1、9.Thegeneticsofaxisspecification inDrosophila 共三十三頁Logo 果蠅前后(qinhu)極性的產生 果蠅(u yn)前后軸的形成1 前端組織中心：Bicoid濃度梯度2 后端組織中心：Nanos和Caudal濃度梯度3 末端組織中心：Torso信號途徑 4共三十三頁1.果蠅(u yn)前后極性的產生果蠅的胚胎、幼蟲、成體的前后極性均來源于卵子的極性。對于(duy)調節(jié)胚胎前 后軸的形成有4個非常重要的形態(tài)發(fā)生素：BICOID(bcd)和HUNCHBACK(hb)調節(jié)胚胎前端結構的形成.NANOS(nos)和CAUDAL(cdl)調節(jié)胚胎后端結構的形

2、成。共三十三頁形態(tài)發(fā)生素調節(jié)首先(shuxin)表達的合子基因，即缺口基因（gap gene）的表達。不同濃度缺口基因的蛋白質產物引起成對控制基因（pair-rule gene）的表達，形成與前后軸垂直的7條表達帶。成對控制基因蛋白質產物激活體節(jié)極性基因（segment polarity gene）的轉錄，進一步將胚胎劃分為14個體節(jié)。缺口基因、成對控制基因以及體節(jié)極性基因共同調節(jié)同源異型基因（homeotic gene）的表達，決定每個體節(jié)的發(fā)育命運。共三十三頁母源性基因(jyn)系統(tǒng)突變后產生的結果共三十三頁2. 前端組織(zzh)中心前端系統(tǒng)至少包括4個主要基因，其中(qzhng)bic

3、oid（bcd）基因對于前端結構的決定起關鍵的作用。bcd ：是一種母體效應基因，其mRNA由滋養(yǎng)細胞合成，后轉運至卵子并定位于預定胚胎的前極。具有組織和決定胚胎極性與空間圖式的功能。共三十三頁bcd mRNA由滋養(yǎng)細胞(xbo)合成，后轉移至卵細胞(xbo)中并定位于卵細胞(xbo)的前極。共三十三頁 如果bicoid RNA注射到bicoid-缺陷的胚胎的前端時，bicoid RNA使這個胚胎擁有了正常的前后極性。 如果bicoid RNA被注射到胚胎的中央，則中間區(qū)域發(fā)育為頭部，而與頭部相鄰的兩側區(qū)域均發(fā)育為胸部結構。 在胚胎中，不論bicoid RNA 被注射到哪個部位，則該部位即發(fā)育

4、為頭部。 如果大量的bicoid RNA 被注射到野生型胚胎的后端，而內源性的bicoid RNA仍位于前極，則胚胎會出現(xiàn)兩個(lin )分別位于胚胎兩端的頭部。bicoid-缺陷(quxin)型實驗共三十三頁bicoid基因(jyn)對前端結構的發(fā)育是必需的共三十三頁bcd mRNA 3末端(m dun)非翻譯區(qū)bcd mRNA 3末端非翻譯區(qū)中含有與其定位有關的序列。受精后bcd mRNA迅速翻譯，bcd蛋白(dnbi)在前端累積并向后端彌散，形成從前向后穩(wěn)定的濃度梯度，主要覆蓋胚胎前2/3區(qū)域。共三十三頁母源性基因bicoid mRNA在卵子中的分布以及受精后biocoid蛋白的濃度梯度

5、。隨著bcd蛋白在胚胎中的擴散，這種蛋白質也開始降解它有著(yu zhe)大約30分鐘的半衰期。這種降解對于建立起前后濃度梯度是非常重要的。 共三十三頁 bcd mRNA在受精后迅速翻譯，形成bcd蛋白從前到后的梯度(t d)。突變型的bcd均勻分布，不能形成前后濃度梯度共三十三頁母體(mt)效應基因hunchback（hb）另一母體效應基因hunchback（hb）控制胚胎胸部及頭部部分結構的發(fā)育。hb基因：在合胞體胚盤階段開始翻譯，表達區(qū)域主要位于胚胎前部，hb蛋白從前向后也形成一種濃度梯度。hb基因的表達受bcd蛋白濃度梯度的控制，只有(zhyu)bcd蛋白的濃度達到一定臨界值才能啟動h

6、b基因的表達。共三十三頁母源性bcd蛋白(dnbi)控制合子型基因hunchback 的表達共三十三頁hunchback又可開啟一些(yxi)缺口基因如giant、krppel和knips等基因的表達。缺口基因按一定順序沿前后軸進行表達 。共三十三頁 3. 后端組織中心 NANOS蛋白和CAUDAL蛋白濃度梯度后端系統(tǒng)包括約10個基因，這些(zhxi)基因的突變都會導致胚胎腹部的缺失。在這一系統(tǒng)中起核心作用的是nanos（nos）基因。后端系統(tǒng)在控制圖式形成中起的作用與前端系統(tǒng)有相似之處，但發(fā)揮作用的方式與前端系統(tǒng)不同。共三十三頁后端系統(tǒng)并不像bcd蛋白(dnbi)那樣起指導性的作用，不能直接

