果蠅胚軸的形成

1、果蠅胚軸的形成軀體模式（body plan）圖式形成（pattern formation）母體效應(yīng)基因（maternal effect gene）合子基因 (zygotic gene ) 控制發(fā)育的三類(lèi)基因：1、 母體效應(yīng)基因2、影響身體分節(jié)的基因3、影響體節(jié)一致性的基因-同源異形選擇者基因缺口基因表達(dá)區(qū)帶寬大約相當(dāng)于3個(gè)體節(jié)，其翻譯的蛋白質(zhì)以濃度效應(yīng)調(diào)控成對(duì)控制基因（pairrule genes）的表達(dá)。成對(duì)控制基因?yàn)榕c前后軸垂直的7條表達(dá)帶，其翻譯的蛋白質(zhì)可激活體節(jié)極性基因（segment polarity genes）的轉(zhuǎn)錄。體節(jié)極性基因的表達(dá)產(chǎn)物再進(jìn)一步將胚胎劃分成為14個(gè)體節(jié)。同源異

2、型基因的表達(dá)產(chǎn)物決定每個(gè)體節(jié)的發(fā)育命運(yùn) 果蠅胚胎的極性果蠅胚胎的極性 胚胎軀體軸線的建立首先由母體效應(yīng)基因決定胚胎軀體軸線的建立首先由母體效應(yīng)基因決定卵子發(fā)生中，母體效應(yīng)基因的mRNA由滋養(yǎng)細(xì)胞合成后遷移進(jìn)卵子，分別定位于一定區(qū)域。這些mRNA編碼轉(zhuǎn)錄因子或翻譯調(diào)控蛋白因子，它們?cè)谑芫罅⒓捶g且分布于合胞體胚盤(pán)中，激活或抑制一些合子基因的表達(dá)，調(diào)控果蠅胚軸的形成。這些母體效應(yīng)基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物又稱(chēng)為形態(tài)發(fā)生素（morphogen）母體效應(yīng)基因產(chǎn)物量或活性形成空間分布上的差異，在AP和DV軸線的不同區(qū)域激活不同的基因，使不同區(qū)域的基因活性譜不同而出現(xiàn)分化。母體效應(yīng)基因產(chǎn)物構(gòu)成的位置信息網(wǎng)絡(luò)4組母

3、體效應(yīng)基因與果蠅胚軸形成有關(guān)，其中3組與胚胎前 后軸的決定有關(guān)，即前端系統(tǒng) (anterior system) 決定頭胸部分節(jié)的區(qū)域，后端系統(tǒng) (posterior system) 決定分節(jié)的腹部，末端系統(tǒng) (terminal system) 決定胚胎兩端不分節(jié)的原頭區(qū)和尾節(jié)。另一組基因決定胚胎的背 腹軸，即背腹系統(tǒng) (dorsoventral system)。 果蠅前 后軸的形成 A AP P軸線由三類(lèi)母體效應(yīng)基因控制：軸線由三類(lèi)母體效應(yīng)基因控制：突變鑒定突變鑒定紅色顯示突變影響的部位Nature 424：935938BicoidBicoid基因提供基因提供A AP P軸線形態(tài)發(fā)生素梯度軸線

4、形態(tài)發(fā)生素梯度為什么不能完全恢復(fù)？BicoidBicoid mRNA mRNA和蛋白質(zhì)的分布和蛋白質(zhì)的分布在未受精卵中，bicoid mRNA定位在胞質(zhì)前端；其受精后翻譯出的蛋白質(zhì)沿AP軸擴(kuò)散，形成濃度梯度，為胚胎的后續(xù)分化提供位置信息。Bicoid是控制頭胸發(fā)育的一個(gè)關(guān)鍵母體效應(yīng)基因，其不同濃度開(kāi)啟不同合子基因的表達(dá)。bcd 靶基因hunchback (hb )bcd基因編碼的BCD蛋白是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，可與DNA特異性結(jié)合并激活合子靶基因的表達(dá)。缺口基因hb 是其靶基因之一，是控制胚胎胸部及頭部部分結(jié)構(gòu)發(fā)育的重要基因。 后端組織中心：Nanos蛋白和Caudal蛋白濃度梯度 決定胚胎后端

5、圖式的最初信息也是母體效應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，在卵子發(fā)生過(guò)程中，nos mRNA在卵室前端的滋養(yǎng)細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄，通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)定位到卵子后極。后端系統(tǒng)mRNA的產(chǎn)物不能直接調(diào)節(jié)合子基因的表達(dá)，而是通過(guò)抑制一種轉(zhuǎn)錄因子的翻譯來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。后端系統(tǒng)包括約10個(gè)基因，這些基因的突變都會(huì)導(dǎo)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。其編碼產(chǎn)物NOS 活性從后向前彌散形成濃度梯度。NOS 的功能是在胚胎后端區(qū)域抑制母源性hb mRNA的翻譯。 Nanos Nanos和和CaudalCaudal蛋白梯度控制后區(qū)結(jié)構(gòu)蛋白梯度控制后區(qū)結(jié)構(gòu) Nanos決定后部區(qū)的發(fā)育，它在受精后形成PA濃度梯度，其作

6、用是與 hunchback mRNA結(jié)合，阻止后者在后區(qū)的翻譯，幫助形成Hunchback蛋白梯度。nanosHunchback：母體mRNA在卵中均勻分布，受精后前區(qū)高濃度的Bicoid蛋白激活hunchback基因的表達(dá)， Nanos控制hunchback mRNA的翻譯從而幫助形成hunchback蛋白濃度梯度。Caudal: 母體mRNA在卵中均勻分布，受精后bicoid蛋白抑制其在前區(qū)的表達(dá)，因而Caudal蛋白形成類(lèi)似于nanos的濃度梯度。末端系統(tǒng)：Torso信號(hào)途徑卵膜表面受體的激活決定胚胎AP軸的兩個(gè)端點(diǎn) Torso缺失突變體缺少原頭區(qū)和尾區(qū)，torso蛋白為酪氨酸激酶類(lèi)受體

7、。 未受精前，torso已均勻地分布在卵的質(zhì)膜上。但其配體torsolike定位在兩端的卵外膜 (vitelline membrane)上，不能與torso結(jié)合。 受精時(shí)，torsolike得以釋放，torsolike與torso結(jié)合, torso活化，啟動(dòng)信號(hào)傳導(dǎo)。 Torsolike蛋白的存在量很低，受精后其擴(kuò)散距離有限。其突變體類(lèi)似torso突變體分節(jié)基因與果蠅胚胎體節(jié)的形成分節(jié)基因與果蠅胚胎體節(jié)的形成 分節(jié)基因的功能是把早期胚胎沿前后軸分為一系列重復(fù)的體節(jié)原基。分節(jié)基因的突變可使胚胎缺失某些體節(jié)或體節(jié)的某些部分。分節(jié)基因的可分為三類(lèi)：缺口基因、成對(duì)控制基因和體節(jié)極性基因。這三類(lèi)基因的調(diào)控是逐級(jí)進(jìn)行的，首先由母體效應(yīng)基因控制缺口基因的活化，其次缺口基因之間互相調(diào)節(jié)彼此的轉(zhuǎn)錄并且共同調(diào)節(jié)成對(duì)控制基因的表達(dá)，