)展了系統(tǒng)比較分析，發(fā)現(xiàn)全基因組復(fù)制（WGD）事件所保留的基因——ohnologues，對(duì)脊椎動(dòng)物早期大腦細(xì)胞類(lèi)型多樣化發(fā)揮重要作用。

脊椎動(dòng)物的出現(xiàn)是生命演化史上的一次重大躍遷，其標(biāo)志是形成了脊柱、神經(jīng)嵴和內(nèi)骨骼等創(chuàng)新性特征。不僅如此，脊椎動(dòng)物的大腦也變得極度復(fù)雜，出現(xiàn)了具有明顯形態(tài)和功能分化的端腦、間腦、小腦等結(jié)構(gòu)，這大大增強(qiáng)了它們適應(yīng)不同生態(tài)位的能力。

長(zhǎng)期以來(lái)，一直有觀點(diǎn)認(rèn)為，脊椎動(dòng)物在其祖先演化過(guò)程中曾經(jīng)歷過(guò)全基因組復(fù)制（Whole-genome duplication，WGD）事件。這一觀點(diǎn)后來(lái)被完善為“2R 假說(shuō)”，即脊椎動(dòng)物早期演化過(guò)程中發(fā)生了兩次全基因組復(fù)制（WGD）事件，第一次 WGD 事件發(fā)生在圓口類(lèi)（cyclostomes，例如七鰓鰻、盲鰻，是現(xiàn)存最原始的無(wú)頜脊椎動(dòng)物）與有頜類(lèi)（gnathostomes，涵蓋絕大多數(shù)脊椎動(dòng)物）分化之前。第二次 WGD 事件發(fā)生在有頜類(lèi)脊椎動(dòng)物的共同祖先中，緊隨第一次 WGD 事件之后。這些 WGD 事件被認(rèn)為是推動(dòng)脊椎動(dòng)物器官結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和復(fù)雜化的關(guān)鍵誘因。然而，目前對(duì)于 WGD 在脊椎動(dòng)物腦細(xì)胞類(lèi)型演化以及腦復(fù)雜化進(jìn)程中的貢獻(xiàn)，仍缺乏有力證據(jù)支撐。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用來(lái)自五種脊索動(dòng)物——人類(lèi)、小鼠、蜥蜴、七鰓鰻和文昌魚(yú)——的大腦單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，報(bào)告了脊椎動(dòng)物中許多具有保守核心轉(zhuǎn)錄因子的細(xì)胞類(lèi)型家族與文昌魚(yú)并不顯示一對(duì)一（1-to-1）的同源性。此外，ohnologues，特別是來(lái)自第一次全基因組復(fù)制（WGD）的 ohnologues，對(duì)于脊椎動(dòng)物細(xì)胞類(lèi)型進(jìn)化的重要性超過(guò)了小規(guī)模復(fù)制（SSD）產(chǎn)生的 paralogues。

ohnologues 對(duì)細(xì)胞類(lèi)型進(jìn)化的影響大于 paralogues

為了探索 ohnologues 在這一過(guò)程中是否具有機(jī)制上的重要性，研究團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)了祖先細(xì)胞類(lèi)型狀態(tài)，并將其與文昌魚(yú)進(jìn)行了比較，同時(shí)對(duì)宏膠質(zhì)細(xì)胞類(lèi)型家族（macroglia）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，ohnologues 在早期脊椎動(dòng)物細(xì)胞類(lèi)型多樣化中發(fā)揮了重要作用。此外，通過(guò)檢查 paralogues 在細(xì)胞類(lèi)型和物種間的表達(dá)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，表達(dá)變化主要由劑量選擇（dosage selection）和亞功能化（subfunctionalization）驅(qū)動(dòng)。該研究還將 ohnologues 與不同解剖和細(xì)胞類(lèi)型尺度上的細(xì)胞多樣性聯(lián)系起來(lái)。

總的來(lái)說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)證明了全基因組復(fù)制（WGD）事件對(duì)于早期脊椎動(dòng)物大腦復(fù)雜性進(jìn)化的重要性，并強(qiáng)調(diào)了由 WGD 事件產(chǎn)生的 ohnologues 在形成后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)促進(jìn)細(xì)胞類(lèi)型的進(jìn)化。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10629-x