종의 진화에 따라 뇌가 어떻게 변화하는지 탐구하기 위해, 생태적으로 구별되지만 서로 밀접하게 연관된 초파리( drosophilids ) 3종의 중추뇌(central brain)에 대한 단일세포 전사체(single-cell transcriptomic) 아틀라스를 생성하였다. 여기에는 일반종(generalists)인 Drosophila melanogaster와 Drosophila simulans, 그리고 노니(noni) 과일 특화종인 Drosophila sechellia가 포함된다. 이들 종의 뇌에서 전역(global) 세포 구성은 잘 보존되어 있으나, 우리는 서로 다른 빈도를 보일 수 있는 몇몇 세포 유형, 특히 혈액-뇌 장벽(blood-brain barrier)의 퍼이뉴리얼 교세포(perineurial glia)를 예측하였고, 이를 생체 내(in vivo)에서 검증하였다. 유전자 발현 분석 결과, 서로 다른 세포 유형들이 서로 다른 속도와 양상으로 진화하며, 교세포(glial) 집단이 종 간 변이가 가장 큰 것으로 나타났다. D. melanogaster 뇌와 비교할 때, 세포 구성과 유전자 발현 양상은 D. simulans보다 D. sechellia에서 더 큰 차이를 보였는데, 이는 D. melanogaster로부터의 계통학적 거리(phylogenetic distance)가 유사함에도 불구하고 나타나는 결과이며, D. sechellia의 특화(specialization)가 그 뇌의 구조와 기능에 반영되어 있음을 시사한다. D. sechellia에서의 발현 변화에는 몇몇 대사 신호(metabolic signaling) 관련 유전자들이 포함되는데, 이는 새로운 영양원에 대한 적응을 시사한다. 또한 D. sechellia에 대해 추가로 단일세포 전사체 분석을 수행한 결과, 노니(noni) 식이 보충제에 반응하는 유전자와 세포 유형이 확인되었으며, 이 과일에 대한 생리적 및 유전적 적응 모두의 장소로서 교세포가 관여함을 보여준다. 본 아틀라스는 ‘전체(whole)’ 중추뇌에 대한 최초의 비교 데이터셋을 제공하며, 잘 정의된 계통학적·생태학적 틀 안에서 신경계의 진화 가능성(evolvability)을 연구하기 위한 포괄적인 기반을 마련한다.

미각 뉴런에서 -4. 또한, 본 연구의 결과는 TAX-2/TAX-4 이종이량체 채널이 닉테이션(nictation) 조절에 관여할 가능성을 시사한다. 이러한 관찰은 뉴런 조절의 복잡성에 대한 통찰을 제공하며, 많은 사람의 뇌 질환에서 흔히 나타나는 TGF-β 조절 이상(TGF-β dysregulation)을 이해하는 데 잠재적 함의를 제공한다.

유전체 전반 연관 분석을 통해 아스카로사이드 프로파일에 영향을 주는 공통 변이를 포함하는 유전체 좌위를 확인하였다. 본 연구는 화학적 의사소통의 진화와 관련된 유전적 기전을 규명하기 위한 가치 있는 데이터 세트를 제공한다.

종의 진화에 따라 뇌가 어떻게 변화하는지 탐구하기 위해, 생태적으로 구별되지만 서로 밀접하게 연관된 초파리( drosophilids ) 3종의 중추뇌(central brain)에 대한 단일세포 전사체(single-cell transcriptomic) 아틀라스를 생성하였다. 여기에는 일반종(generalists)인 Drosophila melanogaster와 Drosophila simulans, 그리고 노니(noni) 과일 특화종인 Drosophila sechellia가 포함된다. 이들 종의 뇌에서 전역(global) 세포 구성은 잘 보존되어 있으나, 우리는 서로 다른 빈도를 보일 수 있는 몇몇 세포 유형, 특히 혈액-뇌 장벽(blood-brain barrier)의 퍼이뉴리얼 교세포(perineurial glia)를 예측하였고, 이를 생체 내(in vivo)에서 검증하였다. 유전자 발현 분석 결과, 서로 다른 세포 유형들이 서로 다른 속도와 양상으로 진화하며, 교세포(glial) 집단이 종 간 변이가 가장 큰 것으로 나타났다. D. melanogaster 뇌와 비교할 때, 세포 구성과 유전자 발현 양상은 D. simulans보다 D. sechellia에서 더 큰 차이를 보였는데, 이는 D. melanogaster로부터의 계통학적 거리(phylogenetic distance)가 유사함에도 불구하고 나타나는 결과이며, D. sechellia의 특화(specialization)가 그 뇌의 구조와 기능에 반영되어 있음을 시사한다. D. sechellia에서의 발현 변화에는 몇몇 대사 신호(metabolic signaling) 관련 유전자들이 포함되는데, 이는 새로운 영양원에 대한 적응을 시사한다. 또한 D. sechellia에 대해 추가로 단일세포 전사체 분석을 수행한 결과, 노니(noni) 식이 보충제에 반응하는 유전자와 세포 유형이 확인되었으며, 이 과일에 대한 생리적 및 유전적 적응 모두의 장소로서 교세포가 관여함을 보여준다. 본 아틀라스는 ‘전체(whole)’ 중추뇌에 대한 최초의 비교 데이터셋을 제공하며, 잘 정의된 계통학적·생태학적 틀 안에서 신경계의 진화 가능성(evolvability)을 연구하기 위한 포괄적인 기반을 마련한다.

