幼态持续与异时发育:中国化石与现生蝾螈类演化发育生物学综合研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41872008
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0201.古生物、古人类和古生态学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Evolutionary Developmental Biology (evo-devo) is an interdisciplinary research field by its nature, whereas heterochrony—evolutionary change in the timing of developmental events—has been the central concept in this field since the term was first coined in 1875. This proposal is planned to conduct research on evolutionary development in salamanders by comparative study of superbly preserved fossils from, and extant species endemic to, China. The planned research aims to investigate neotenic evolution of salamander clades, and heterochronic ossification of hyobranchium and mesopodium in extant hynobiids and their fossil relatives. Our study will stress comparison of shifts in the timing of ossification sequence rather than allometric growth of bony structures. Ossification sequence data will be obtained by means of Micro CT-scan of both fossil and extant salamander specimens; iodine enhanced CT-scan techniques will also be used to process samples of extant species. By comparative study changes in the timing of onset ossification of the same structure in different species of extant hynobiids and their fossil relatives, the proposed research is expected to detect heterochronic events in post-embryonic ontogeny of the sampled salamanders, and to discuss what roles these events played in phylogenetic diversification of hynobiid salamanders. Neoteny (retention of larval morphology at reproductive maturity) has been recognized as one type of heterochrony and a key life-history feature in relevant to salamander diversity. The proposed research will include rich samples of superbly preserved Mesozoic fossils from China in our study of neotenic evolution of salamander clades. Neotenes in fossil forms can be distinguished from metamorphic salamanders by identification of larval features (internal and external gills, larval type of hyobranchium) in adults with ossification of articular as an indication of sexual maturity. By color coding of neotenic taxa with geologic range, this sifinificant life-history feature will be plotted into a phylogenetic framework at hand, for tracing the evolution of neoteny in deep time, and for developing a discussion on the roles that neoteny played in the evolution of salamanders. Such a research has not been done before largely owing to the lack of adequate data from the fossil record. Results of the research are expected to produce publications of at least one paper in a high-profile journal including PNAS/RSPB, 3-5 technical papers in PeerJ, PLoS One, or Journal of Anatomy, and 2-3 technical papers in the journal of China Scientific Data.
本项目拟应用中国特有的中生代化石和现生蝾螈类标本进行演化发育生物学研究。研究内容包括化石与现生小鲵类骨化序列的异时发育和蝾螈类幼态持续的宏观演化。异时发育的研究侧重于骨化序列时间上的差异性比较,而非某些结构的异速生长。项目设计拟采用高精度CT扫描和碘增强扫描技术,分别从化石与现生标本中获取舌器及中足骨骼胚后发育过程中的骨化序列。通过不同属种间相同结构在骨化时间上的差异性比较,识别小鲵类胚后发育过程中的异时发育现象并探究其在分支演化中的作用。幼态持续研究中,化石属种幼态持续的识别依据成年个体保留幼年特征区别于变态发育类型。通过幼态持续在分支系统中的标定,追索其深度时间上的演化,进而分析讨论蝾螈类幼态持续的起源及宏观分支系统框架下的演化形式。预期成果包括至少一篇PNAS/RSPB级别的论文,3-5篇PeerJ/PLoSONE级别的常规论文,及2-3篇国内核心刊物《中国科学数据》的技术性论文。

结项摘要

演化发育生物学(简称evo-devo)就其科学属性而言应视为一个交叉学科领域,而异时发育(heterochrony)—发育事件在时间或速率上的差异性演化 —自其1875年被正式造词命名以来,已经成为当代演化生物学领域的一个极为重要的科学概念。最近几十年中该领域的研究进展主要反映在基因与发育过程在时间和速率上的差异性演化方面,即基因与胚胎发育过程的演化产生形态学多样性方面。然而,国际上已有学者疾呼大量研究工作急需在胚后发育过程中的形态发生事件(morphogenetic events)方面展开比较分析研究。就此而言,古生物学基于化石证据进行比较发育形态学分析研究在搜寻和发现特定演化支系潜在的祖先显性特征(ancestral phenotypic features)方面有其独特的优势。.本项目实施过程中按计划采用Micro-CT扫描技术手段,从选取的一批中国早期蝾螈类化石以及特有现生物种标本上成功获取了大量高精度CT扫描图像数据。本项目对这些图像数据的分析研究揭示出相关蝾螈类骨骼系统中个体发育/系统演化方面具有重要科学意义的资料信息。在此基础上,本项目进行并已完成的研究内容包括:1-现生蝾螈类骨骼解剖研究; 2-化石/现生小鲵类系统分支与骨骼形态的演化序列;3-化石/现生蝾螈类腭区解剖构造的生态-形态学研究;4-蝾螈类肢骨骨化模式研究及其对轴前优势发育假说的影响。其中肢骨骨化模式的研究成果突出,在Science Advances上刊出。然而,原计划中的一批选样标本的CT扫描工作在过去三年中被迫中断,致使蝾螈类幼态持续演化研究未能如期完成,留待后续研究发表。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Comparative osteology of the hynobiid complex Liua-Protohynobius-Pseudohynobius (Amphibia, Urodela): I. Cranial anatomy of Pseudohynobius
鲵鱼复合体 Liua-Protohynobius-Pseudohynobius(两栖类、Urodela)的比较骨学:I. Pseudohynobius 的颅骨解剖
  • DOI:
    10.1002/cbic.201900440
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Anatomy
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Jia Jia;Ke-Qin Gao;Jian-ping Jiang;Gabriel S Bever;Rongchuan Xiong;Gang Wei
  • 通讯作者:
    Gang Wei
A new stem hynobiid salamander (Urodela, Cryptobranchoidea) from the Upper Jurassic (Oxfordian) of Liaoning Province, China
中国辽宁省上侏罗统(牛津系)一新干鲵(Urodela,Cryptobranchoidea)
  • DOI:
    doi:10.1080/02724634.2019.1588285
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Vertebrate Paleontology
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Jia Jia;Ke-Qin Gao
  • 通讯作者:
    Ke-Qin Gao
Ossification patterns of the carpus and tarsus in salamanders and impacts of preaxial dominance on the fin-to-limb transition
蝾螈腕骨和跗骨的骨化模式以及轴前优势对鳍到肢过渡的影响
  • DOI:
    10.1007/978-3-319-25931-4_7
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Science Advances
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Jia Jia;Jason S Anderson;Jian-ping Jiang;Wenhao Wu;Neil H Shubin;Ke-Qin Gao
  • 通讯作者:
    Ke-Qin Gao
Palatal morphology predicts the paleobiology of early salamanders
腭形态预测早期蝾螈的古生物学
  • DOI:
    10.1101/2022.01.17.476642
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    eLife
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Jia Jia;Guangzhao Li;Ke-Qin Gao
  • 通讯作者:
    Ke-Qin Gao
Middle Jurassic stem hynobiid from China shed light on the evolution of basal salamanders
来自中国的中侏罗世干鬣蜥揭示了基蝾螈的进化
  • DOI:
    10.1016/j.isci.2021.102744
  • 发表时间:
    2021-07-23
  • 期刊:
    iScience
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Jia J;Anderson JS;Gao KQ
  • 通讯作者:
    Gao KQ

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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贾佳;张美华;高克勤;江建平
  • 通讯作者:
    江建平
内蒙古宁城道虎沟地区侏罗系地层划分及时代探讨
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    地质通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任东;高克勤;郭子光;姬书安;谭京晶
  • 通讯作者:
    谭京晶
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国科学数据(中英文网络版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贾佳;高克勤
  • 通讯作者:
    高克勤

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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