7、調節(jié)合子基因的表達，而是通過抑制一種轉錄因子的翻譯來進行調節(jié)。在果蠅卵子發(fā)生過程中，nos mRNA定位于卵子后極。nos基因的編碼產物nos蛋白活性從后向前彌散形成一種濃度梯度。nos蛋白的功能是在胚胎后端區(qū)域抑制母性hb mRNA的翻譯。共三十三頁Nanos mRNA也是由滋養(yǎng)細胞合成(hchng)，后轉運至卵細胞中，定位于卵細胞的后極。共三十三頁hb基因是在卵子發(fā)生(fshng)過程中轉錄的母體效應基因，hb mRNA在卵子中是均勻分布的。在卵裂階段hb蛋白開始合成。分布在胚胎后部的hb mRNA的翻譯被nos的濃度梯度所抑制，而在前部bcd蛋白濃度梯度可以激活合子hb基因的表達。結果h

8、b蛋白的分布區(qū)域只位于胚胎前半部分。共三十三頁母源性hunchback蛋白(dnbi)濃度梯度的建立 共三十三頁caudal（cdl）另一個重要的母源性產物caudal（cdl）mRNA最初也是均勻分布于整個卵質內，bcd能抑制cdl mRNA的翻譯。在bcd活性從前到后降低的濃度梯度作用下形成cdl蛋白(dnbi)從后到前降低的濃度梯度。cdl基因的突變導致腹部體節(jié)發(fā)育不正常。共三十三頁Bicoid 蛋白如何控制(kngzh)前后軸的極性研究表明，Bicoid通過兩種方式來特化果蠅(u yn)胚胎的前端結構:1、首先，它作為后端信息的抑制劑發(fā)揮作用通過結合caudal RNA來抑制cauda

9、l RNA 的翻譯，而caudal RNA是遍布整個卵子及早期胚胎的。Bicoid 蛋白結合到caudal RNA3非翻譯區(qū)的特定區(qū)域，從而阻止caudal RNA在胚胎前端部分的翻譯。這種抑制作用是十分重要的，因為如果Caudal蛋白在前端合成，那么頭部和胸部就無法正常形成。First, it acts as a repressor of posterior formation.It does this by binding to and suppressing the translation of caudal RNA, which is found throughout the egg

10、and early embryo. The Caudal protein is critical in specifying the posterior domains of the embryo共三十三頁2、其次，Bicoid 蛋白還作為一種轉錄因子來發(fā)揮作用。Bicoid 蛋白進入早期卵裂胚胎的核中并在此激活hunchback 基因的表達。hunchback 基因的轉錄只能(zh nn)在存在Bicoid 蛋白的胚胎前半部分觀察到。Hunchback 蛋白也是一個轉錄因子，與Bicoid蛋白共同作用來產生胚胎的前端結構。Second, the Bicoid protein function

11、s as a transcription factor. Bicoid protein enters the nuclei of early-cleavage embryos, where it activates the hunchback gene.共三十三頁四種形態(tài)發(fā)生素在果蠅受精卵和胚胎中沿前后軸分布(fnb)的濃度變化。共三十三頁 4.末端系統(tǒng)：TORSO信號途徑(tjng)末端系統(tǒng)包括約9個母體效應基因。這個系統(tǒng)基因的失活會導致胚胎不分節(jié)的部分，即前端原頭區(qū)和后端尾節(jié)缺失。在這一系統(tǒng)中起關鍵作用的是torso（tor）基因。如果前端和后端系統(tǒng)都失活，果蠅胚胎仍可產生某些前后圖式，形

12、成具有兩個尾節(jié)的胚胎。共三十三頁Torso系統(tǒng)基因的失活會導致胚胎不分節(jié)的部分(b fen)，即前端原頭區(qū)和后端尾節(jié)缺失共三十三頁末端系統(tǒng)(xtng)的作用方式末端系統(tǒng)的作用方式與前兩個系統(tǒng)完全不同。在這一系統(tǒng)中起關鍵作用的是torso（tor）基因。tor基因編碼一種跨膜酪氨酸激酶受體（RTK），在整個合胞體胚胎的表面表達。其NH2基端位于細胞膜外，COOH 基端位于細胞膜內。當胚胎前、后端細胞外存在(cnzi)某種信號分子（配體）時可使tor特異性活化，最終導致胚胎前、后末端細胞命運的特化。torso-like （tsl）基因可能編碼這一配體。共三十三頁tor基因存在兩類突變體：一類(y

13、li)是失活突變體，胚胎缺失原頭區(qū)和尾節(jié)；另一類是顯性突變體，胚胎中部區(qū)域（頭、胸、腹部）的分節(jié)缺失，而末端結構卻增大。共三十三頁末端(m dun)系統(tǒng)：Torso信號途徑共三十三頁tor與配體結合后，引起自身磷酸化，經一系列信號傳遞，最終激活合子靶基因的表達。在卵子發(fā)生過程中，tsl在卵子前極的邊緣(binyun)細胞和卵室后端的極性濾泡細胞中表達。tsl蛋白被釋放到卵子兩極處的卵周隙中，由于tor蛋白過量，tsl不會擴散末端區(qū)以外，從而保證tor基因只在末端區(qū)被活化。除tsl外，末端系統(tǒng)所需要的其他成分如trk、fssDN和fssDph在胚胎中都是均勻分布的。共三十三頁Torso信號傳導(chundo)途徑共三十三頁 謝 謝共三十三頁內容摘要9.Thegeneticsofaxisspecification。前端系統(tǒng)至少包括4個主要基因，其中bicoid（bcd）基因對于前端結構的決定起關鍵的作用。如果大量的bicoid