海豆芽基因體揭示兩側對稱動物背腹軸形成的演化機制
動物在發育過程中如何建立背部與腹部的差異，是理解兩側對稱動物體制演化的核心問題。然而，在包含環節動物與軟體動物的「螺旋動物」中，其分子機制與演化起源至今依然成謎。生物多樣性研究中心助研究員駱乙君帶領的研究團隊，建立了腕足動物海豆芽 (Lingula anatina) 的首個染色體層級基因體，並結合功能性轉錄體分析，探討 BMP 訊號在胚胎發育過程中如何調控背腹軸的形成。研究發現，在海豆芽原腸胚階段，BMP 訊號於背側活化呈現不對稱分佈，其分佈由腹側表現的 BMP 拮抗基因 chordin 與 BMP 配體之間的動態平衡所調控。透過小分子藥物與重組蛋白調控 BMP 訊號，研究進一步證明，高強度 BMP 活性會抑制與中樞神經發育相關基因的表現，此一機制與後口動物及其他原口動物中所觀察到的模式高度一致。
此外，研究團隊透過轉錄體分析發現，海豆芽與脊椎動物如非洲爪蟾在 BMP 調控的基因表現組成上具有顯著相似性，支持此一背腹軸調控機制在三大兩側對稱動物類群中具有深層保守性。研究結果指出，螺旋動物祖先可能已保留此一共同的調控模式，而其後續發育網絡則經歷系統性漂移 (developmental system drift)，即在維持相似發育結果的前提下，相關基因之間的上下游調控關係可隨演化逐步改變。此一現象顯示，不同動物類群雖共享保守的發育機制，其底層調控路徑仍可能產生重組與分化。本研究不僅釐清螺旋動物背腹軸形成的分子基礎，也為理解兩側對稱動物體制的演化提供新的比較框架。研究成果已於2026年 3月12日發表於《自然通訊》(Nature Communications)，並獲得本院前瞻計畫與國科會專題研究計畫的支持。
論文第一作者為本院生物多樣性研究中心博士後研究員呂湯姆。論文合作者包括日本海洋研究開發機構研究員清水啟介、東京大學教授遠藤一佳、牛津大學教授 Peter Holland、深圳大學教授黃裕謙。
圖一、具有磷酸鈣殼與肉莖的腕足動物海豆芽 (Lingula anatina) 成體與其早期胚胎發育過程，顯示 BMP 訊號呈現不對稱活化。雖然屬於螺旋動物，但其胚胎發育模式缺乏螺旋卵裂，反而與後口動物如海膽或文昌魚的細胞分裂模式相近。
圖二、兩側對稱動物中 BMP 訊號與背腹軸形成的演化。雖然 BMP 配體表現位置不同，高 BMP 訊號 (紅) 與拮抗基因 chordin/sog 表現區 (藍) 在多數動物中分別位於背側與腹側，腕足動物 Lingula 亦呈現相同配置。脊索動物因背腹軸反轉而呈現相反分布，但核心調控機制仍保守，且 BMP 訊號普遍抑制中樞神經發育相關基因。
論文全文連結
Lewin TD, Sakagami T, Shimizu K, Kao LJ, Chiu YL, Liao IJY, Chen ME, Hisata K, Endo K, Satoh N, Holland PWH, Wong YH, Luo YJ (2026) Brachiopod genome unveils the evolution of BMP signalling in bilaterian body patterning. Nature Communications 17, in press. https://doi.org/10.1038/s41467-026-70403-5
