上海
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
脊椎动物的复杂大脑比其近亲拥有更多的细胞类型。全基因组复制（Whole-genome duplication，WGD）事件发生在早期脊椎动物进化过程中，但这些复制后保留的基因（被称为ohnologues）是否促进了细胞类型的进化，目前尚不清楚。
2026 年 6 月 10 日，厦门大学李光教授及牛津大学Sebastian M. Shimeld教授、博士生Zhu Yuanzhen等，在国际顶尖学术期刊Nature期刊发表了题为：Whole-genome duplication shaped cell-type evolution in the vertebrate brain 的研究论文。
该研究通过对人类、小鼠、蜥蜴、七鳃鳗和文昌鱼 5 种不同脊索动物大脑细胞类型演化开展了系统比较分析，发现全基因组复制（WGD）事件所保留的基因——ohnologues，对脊椎动物早期大脑细胞类型多样化发挥重要作用。
脊椎动物的出现是生命演化史上的一次重大跃迁，其标志是形成了脊柱、神经嵴和内骨骼等创新性特征。不仅如此，脊椎动物的大脑也变得极度复杂，出现了具有明显形态和功能分化的端脑、间脑、小脑等结构，这大大增强了它们适应不同生态位的能力。
长期以来，一直有观点认为，脊椎动物在其祖先演化过程中曾经历过全基因组复制（Whole-genome duplication，WGD）事件。这一观点后来被完善为“2R 假说”，即脊椎动物早期演化过程中发生了两次全基因组复制（WGD）事件，第一次 WGD 事件发生在圆口类（cyclostomes，例如七鳃鳗、盲鳗，是现存最原始的无颌脊椎动物）与有颌类（gnathostomes，涵盖绝大多数脊椎动物）分化之前。第二次 WGD 事件发生在有颌类脊椎动物的共同祖先中，紧随第一次 WGD 事件之后。这些 WGD 事件被认为是推动脊椎动物器官结构创新和复杂化的关键诱因。然而，目前对于 WGD 在脊椎动物脑细胞类型演化以及脑复杂化进程中的贡献，仍缺乏有力证据支撑。
在这项最新研究中，研究团队利用来自五种脊索动物——人类、小鼠、蜥蜴、七鳃鳗和文昌鱼——的大脑单细胞转录组数据，报告了脊椎动物中许多具有保守核心转录因子的细胞类型家族与文昌鱼并不显示一对一（1-to-1）的同源性。此外，ohnologues，特别是来自第一次全基因组复制（WGD）的 ohnologues，对于脊椎动物细胞类型进化的重要性超过了小规模复制（SSD）产生的 paralogues。
ohnologues 对细胞类型进化的影响大于 paralogues
为了探索 ohnologues 在这一过程中是否具有机制上的重要性，研究团队预测了祖先细胞类型状态，并将其与文昌鱼进行了比较，同时对宏胶质细胞类型家族（macroglia）进行了实验研究。研究结果表明，ohnologues 在早期脊椎动物细胞类型多样化中发挥了重要作用。此外，通过检查 paralogues 在细胞类型和物种间的表达，研究团队发现，表达变化主要由剂量选择（dosage selection）和亚功能化（subfunctionalization）驱动。该研究还将 ohnologues 与不同解剖和细胞类型尺度上的细胞多样性联系起来。
总的来说，这些发现证明了全基因组复制（WGD）事件对于早期脊椎动物大脑复杂性进化的重要性，并强调了由 WGD 事件产生的 ohnologues 在形成后很长一段时间内继续促进细胞类型的进化。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10629-x
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