COUP-TFI specifies the medial entorhinal cortex identity and induces differential cell adhesion to determine the integrity of its boundary with neocortex｜中央研究院 細胞與個體生物學研究所

後口動物包含了半索動物、棘皮動物、及脊索動物（前兩者合稱為步帶動物），是兩側對稱動物的其中一群。這些物種的比較研究能提供了解後口動物最後共同祖先和兩側對稱動物最後共同祖先的重要資訊。間接發育型的半索動物具有與棘皮動物相似的幼生時期以及與脊索動物和其他兩側對稱動物前後體軸相似的成體身體體制，因此是研究後口動物發育分子機制的適切模式物種。然而，至今為止仍缺乏全面且定量的了解半索動物不同發育階段基因表現及染色質動態變化。在此研究中，我們分析了間接發育型半索動物Ptychodera flava多個發育時期的轉錄體及染色質開放區域，以及生活史變態前後的轉錄體差異。我們觀察到P. flava的發育可以明確區分成兩階段的轉錄機制，而且個別是由截然不同的基因網路所調控。與其他兩側對稱動物的比較顯示類似的轉錄及調節動態可在半索動物原腸胚形成期、頭索動物神經胚形成期、及環節動物延長期觀察到。藉由調節網路的分析及棘皮動物轉殖基因實驗的驗證，我們提出以下假說：原腸胚形成時期是後口動物在分子上最相像的時期，此後口動物發育的分子基礎可能在兩側動物的共同祖先就已經存在。

研究亮點

此研究的半索動物是來自臺灣澎湖的物種，本研究團隊今年六月已發表此物種染色體層級的全基因組定序。奠基於此基因組的資訊，本研究團隊與西班牙研究團隊進一步合作，藉由分析轉錄體及染色質開放區域，全面且定量地解析出間接發育型半索動物兩階段的轉錄調控機制。此研究突破了以往對半索動物在不同發育階段分子機制了解不足的局限。研究團隊發現半索動物的發育歷程分為截然不同的兩個階段，每個階段均由不同的基因網路調控。研究結果也顯示，半索動物的原腸胚形成期與其他後口類動物（如棘皮動物，頭索動物）和兩側對稱動物（環節動物）在特定發育階段的基因調控模式存在高度的演化保守性。這項研究不僅深入解析了間接發育型半索動物在發育過程中的基因表現與染色質動態變化，還強調了原腸胚形成期是後口動物發育過程中分子層面最相似的時期，也揭示了兩側對稱動物的發育基礎或許早在其共同祖先階段就已經確立。這項發現對理解後口動物的起源與兩側對稱動物的發育機制的演化具有深遠意義，為未來生物學研究提供了新的視角與實驗依據。

未來研究方向及限制

本研究是針對完整胚胎進行轉錄體與染色質開放區域的分析，提供了發育過程中基因調控的整體概觀。然而，該研究目前仍缺乏細胞層級的解析度，無法針對不同細胞類型進行精細的基因表現與調控分析。為了進一步提升研究的解析度，未來將結合單細胞轉錄體與單細胞染色質開放區域定序技術，逐步解析個別細胞在發育過程中的基因調控變化。藉由跨物種的單細胞數據對比分析，研究人員將可進一步推測哪些細胞類型屬於演化上較古老或較新穎的種類，從而揭示動物細胞多樣性的演化歷史與機制，這將有助於更全面地理解生物體發育過程中細胞命運決定與分化的精密調控網絡。這樣的研究方向將為未來的發育生物學與演化研究提供新的見解與研究資源。