跃入分子水平的群体遗传学和进化遗传学

基因在孟德尔群体中的行为,不外乎表现为,静力学的基因频率的守恒以及动力学的基因频率的变化,由两者的交替促成了生物的进化。Castle-Hardy-Weinberg定律是群体遗传学的基石,对静力学部分作出了决定性的论证。三十年代起,三位群体遗传学权威Fisher、WrJght和Haldane对动力学诸因子——突变、迁移、选择和随机漂变——的定量效应作出了突出的贡献,为理论群体遗传学的骨架的建成发挥了巨大的作用。群体遗传学的实验部分,旋即在先驱者以及TuropeeB-Pecobckuu对黑腹果蝇自然群体的隐性可见突变及隐性有害基因的开创性研究下展开,证实了理论部分推论的正确。     

关于探究自然选择对基因频率影响的讨论

讨论自然选择对基因频率影响的探究活动中的情境创设和计算方法,建议将这一探究活动转为课外科技活动,用Excel工具探究基因频率在自然选择下的变化。     

黑腹果蝇3号染色体裂翅平衡致死位点的发现及2号、3号染色体裂卷翅双平衡染色体的建立

果蝇的平衡染色体在遗传研究中被广泛应用.文章通过分析黑腹果蝇裂翅新突变体与野生型、982紫眼及黑檀体杂交后代裂翅性状情况,首次将裂翅基因定位于3号染色体上,并阐明了裂翅平衡致死、杂合子纯繁的遗传机制,获得了以裂翅为显性标记的3号平衡染色体品系.探索了双平衡染色体显性标记基因聚合的杂交模式,成功建立了以裂翅和卷翅为标记的2号、3号双平衡染色体.裂翅的发现为3号染色体平衡子提供了更加方便识另0的显性翅型标记,同时裂卷翅双平衡体的建立丰富了果蝇常用工具平衡子,可以广泛用于基因定位及突变筛选过程.     

Henna基因突-变是导致北京紫眼果蝇眼部蝶呤含量减少的重要原因

苯丙氨酸羟化酶被认为参与黑腹果蝇眼部蝶呤代谢,但是始终都缺乏有力证据．Henna是苯丙氨酸羟化酶的编码基因,“北京紫眼”果蝇（Hnbp）是Henna基因的一个隐性突变体,Hn^bp突变形成的原因是Henna基因的第二外显子上具有插入片段．在Hn^bp中,其编码产物的Biopterin—Hydroxyl功能域中增加了15个氨基酸残基．蛋白预测结果显示,插入的残基改变了原有的蛋白结构,这种变化很可能降低了苯丙氨酸羟化酶与四氢生物蝶呤结合的能力．为了恢复突变表型,利用UAS—GAL4转基因体系使野生型Henna基因在Hn^bp的背景下表达．在双拷贝的转基因系GMR—GAL4 UAS—Henna／UAS—Henna;Hn^bp／Hn^bp中,突变表型得到完全恢复：果蝇的眼色由突变体的紫色恢复到野生型的红色,蝶呤含量也从突变体的30％升至98％,与野生型差异不显著（P〉0．05）．上述实验结果充分说明,Henna基因突变是导致Hn^bp突变体眼部喋呤含量降低的重要原因,为苯丙氨酸羟化酶参与果蝇眼部蝶呤代谢提供了体内实验的直接证据．     

黑腹果蝇头部中RNA结合蛋白RBP9的互作蛋白筛选

【目的】筛选RNA结合蛋白RBP9在黑腹果蝇Drosophila melanogaster头部中的互作蛋白。【方法】利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术，分别将3×Flag和V5标签编码序列插入到黑腹果蝇成虫头中RBP9和FNE基因起始密码子ATG的后面，构建黑腹果蝇转基因品系3×Flag-RBP 9/3×Flag-RBP9(3FRBP9)和V5-FNE/V5-FNE(VFNE)；利用免疫沉淀和质谱法鉴定黑腹果蝇3FRBP9和野生型品系成虫头部中RBP9的互作蛋白并进行生物信息学分析。利用免疫共沉淀方法检测RBP9与FNE蛋白之间的相互作用。【结果】质谱法从黑腹果蝇成虫头部共鉴定了190个与RBP9相互作用的蛋白，其中包括ELAV和FNE。KEGG富集分析显示这些蛋白的基因主要参与核糖体、碳代谢、三羧酸循环、氨基酸生物合成等通路。免疫共沉淀实验结果验证了RBP9与FNE蛋白之间存在相互作用。【结论】RNA结合蛋白ELAV家族成员在黑腹果蝇成虫头部中具有相互作用。本研究为RBP9在果蝇神经系统发育中的功能研究提供了重要实验依据。     