미각 뉴런에서 -4. 또한, 본 연구의 결과는 TAX-2/TAX-4 이종이량체 채널이 닉테이션(nictation) 조절에 관여할 가능성을 시사한다. 이러한 관찰은 뉴런 조절의 복잡성에 대한 통찰을 제공하며, 많은 사람의 뇌 질환에서 흔히 나타나는 TGF-β 조절 이상(TGF-β dysregulation)을 이해하는 데 잠재적 함의를 제공한다.

유전체 전반 연관 분석을 통해 아스카로사이드 프로파일에 영향을 주는 공통 변이를 포함하는 유전체 좌위를 확인하였다. 본 연구는 화학적 의사소통의 진화와 관련된 유전적 기전을 규명하기 위한 가치 있는 데이터 세트를 제공한다.

종의 진화에 따라 뇌가 어떻게 변화하는지 탐구하기 위해, 생태학적으로 서로 구별되지만 밀접하게 관련된 3종의 초파리(drosophilids)인 일반종 Drosophila melanogaster와 Drosophila simulans, 그리고 노니 과일 특화종 Drosophila sechellia의 중추뇌(central brain)에 대해 단일세포 전사체 전사체(single-cell transcriptomic) 아틀라스를 생성하였다. 이들 종의 중추뇌에서 전체 세포 구성은 잘 보존되어 있으나, 몇몇 세포 유형(주변신경교(perineurial glia), sNPF, Dh44 펩타이더지성(peptidergic) 뉴런)의 빈도는 서로 다를 것이라 예측하였다. 유전자 발현 분석 결과, 중추뇌 내 서로 다른 세포 유형은 서로 다른 속도와 양상으로 진화하는 것으로 나타났으며, 특히 신경교(glial) 세포 유형이 종 간 가장 큰 차이를 보였다. D. melanogaster와 비교할 때, D. simulans가 보이는 것보다 D. sechellia의 중추뇌 세포 구성과 유전자 발현 패턴은 더 큰 이탈을 보였는데, 이는 D. sechellia가 D. melanogaster와 유사한 계통학적 거리임에도 불구하고 발생한 결과이다. 이러한 차이는 D. sechellia의 독특한 생태학적 특수화가 뇌의 구조와 기능에 반영되어 있음을 시사한다. D. sechellia에서의 발현 변화는 대사 및 에크다이손(ecdysone) 신호 전달 유전자를 포함하며, 이는 새로운 생태학적 요구에 대한 적응을 암시한다. 또한 D. sechellia에 대한 추가 단일세포 전사체 분석에서는 노니(non i) 식이 보충제(dietary supplement)에 반응하는 유전자와 세포 유형이 확인되었고, 이로부터 생리적 및 유전적 적응이 모두 새로운 조건에 대한 ‘사이트(site)’로서 신경교(glia)가 관여함을 보여준다. 본 아틀라스는 ‘전체(whole)’ 중추뇌에 대한 최초의 비교 분석이며, 잘 정의된 계통학적 및 생태학적 틀 속에서 신경계의 진화가능성(evolvability)을 연구하기 위한 포괄적인 기반을 제공한다.

