節肢動物身體分段圖。從昆蟲到蜘蛛，長期以來，它以其保守的外觀和多樣化的發育起源而令生物學家著迷。雖然果蠅已被廣泛研究，但其他節肢動物在可比較的基因組水平上卻知之甚少。一項新研究通過使用先進的單細胞技術改變了這一點。它單獨捕獲每個細胞的活動。揭示這種分割在常見的家蜘蛛中是如何發生的。 溫熱擬脂蟲–
這項研究由大阪大學 JT 生物史研究室的 Takanori Akaiwa、Hiroki Oda 博士和 Yasuko Akiyama-Oda 博士進行。他們的研究結果發表在《通訊生物學》雜誌上，該研究使用單核 RNA 測序技術，測量每個細胞的細胞核中復制了哪些基因。研究小組創建了蜘蛛幼蟲在沿前軸和後軸分割的關鍵階段的詳細分子圖。這意味著從頭到尾。
通過以單細胞分辨率監測細胞狀態或觀察每個細胞水平的發育，研究人員可以觀察反映不同部分出現的模式。這揭示了細胞的外層，後來形成了表皮和神經組織。在實踐中，他們表明動態生成的基因表達模式是來自 DNA 的命令，可以打開和關閉它，可以在數千個細胞中看到和量化。某些格式顯示為特定於區域的域。有些圖案表現為由分裂和波狀振盪形成的帶。所有這些都有助於創造蜘蛛的形狀。這表明節肢動物雖然具有分段的身體，但不同物種的分子步驟差異很大。
該研究的一項重要進展是能夠重建蜘蛛細胞的軸向排列。它僅根據分子數據創建了從頭到尾的身體藍圖。這種軸向對齊允許對截面進行排序。正如 Akiyama-Oda 博士解釋的那樣，“僅使用從單核測序獲得的信息重建核心模式尚未在其他動物中報導過。我們的重要觀察結果表明外胚層細胞的極化狀態，這是條紋形成的基礎。”這表明蜘蛛如何成為研究果蠅之外的分割的強大模型。
該研究還確定了中胚層新細胞的狀態。這是構成肌肉和內臟的層。以及產生腸道和相關組織的內胚層。這些發現強調了發育過程中細胞的多樣性。重要的是，該團隊的分析揭示了超過兩百個基因可以通過數學方式重建分段帶型模式。這一發現有助於創建胚胎髮育的預測模型。預測模型是簡單的表示，允許科學家測試想法並預測生物過程的結果。正如 Akiyama-Oda 博士指出的那樣，“這裡生成的高分辨率定量單核數據為理解節肢動物分割的多種機制提供了堅實的基礎，並且與基於細胞的過程的數學建模直接相關。”
Akaiwa、Oda 博士和 Akiyama-Oda 博士強調，通過展示詳細的基因表達情況，這項研究的意義不僅限於蜘蛛。他們的研究能夠在不需要果蠅等既定模型的情況下創建，為探索整個動物界發育多樣性的起源提供了可能性。該報告指出，即使分割也保留在結果中。但這可以通過多種途徑來完成。這強調了進化在塑造生命基本形式方面的靈活性。
期刊參考文獻
Akaiwa T.、Oda H.、Akiyama-Oda Y.“以單細胞分辨率對節肢動物身體計劃進行全基因組定量解剖。”通訊生物學，2025； 8:913。土井： https://doi.org/10.1038/s42003-025-08335-x
關於作者
赤岩剛典 他是一位專門研究發育、細胞和分子生物學的新興科學家。他在科學研究生院完成了碩士學位。京都大學研究生院理學研究科攻讀博士學位。赤岩先生加入了大阪大學 JT 生物歷史研究館的小田實驗室，並對該項目產生了興趣。小田實驗室的“蜘蛛發育生物學” 他與小田康子博士合作使用單細胞和單核RNA測序技術。 溫熱擬脂蟲 蜘蛛幼蟲不僅獲得了高質量的數據集，還開發了諸如 右 和 Python分析數據集 他的努力有助於展示單核 RNA 測序在蜘蛛發育生物學中的力量。他目前正在準備他的博士論文。
小田弘樹博士 他是JT生物歷史研究館的科學家和組長，也是大阪大學科學研究科的客座教授，從事細胞相關領域的研究。發育生物學和進化 他的工作重點是了解動物多樣性的起源以及細胞系統和發育的重大變化或變化。他最初研究細胞間粘附系統時使用 黑腹果蠅但他的視野擴大到了更廣泛的動物，包括蜘蛛。自2000年起，他開始與Yasuko Akiyama-Oda博士一起利用該物種進行蜘蛛發育生物學研究 溫熱擬脂蟲 並展示了這種蜘蛛作為模式生物的力量。尤其是螯合節肢動物。他參與了 Spider 的技術開發以及改進 evo-devo 研究。
秋山小田靖子博士 他是 JT 生物歷史研究館的科學家，也是大阪醫藥大學的科學家。她的研究領域為發育和進化生物學。重點放在節肢動物胚胎髮生的早期階段。從一開始就研究了細胞分化的機制 黑腹果蠅 胚胎對各種發育系統產生了興趣。 2000年左右，她開始與Hiroki Oda博士一起研究普通家蜘蛛的發育。 溫熱擬脂蟲他們發現了破壞早期蜘蛛胚胎對稱性的分泌信號來源。她成功地利用親代RNA干擾來分析基因功能。 寄生綱 該胚胎為該蜘蛛物種成為節肢動物的重要模式生物奠定了基礎。她的系列作品強調了早期發展的交叉機制。她繼續推動全基因組研究，以進一步闡明節肢動物的發育多樣性。