黑腹果蝇对高盐的产卵避性反应及其生物学意义

【目的】研究黑腹果蝇Drosophila melanogaster对高盐的产卵避性,并通过高盐下后代生存率和发育历期的变化来揭示这一现象的生物学意义。【方法】应用产卵双选择装置,检测黑腹果蝇和雅库巴果蝇D. yakuba雌成虫分别对含有0. 25和1 mol/L NaCl的培养基的产卵选择性;利用产卵装置,检测黑腹果蝇对1 mol/L NaCl的位置效应;通过强迫产卵实验检测钠盐胁迫下黑腹果蝇的产卵能力;通过毛细管摄食法和观察口器延伸,检测钠盐胁迫下黑腹果蝇的摄食行为。利用黑暗条件和突变体Orco2分别探究视觉和嗅觉对高盐的产卵选择性。通过外科手术法摘除黑腹果蝇前足部分味觉感受器,并使用咸味突变体Ionotropic Receptor 76b (IR76b),研究介导该行为的感觉系统。在含有不同浓度NaCl (0,0. 25,0. 50,0. 75和1 mol/L)的培养基上培养黑腹果蝇,探究NaCl对黑腹果蝇后代的发育历期和存活率的影响。【结果】雌性黑腹果蝇产卵对高盐产生避性反应,对0. 25和1 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数分别为-0. 45和-0. 59;雅库巴果蝇对高盐的反应与黑腹果蝇相同,对0. 25和1 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数分别为-0. 78和-0. 99;并且两种果蝇均对0. 25和1 mol/L KCl和CaCl2产生产卵避性反应。黑腹果蝇避开含0. 25和1 mol/L NaCl培养基,位置指数分别为-0. 74和-0. 88。高盐不影响黑腹果蝇的生育能力,其对0,0. 25和1 mol/L NaCl的产卵指数分别为5. 59,6. 63和5. 41。黑腹果蝇对0. 25和1 mol/L NaCl摄食产生明显排斥反应,摄食指数分别为-0. 37和-0. 41,且随浓度增大食欲越低。同时在黑暗条件下,黑腹果蝇对0. 25和1 mol/L NaCl仍产生了显著的避性反应,产卵偏嗜指数分别为-0. 49和-0. 59,摘除前足的黑腹果蝇对0. 25 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数为-0. 05,IR76b突变体对高盐的产卵避性反应消失,对0. 25和1 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数分别为0. 46和0. 39。0. 25 mol/L NaCl明显延长了后代成蛹时间0. 40 d,后代幼虫存活率降低了16. 5%,而在1 mol/L NaCl上后代卵完全不能形成蛹和成虫。【结论】黑腹果蝇雌成虫通过咸味感觉器官感知高盐而产生产卵避性反应,以促进后代的生长发育和提高后代的幼虫存活率。     

敲低piwi基因对黑腹果蝇血细胞增殖及分化的影响

【目的】探究敲低piwi基因对黑腹果蝇Drosophila melanogaster血细胞增殖及分化的影响。【方法】利用黑腹果蝇e33C-Gal4和Hml-Gal4-UAS-2×EGFP品系分别与野生型w¹¹¹⁸和UAS-piwi RNAi品系杂交,实现在黑腹果蝇游离血细胞或淋巴腺中降低piwi基因的表达;采用免疫荧光染色方法检测Piwi蛋白在血细胞中的定位及其对黑腹果蝇血细胞增殖与分化的影响。【结果】Piwi蛋白在黑腹果蝇游离血细胞及整个淋巴腺中都表达,且主要定位在细胞质;敲低piwi基因导致游离血细胞数量明显增加,处于有丝分裂M期的细胞数量增加,但未影响游离血细胞中浆细胞及薄层细胞的分化;敲低piwi基因对淋巴腺血细胞增殖无影响,但导致浆细胞过度分化及薄层细胞的产生。【结论】piwi基因在果蝇游离血细胞中的缺失可引起血细胞过度增殖,而在淋巴腺中敲低可引起血细胞的异常分化。     