자가수정은 교배(outcrossing)에 비해 유전적 다양성을 감소시키며, 가설적으로는 다양한 환경에 적응하는 능력을 저하시킬 수 있다. 선충(Caenorhabditis) 중에서 자가수정은 Caenorhabditis elegans, Caenorhabditis briggsae, 그리고 보다 최근에 발견된 Caenorhabditis tropicalis에서 독립적으로 세 차례 진화하였다. C. tropicalis의 유전적 관련성을 조사하고, 종 전체 변이에 대한 지리와 생태적 지위(niche)의 영향 및 선택의 흔적(signatures of selection)을 규명하기 위해, 우리는 야생 785개 균주를 수집하고 그들의 유전체를 서열화한 뒤, 622개의 서로 다른 유전형(isotypes)을 확인하였다. C. elegans 및 C. briggsae와 달리, C. tropicalis의 관련성은 지리와 상당한 연관성을 보이며, 대륙을 가로지르는 선택적 선택(선택적 스윕, selective sweeps)이나 폭넓게 샘플링된 isotype은 관찰되지 않았다. 하와이 제도 또는 대만의 집단은 카리브해 또는 아메리카 대륙의 집단보다 더 많은 유전적 변이를 보유하며, 이는 다른 Elegans 아속(subclade) 구성원들과 유사한 태평양 기원(pacific species origin)을 시사한다. 극단적인 유전적 변이의 점상(punctuated) 유전체 구역이 유전체 전반에 만연해 있다. 이러한 고이질성 영역(hyper-divergent regions, HDRs)은 어떠한 개별 균주에서든 기준 유전체(reference genome)의 6% 미만을 차지하지만, 모든 변이 지점(variant sites)의 73%를 포함하며, 환경 적응에 관여할 가능성이 높은 유전자들에 대해 풍부(enriched)하다. HDRs는 독립적인 진화적 기원을 가짐에도 불구하고 자가수정을 하는 Caenorhabditis 선충의 공통된 유전체 특징을 나타내며, 유전적 다양성이 종 전체 수준에서 낮음에도 불구하고 전 세계적 분포를 설명할 수 있는 기전을 제시한다.

감각 뉴런은 외부 신호를 정확히 신경 표상하기 위해 재현 가능하게 지정되어야 하지만, 동시에 진화 과정 중에는 변화할 수 있어야 한다. 우리는 초파리(Drosophila) 후각 시스템에서 이 역설을 연구하기 위해, 일반적으로 프로그램화된 세포사(PCD)를 겪는 잠재적 신경 집단을 포함한 모든 발달 중인 더듬이(antenna) 감각 계통의 단일세포 전사체 전사(단일세포 transcriptomic) 아틀라스를 구축하였다. 이 아틀라스는 감각 수용체 선택적 발현을 정의하는 데 있어 전사 조절이 견고하지만 불완전하다는 점을 보여준다. 기능적으로 상호작용하는 수용체 소단위들의 발현이 교차하는 방식으로, 정밀도의 두 번째 층이 부여된다. 세 번째 층은 고정형(정형화된) PCD 패턴화로 정의되는데, 이는 죽도록 운명지어진 뉴런에서의 난잡한(promiscuous) 수용체 발현을 가리고, 수용체가 없는(수용체를 결여한) “공허한(empty)” 뉴런을 제거한다. 수용체 선택과 마찬가지로 PCD 역시 계통 특이적 전사 조절 하에 있다. 이 조절에서의 난잡성은 뉴런 수에서 이전에 인식되지 않았던 이질성을 초래한다. 따라서 성숙한 후각 시스템에서의 기능적 정밀성은 감각 경로의 진화를 가능하게 할 수 있는 발달상의 부정밀성을 반영한다.

모든 발달 중인 더듬이(antenna) 감각 계통의 단일세포 전사체(transcriptomic) 아틀라스를 구축함으로써 후각 계통의 발달을 규명하였으며, 여기에는 정상적으로 프로그램된 세포사멸(PCD)이 일어나는 잠재적 신경 세포 집단이 포함된다. 이 아틀라스는 선택적 감각 수용체 발현을 정의하는 전사 조절이 견고하지만 불완전하다는 점을 보여준다. 기능적으로 상호작용하는 수용체 소단위(subunits)의 발현이 교차하는 지점에서 두 번째 수준의 정밀도가 제공된다. 세 번째 수준은 정형화된 PCD 패턴에 의해 규정되는데, 이는 죽도록 운명한 뉴런에서 나타나는 수용체의 무차별적(promiscuous) 발현을 가리고, 수용체가 없는 “빈(empty)” 뉴런을 제거한다. 수용체 선택과 마찬가지로 PCD 또한 계통(라인리지) 특이적 전사 조절의 영향을 받으며, 이 조절에서의 무차별성은 뉴런 수에서의 이전에 인지되지 않았던 이질성을 초래한다. 따라서 성숙한 후각 계통에서의 기능적 정밀성은 감각 경로의 진화를 촉진할 수 있었던 발생 과정의 잡음(developmental noise)을 상회한다.

집단. 본 연구의 결과는 종 간 상호작용의 분자적 기전과 자연 집단 내에서 유전적 다양성을 유지하는 데 대한 이해를 한층 더하는 데 기여한다.