最近在香港的一項實驗室實驗中誕生的老鼠，有著黑色的小眼睛和斑駁的灰色皮毛，與其他同類甚至其他動物都不同。
然而，儘管它們存在根本差異，但它們看起來再普通不過了，這一事實揭示了我們進化歷史的驚人真相。
這些小鼠被剪接了來自一種單細胞微生物的基因，這種微生物被稱為領鞭毛蟲。雖然微生物本身不是動物，但與動物密切相關，自複雜的多細胞生命存在之前以來，微生物幾乎沒有變化。
值得注意的是，在像小鼠這樣複雜的多細胞動物中成功選擇了領鞭毛蟲的基因，這讓我們對動物性狀的演化起源有了新的認識。
動物具有所謂的多能性。胚胎能力分化並發育成構成完全發育的有機體的各種組織。儘管領鞭毛蟲沒有這種天賦，但它們有自己的基因版本，負責動物的多能性。
透過將小鼠基因與領鞭毛蟲中發現的版本進行交換，研究人員可以確定兩者在功能上的相似程度。
“通過使用源自我們單細胞親屬的分子工具成功地培育出小鼠，我們見證了近十億年進化過程中非凡的功能連續性，”遺傳學家亞歷克斯·德·門多薩說英國瑪麗皇后大學。
「這項研究表明，參與的關鍵基因形成可能比幹細胞本身早得多，這或許有助於為我們今天看到的多細胞生命鋪平道路。
多能性被認為是隨著大約 7 億年前多細胞動物的出現而出現的，因此理所當然的是，與幹細胞多能性相關的轉錄因子，例如乾細胞中的轉錄因子紅襪隊和為了家庭，被認為僅限於多細胞動物。
但先前對動物附近的微生物進行的研究表明起源多能性早於多細胞生物。如果是這樣的話，它可能是動物演化的驅動因素之一，而不是動物演化的結果。
領鞭毛蟲 Sox 基因具有與哺乳動物 Sox2 基因相似的特徵。在小鼠中，Sox2 與稱為 Oct4 的 POU 成員相互作用；但領鞭毛蟲 POU 基因不能產生多能幹細胞。
由香港大學的高亞和黛西琳·塞納·譚以及德國馬克斯·普朗克陸地微生物研究所的馬蒂亞斯·吉爾比格領導的研究小組想知道如果用領鞭毛蟲Sox 基因替換哺乳動物的Sox2 基因會發生什麼事。
他們培養了克隆的小鼠幹細胞，並重新編程了它們的基因組，用領鞭毛蟲 Sox 取代了 Sox2。這些細胞被注射到小鼠胚胎囊胚中，然後植入到假孕老鼠代孕者在培育環境中受孕、出生和長大。
這些嵌合體幼崽出生時就具有基於其拼接遺傳的混合特徵。顯然它們是老鼠；但它們有黑色的眼睛和深色的皮毛斑塊，這表明它們是混合遺傳的。除此之外，它們都非常正常——這表明領鞭毛蟲 Sox 基因能夠產生與小鼠發育相容的幹細胞。
這表明，在多細胞出現之前，領鞭毛蟲就已經開發了用於創造多能性的工具。
「領鞭毛蟲沒有幹細胞，它們是單細胞生物，但它們有這些基因，可能控制基本的細胞過程，多細胞動物後來可能會重新利用這些基因來構建複雜的身體，”德門多薩 說。
研究結果表明，數億年前領鞭毛蟲中的 Sox 轉錄因子在生化上與當今多細胞生物中發揮重要功能的 Sox 基因相似。另一方面，領鞭毛蟲 POU 無法產生多能幹細胞，這表明 POU 成員必須經過修飾才能承擔它們現在在多能性中發揮的作用。
研究人員表示，這些結果可能對幹細胞研究和幹細胞療法產生影響。它們為地球上生命如何多樣化的故事增添了一層有趣的複雜性。
“我們的數據清楚地表明，涉及脊椎動物多能性的兩個主要基因家族和動物的關鍵發育基因在多細胞起源之前就已經存在，”該團隊在論文中寫道。
“最終，它們的生化能力被用來建構複雜多細胞實體的定義細胞類型之一。”
該研究發表於自然通訊。
