以文昌鱼为模型研究脊椎动物嗅上皮及其功能起源

脊椎动物器官及其功能的起源一直是生物学研究领域的热点，然而器官及其功能本身的复杂性却使这一研究领域成为难点。脊椎动物嗅上皮（main olfactory epithelium, MOE）介导的嗅觉系统简单，是研究器官及其功能起源的良好模型，但关于它们的起源目前尚无定论。本项目将以脊椎动物近缘物种文昌鱼为研究对象，首先通过比较基因组手段对其参与MOE嗅觉信号通路的分子元件进行鉴定，然后再对其中的关键成员OR（Olfactory Receptor）受体开展不同层面上的分析（如表达谱、转录调控区功能和进化特点等）,从而确定文昌鱼是否具有MOE嗅觉系统，并回答脊椎动物MOE嗅觉功能起源的科学问题。此外本项目还将对文昌鱼MOE嗅觉系统特异成员（如OR、CNG等）的胚胎及成体表达谱进行考察，试图探索并追踪文昌鱼MOE同源" 器官"的发生过程，从而为回答脊椎动物MOE器官起源问题提供帮助。

为回答文昌鱼是否具有与脊椎动物相似的嗅觉系统以及文昌鱼嗅觉系统分布在什么部位等问题，我们开展了本项目的研究。比较基因组分析发现文昌鱼具有所有参与脊椎动物MOE (main olfactory epithelium) 嗅觉系统相关的主要基因，其中包括约60个OR基因、1个CNGA基因、一个CNGB基因和一个Golf基因等。系统聚类暗示文昌鱼OR基因由至少10个家族构成，其中家族I成员数目最多，且在不同文昌鱼间存在较大分化。相反，其他家族成员则多由1-2个成员组成，部分家族的起源可以追述到鳃口文昌鱼属和偏殖文昌鱼属分化之前（约240 Mya）。利用原位杂交技术，我们进一步对OR6146、CNGA、CNGB和Golf等基因在文昌鱼胚胎发育期的表达谱进行分析，发现前三个基因特异表达于文昌鱼胚胎脑泡区域，Golf也在相应区域大量表达。以上结果暗示，文昌鱼具有与脊椎动物相似的MOE嗅觉系统，且该系统很可能位于文昌鱼脑泡中。