植物乳杆菌促进黑腹果蝇生长发育

【目的】检测乳酸菌对果蝇发育历期的影响,进一步探讨其对果蝇促生长的分子机制。【方法】利用选择性培养基MRS从黑腹果蝇Drosophila melanogaster体内分离乳酸菌,利用革兰氏染色、生化方法及16S rRNA基因进行鉴定;通过体内定植和世代传递实验验证该菌是黑腹果蝇的共生菌;采用悉生模型检测乳酸菌对黑腹果蝇发育的促生长作用;利用实时定量PCR技术检测黑腹果蝇体内促前胸腺激素基因PTTH和胰岛素通路相关基因InR的表达水平;利用葡萄糖试剂盒检测血淋巴液葡萄糖浓度。【结果】从黑腹果蝇中分离到的菌株鉴定为植物乳杆菌Lactobacillus plantarum FY1菌株(Gen Bank登录号:KY038178),可在黑腹果蝇肠道内定植,每个肠道定植量约为104CFU,并能在世代间稳定传递。FY1菌株体外发酵可降低p H值至5.2,可诱导无菌果蝇卵至蛹发育时间由20.0 d缩短至6.9 d,卵至成虫发育时间由30.0 d缩短至10.7 d,其生长速率是无菌果蝇的约2倍。实时定量PCR结果表明,FY1菌株显著地提前了PTTH表达高峰期,同时降低果蝇中InR表达水平,血淋巴液葡萄糖浓度从5.1 mg/mL降低至2.7 mg/mL。【结论】植物乳杆菌是黑腹果蝇的一种益生菌,推测能通过胰岛素信号通路促进宿主黑腹果蝇的生长和发育。     

黑腹果蝇黑条体突变体突变位点的鉴定

根据果蝇ebony基因的序列设计了一系列特异性引物,对1991年发现的一种黑腹果蝇的新的体色突变（Qian＆Zhang,1994）——黑条体突变型的ebony基因进行克隆和序列测定。与野生型W91910的ebony基因相比,黑条体突变型的ebony基因的编码区无明显的大片段变异,变异仅存在于数个氨基酸位点,且均不位于该基因产物的关键序列。在黑条体的ebony基因的5’端序列的克隆和序列测定中发现,与野生型w^91910及黑檀体e。的ebony基因相比,黑条体突变型的ebony基因有一个大片段的缺失,该缺失包括外显子1的206个碱基和内含子1的747个碱基,由此确定了黑条体突变体的突变类型和突变位点。     

基于四臂嗅觉仪内轨迹跟踪的 昆虫嗅觉行为分析体系

【目的】结合四臂嗅觉仪与轨迹跟踪分析系统,通过分析不同试验条件下黑腹果蝇Drosophila melanogaster的嗅觉行为,建立适合于果蝇等小型昆虫的嗅觉行为实验技术体系。【方法】采用Ethovision XT软件追踪黑腹果蝇在四臂嗅觉仪内的活动轨迹,分析各区域内的累计停留时长、运动速度;同时,考察气流速度和味源设置对苹果醋引诱及蓝桉Eucalyptus globulus叶油驱避黑腹果蝇效果的影响。【结果】适合于黑腹果蝇嗅觉行为分析的气流速度为300~1 200 mL/min;300 mL/min时黑腹果蝇个体间运动速度最为均一,因此推荐最适气流速度大小为300 mL/min。味源设置不会改变黑腹果蝇对味源物的嗅觉行为反应,但对味源物的引诱指数有一定的影响,单一臂放置味源物试验效果更佳。单头测试的实验效果优于多头试验。【结论】本研究建立的基于轨迹跟踪的嗅觉行为分析体系可用于昆虫信息化合物有效成分的筛选鉴定。在合适的气流条件下,单一臂设置味源化合物逐头进行测试试验效果更佳;多头试验可用于化合物的初步筛选。     

