本文作者包括赵龙、高凤、高珊、梁宇君、龙红岸、吕志一、苏颖、叶乃好、张留所、赵呈天等，主要来自中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、中国水产科学研究院黄海水产研究所及中国科学院海洋研究所。文章发表于Science China Life Sciences，于2021年4月22日在线发表。这是一篇综述性论文，主题是基于生物多样性的发育与进化研究，重点讨论模式生物与非模式生物中的新兴研究体系。

文章开篇指出，进化发育生物学旨在通过整合多学科原理与方法，理解发育过程的改变如何驱动生物演化的主要转变与创新。过去几十年对模式生物的研究虽然积累了前所未有的知识，但许多根本性的生命过程仍是未解之谜。鉴于地球生物的巨大多样性，现有模式生物不足以全面理解生命演化、生理过程及其对环境的适应。基因组数据的快速积累与CRISPR/Cas9基因编辑工具的广泛应用，使得将研究扩展到非模式生物成为可能。文章围绕分子进化、发育进化、再生、遗传调控与环境适应等主题，以文昌鱼、海鞘、纤毛虫、单细胞浮游植物、海洋线虫及斑马鱼、果蝇等为代表性体系展开综述。

在分子进化部分，文章首先详细介绍了文昌鱼中生长激素/胰岛素样生长因子轴的起源。作者实验室长期以文昌鱼为模式动物，发现文昌鱼中存在一种功能性生长激素样多肽GHL，其三维结构与人类生长激素高度相似，主要分布于哈氏窝——一种与脊椎动物垂体同源的组织。重组GHL能够与斑马鱼肝脏的生长激素受体结合，刺激胰岛素样生长因子I的表达，并促进斑马鱼生长，修复因生长激素缺乏导致的形态发生异常。系统发育分析表明，文昌鱼GHL位于脊椎动物垂体激素家族基部，是生长激素与催乳素等激素的共同祖先型分子。此外，文昌鱼中还存在GHL的相互作用伙伴GH/PRL样结合蛋白，二者结合可抑制GHL的生物学活性，提示自分泌/旁分泌作用在基部脊索动物中已出现。文昌鱼中还具有胰岛素样生长因子/受体样系统，其重组胰岛素/胰岛素样生长因子杂合肽能够激活小鼠肌肉细胞中的MAPK和PI3K/AKT信号通路。这些结果说明脊椎动物样神经内分泌轴的基本设置在文昌鱼中已经建立。

同一部分还讨论了DNA N6-腺嘌呤甲基化在单细胞真核生物纤毛虫中的重新发现。6mA在真核生物中曾长期被忽视，因为其丰度极低且难以检测。近年来超高灵敏度液相色谱-质谱联用与单分子实时测序技术推动了对6mA的研究。嗜热四膜虫是最早报道含有6mA的真核生物之一，其6mA仅存在于转录活跃的大核中，而在惰性的小核中缺失。四膜虫6mA水平约为0.6%–1%，远高于多数其他真核生物，且超过90%的6mA位于5′-AT-3′序列中，主要分布于连接DNA区域与基因体5′端。研究鉴定出AMT1为四膜虫中主要的6mA甲基转移酶，属于MT-A70家族中一个特殊亚支，该亚支主要存在于原生生物与基部真菌中。AMT1缺失导致6mA水平显著降低，对称甲基化几乎消失，细胞生长缓慢，接合生殖严重受阻。6mA与核小体之间存在复杂的相互关系：一方面6mA倾向位于连接DNA区域，另一方面6mA又能促进核小体定位，二者可能形成正反馈回路以维持染色质环境。

在发育进化部分，文章介绍了海鞘脊索管形成这一新型生物管形成方式。海鞘脊索由40个细胞组成，在发育过程中首先通过间充质-上皮转化建立顶端-基底极性，PAR3-PAR6-aPKC极性复合物在顶端结构域初始定位中起关键作用。随后细胞向细胞外分泌胞外基质，在相邻细胞之间形成小腔，小腔扩展并融合成单一管腔。腔扩展需要膜生物合成、液体充盈与细胞连接重塑三个过程，其中SLC26aα离子转运蛋白通过调节渗透压控制管腔大小，caveolin蛋白通过诱导膜曲率提供膜储备并感知顶端膜张力。最后脊索细胞发生双向迁移与连接重塑，相邻腔室融合形成连续管腔，此过程被称为“反向插入”。这种管形成方式也见于斑马鱼血管吻合与肠管形成，提示这是一种具有普遍意义的生物管形成新模式。

文章还详细综述了斑马鱼在研究纤毛与纤毛病中的应用。纤毛分为运动纤毛与初级纤毛，其结构高度保守。纤毛功能障碍可导致多种人类疾病，称为纤毛病，包括原发性纤毛运动障碍、多囊肾病、巴德-毕德氏综合征等。斑马鱼因其胚胎透明、发育快速、与人类基因高度同源而成为研究纤毛病的理想模型。斑马鱼纤毛突变体最显著的特征是腹侧弯曲体轴，且体轴弯曲严重程度与脑脊液流速存在因果关系。进一步研究发现，运动纤毛驱动的脑脊液流动将肾上腺素信号传递给脑脊液接触神经元，激活其表达尾加压素神经肽URP1和URP2。尾加压素受体特异性表达于背部肌肉纤维细胞，刺激肌肉收缩，促使躯干逐渐伸直。尿压素受体功能异常可导致晚期脊柱侧弯，这与人类特发性脊柱侧弯的发病机制相似。斑马鱼脊柱结构与人类保守，且同样受游泳产生的机械力影响，因此是研究脊柱侧弯优于四足动物的模型。

文章还综述了果蝇早期胚胎发生中的细胞动力学。果蝇胚胎在受精后前两小时内经历13轮核分裂但不进行胞质分裂，形成合胞体。在第10至13个分裂周期中，肌动蛋白与微管骨架随细胞周期发生周期性重组，驱动细胞核呈现“溜溜球”式集体运动。这种运动由有丝分裂波传播方向决定，末期纺锤体伸长产生各向同性压缩应力，皮层肌动蛋白作为粘弹性介质既阻尼核运动又帮助核恢复原位。此外，文章介绍了细胞化过程中质膜表面积增加约25倍，微绒毛与顶端胞吐提供膜来源。羊浆膜细胞在胚带延伸与回缩过程中经历了剧烈的形态变化，其伸长与缩短由微管重组介导。

文章最后部分聚焦果蝇翅的发育与模式形成。果蝇成虫翅来源于翅成虫盘，幼虫期经约10–11轮细胞分裂，细胞数从约30个增至3–5万个。翅成虫盘建立了前后轴、背腹轴与近远轴三个体轴，并预模式化五条纵脉。Hedgehog信号通路在翅发育中起核心作用，其受体Ptc、激活因子Smo、转录因子Ci及靶基因Dpp在翅成虫盘中有特定表达模式，改变Hh信号活性会导致成虫翅脉模式异常。多种形态发生素与因子共同调控翅的生长与模式形成。

本文的价值在于系统总结了利用模式与非模式生物研究发育进化、再生、表观遗传调控与环境适应的最新进展，特别是强调了非模式生物在解答重大生物学问题中的不可替代作用。文中提出的文昌鱼GH/IGF轴起源证据、纤毛虫6mA表观遗传机制、海鞘脊索管形成新模式、斑马鱼脊柱侧弯模型以及果蝇细胞动力学与翅发育调控机制，均为相关领域提供了重要的理论框架与研究范例。文章展示了生物多样性研究在揭示生命演化规律和人类疾病机制方面的巨大潜力，也为未来跨物种比较研究指明了方向。