发育遗传学认为后口动物体轴的形成、组织器官的发生等是由一系列重要的调节基因家族起作用的。而人们不断发现这些基因在后口动物中发挥着类似的功能,提示它们背后的基因顺式调控网络上存在一定的保守性。已知基因周围的顺式调控元件结合转录调控因子能驱动基因到不同的组织部位表达,基因顺式调控网络的正常运行正是依赖于这些调控元件。然而,目前比较基因组学发现顺式调控元件的保守性只在各个类群之间:比如脊椎动物类群之间、线虫各个种之间以及果蝇各个种之间都存在保守的非编码保守元件(Conserved non-coding elements,CNEs),而在整个后口动物中还没有找到共同保守的CNE。为了解释这个矛盾,我们把目光聚集在Pax基因家族上并首次在整个后口动物中找到了 Pax基因家族都保守的CNE,这其中包括基因组已经发生特化的尾索动物玻璃海鞘。接着在文昌鱼胚胎中验证了这些CNE具有组织特异性增强子的功能。由于文昌鱼基因组没有经历过脊椎动物起源时的两轮基因组倍增,是研究这些顺式调控元件古老功能的最佳模型,我们进一步利用文昌鱼Pax2/5/8基因的3个CNEs及其在小鼠、玻璃海鞘和海胆中的同源CNEs分别在文昌鱼胚胎(非脊椎动物系统)和斑马鱼胚胎(脊椎动物系统)验证功能。这些CNEs在文昌鱼和斑马鱼胚胎表现了类似的表达谱,表明它们都具有相似的增强子的功能。进一步比较发现文昌鱼的3个CNEs能够在斑马鱼的脑部表达(文昌鱼无大脑只有一个特化的脑泡),表明在进化选择的压力下CNEs序列保守通过结合“新的”转录因子参与脊椎动物复杂器官的表达。总之,我们首次在整个后口动物中找到了重要发育调控基因的CNEs,并进一步揭示了“旧的”CNE可以通过结合“新的”转录因子来扩展基因的功能,这从某个角度上解释了脊椎动物基因调控复杂性和功能多样性的机制,并从另一个角度阐述了脊椎动物的起源。此外,在本文的第二章和第四章,我们还分别对文昌鱼Actin基因高效启动子的开发以及文昌鱼基因组编辑技术的建立做了分析和讨论。