果蝇纯系繁育的初步研究

为探究果蝇的纯系繁育,选用处女蝇,利用玉米培养基对6个纯系果蝇进行纯系繁育实验,判断果蝇纯系繁育过程中是否出现群体退化现象并有无突变发生,为纯系果蝇的长期保存提供参考。实验中使用玉米培养基进行培养并观察记录果蝇生活史以及产卵数量。观察到果蝇生活周期无明显变化,产卵数目稳定,没有发生群体退化和突变现象。     

寄生黑腹果蝇的日本开臂反颚茧蜂生物学特性及其寄生对寄主发育及免疫反应的影响

【目的】调查寄生黑腹果蝇Drosophila melanogaster的日本开臂反颚茧蜂Asobara japonica的生物学特性,明确其寄生对寄主生长发育及免疫反应的影响。【方法】运用解剖成像和实时荧光定量PCR技术调查分析了日本开臂反颚茧蜂的各发育阶段发育历期、形态特征,以及日本开臂反颚茧蜂寄生黑腹果蝇2龄幼虫后的寄生率、出蜂率及寄主化蛹时间和寄主免疫通路15个主要基因(Toll通路中的SPE, Toll,Myd88, Dif和Drosomycin, Imd通路中的PGRP-LE, PGRP-LC, imd, Relish和Diptericin及PO通路中的 Spn27A, MP2, yellow-f2, DoxA2和PPO1)转录水平的变化。【结果】在25±1℃,相对湿度50%±1%和光周期16L∶8D条件下,日本开臂反颚茧蜂的卵期平均为2.38±0.01 d,幼虫期为5.36±0.07 d,蛹期为8.30±0.04 d。日本开臂反颚茧蜂寄生黑腹果蝇2龄幼虫,其寄生率为94.9%±4.0%,出蜂率为64.3%±7.1%。另外,日本开臂反颚茧蜂寄生使黑腹果蝇幼虫50%化蛹时的化蛹时间比未被寄生对照显著延缓约0.5 d;寄生后黑腹果蝇抗菌肽基因Drosomycin和Diptericin转录水平显著上调,而原酚氧化酶基因PPO1转录水平则显著下调。【结论】通过延缓寄主发育和抑制寄主的黑化反应,日本开臂反颚茧蜂能够在黑腹果蝇幼虫上成功寄生。本研究的结果为进一步规模化扩繁日本开臂反颚茧蜂并进行田间生物防治应用提供了理论基础。     

果蝇基因组与功能基因研究进展

黑腹果蝇Drosophila melanogaster是生物科学研究中重要的模式动物之一。2000年,黑腹果蝇全基因组测序完成,随后基因组序列质量不断完善,对其功能基因进行深入研究,为其他高等动物基因组和功能基因的研究提供了巨大帮助。本文综述了近年来基因组功能元件、比较基因组学等方面的最新研究成果,着重介绍了功能基因在Hh信号通路、细胞凋亡方面的研究进展,并对最新的功能基因研究技术进行了简要概述。     

