体轴的建立是胚胎发育中的关键环节，为动物组织和器官的发育搭建了必要的空间框架。体轴包括前后轴（AP）、背腹轴（DV）和左右轴（LR），其中前后轴尤为重要，是动物演化史上最早出现的体轴。尽管双侧对称动物中体轴特化的机制已有较为清晰的研究，但在动物演化早期，体轴具体如何建立、其分子机制又是什么，目前仍知之甚少。近期，中心赵呈天教授团队围绕早期后生动物扁盘动物门的体轴建立机制进行了初步研究，阐明了Wnt信号在调控其体轴建立方面的保守机制，该研究成果以“Wnt signaling patterns a central–peripheral body axis in the early-diverging metazoan Trichoplax adhaerens”为题发表在学术期刊Molecular Biology and Evolution。

作为刺胞动物与双侧对称动物的姊妹群，扁盘动物门被认为是动物早期演化的重要分支，其中丝盘虫（Trichoplax adhaerens）是该门类的典型代表物种。研究人员发现，丝盘虫基因组中已演化出完整的Wnt信号通路，其Wnt相关基因不仅呈现明显的时空特异性表达特征，还主要富集于个体外周区域，并具有显著的发育动态变化。

依托课题组建立的转基因与RNA干扰技术体系，研究进一步发现，提高Wnt信号活性能够显著促进外周细胞增殖，同时相对抑制中心区域发育，从而协调内外层细胞的发育模式（图1）。上述结果表明，经典Wnt信号通路在丝盘虫生长调控及躯体模式形成过程中发挥关键作用，为理解早期动物体轴建立与多细胞发育机制的演化起源提供了重要线索。

图1 Wnt信号调控丝盘虫中心和外周区域躯体模式形成

  进一步研究发现，丝盘虫个体中心区域与外周区域之间存在显著的基因表达差异。研究人员将其内外区域的转录组数据与刺胞动物水螅（Hydra）口—反口轴（oral–aboral axis）的转录组进行比较分析后发现，二者在分子表达模式上具有高度相似性：丝盘虫中心区域的基因表达特征与水螅足部（反口面）高度相近，而外周区域则与垂唇（口面）区域表现出明显一致性（图2A）。此外，多种与动物前后轴发育相关的经典信号，也在丝盘虫中心与外周区域呈现出显著差异表达（图2B）。上述结果表明，尽管丝盘虫形态结构极为简单，其体内可能已经演化形成了一个“中心—外周”体轴。该体轴不仅在分子层面与刺胞动物的口—反口轴具有保守性，同时也与双侧动物的前后轴发育机制存在一定相似性，为探索动物体轴演化的起源与保守机制提供了新的证据（图2C）。

图2 丝盘虫中心-外周体轴与水螅口-反口轴的相似性

  总体而言，本研究首次揭示了丝盘虫（Trichoplax adhaerens）体内存在一种新的“中心—外周”体轴，并发现该体轴的建立与经典前后轴决定信号Wnt通路密切相关。研究结果不仅将动物体轴演化的研究拓展至早期后生动物类群，也进一步揭示了Wnt这一古老信号通路在体轴建立与空间模式形成过程中的深层保守性(图3)，为理解动物复杂体制和发育机制的演化起源提供了新的理论依据。

图3 后生动物体轴模式演化示意图

  中国海洋大学方宗熙海洋生物进化与发育研究中心赵呈天教授为本论文通讯作者，中心博士生狄国涛和博士后金敏军为论文的共同第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金、崂山实验室科技创新项目等支持。