植物乳杆菌、苹果醋酸杆菌和酿酒酵母三种微生物对黑腹果蝇行为和发育的影响

【目的】肠道微生物在宿主的多种生命活动中发挥重要作用。本研究旨在通过研究植物乳杆菌Lactobacillus plantarum, 苹果醋酸杆菌Acetobacter malorum和酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae 3种微生物对黑腹果蝇Drosophila melanogaster觅食、产卵和发育的影响,进一步阐明肠道微生物与宿主的互作调控机制。【方法】采用引诱实验检测体外培养的植物乳杆菌、苹果醋酸杆菌和酿酒酵母对交配前后黑腹果蝇成虫的引诱力以及这3种微生物的单一微生物和其中2种或3种微生物的混合物对非处女蝇的引诱力。采用产卵选择实验检测黑腹果蝇非处女蝇对单一微生物和其中2种或3种微生物的混合物的产卵偏好。将黑腹果蝇卵在接种分别含有植物乳杆菌、苹果醋酸杆菌和酿酒酵母的培养基和正常培养基(对照)上培养,测量幼虫体重;同时将卵在分别含有活菌或灭活的这3种单一微生物的培养基上和正常培养基上培养,统计化蛹数,以检测不同微生物对黑腹果蝇幼虫发育的影响。将黑腹果蝇幼虫在分别含有植物乳杆菌、苹果醋酸杆菌和酿酒酵母的培养基及正常培养基中培养72 h,qRT-PCR检测胰岛素信号通路的关键基因InR在黑腹果蝇幼虫中的相对表达量变化。【结果】苹果醋酸杆菌主要影响黑腹果蝇的产卵,酿酒酵母和植物乳杆菌则可同时影响黑腹果蝇觅食和产卵,且与单一微生物相比,非处女黑腹果蝇更趋向于含有2种或3种微生物的混合物。产卵选择实验表明,3种单一供试微生物及其中2种或3种微生物的混合物对黑腹果蝇的产卵选择具有显著的吸引力,其中混合物的影响最大,然后依次是苹果醋酸杆菌、酿酒酵母、植物乳杆菌。3种微生物均可促进黑腹果蝇幼虫的发育,活菌在接种早期加快幼虫到蛹的发育,灭活菌的促进作用则相对滞后。与对照比较,InR在接种苹果醋酸杆菌的培养基上培养的黑腹果蝇幼虫中的表达量显著降低,而在分别接种植物乳杆菌和酿酒酵母的培养基上培养的幼虫中则被显著促进表达。【结论】苹果醋酸杆菌可引诱黑腹果蝇的产卵,酿酒酵母和植物乳杆菌对黑腹果蝇的觅食和产卵都有具有引诱力;同时微生物的多样性可增加黑腹果蝇的觅食和产卵偏好。植物乳杆菌、苹果醋酸杆菌和酿酒酵母可能通过不同的调控机制影响黑腹果蝇幼虫的生长发育。     

中国黑腹果蝇中分离变相因子[Segregation Distorter(SD)]的初步研究

黑腹果蝇（Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ ｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒ）中的分离变相因子「Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｏｒｔｅｒ（ＳＤ）」是一种非常典型的具有减数分裂驱动性质的特殊遗传因子，ＳＤ在世界不同地区的黑腹果蝇群体中广泛存在，通过杂交的方法测得其频率在１％－５％范围之内。首次在中国北京，青岛采集大量野生黑腹果蝇样本，对ＳＤ进行频率测定，发现ＳＤ在中国野生黑腹果蝇群体中也广泛存在，且频率与世界其他地区     

piggyBac转座子AgoPLE1.1在黑腹果蝇种系 转化中的应用

【目的】通过检测黑腹果蝇Drosophila melanogaster中piggyBac (PB)转座子AgoPLE1.1的转化活性,明确AgoPLE1.1开发为昆虫转基因载体的潜力。【方法】构建AgoPLE1.1转座酶辅助质粒pAgoHsp和带有红色荧光标记的供体质粒pXLAgo-PUbDsRed,辅助质粒和供体质粒以170 ng/μL∶400 ng/μL, 90 ng/μL∶200 ng/μL和90 ng/μL∶100 ng/μL 3种不同的比例混合后分别注射新鲜的W¹¹¹⁸ 黑腹果蝇胚胎,筛选注射后代中的转基因黑腹果蝇个体;利用Southern杂交验证转基因黑腹果蝇中AgoPLE1.1转座子的插入拷贝数;利用染色体步移技术克隆AgoPLE1.1插入位点旁侧序列,明确AgoPLE1.1转座子的转座特征。【结果】AgoPLE1.1转座子在黑腹果蝇中具有转化活性,转基因频率为1.32%~1.94%。Southern杂交结果显示,AgoPLE1.1转座子在黑腹果蝇中至少有6个插入位点。染色体步移法克隆了其中4个位点,分别位于黑腹果蝇的3R, 3L, 2L和X染色体,并且AgoPLE1.1转座子在黑腹果蝇染色体中的整合带有供体质粒的骨架。【结论】PB转座子AgoPLE1.1仅可以在黑腹果蝇中以较低的频率进行非精确的剪切和转座,不具有开发为新型昆虫转基因载体的潜力。     

黑腹果蝇单胚培养技术的建立

过硬单胚培养十一项特殊的技术,运用此技术可以从果蝇单个原肠胚（同一基因型）中提取细胞进行体外培养,科观察到各种细胞的分化过程,从而能研究导致发生异常或致死突变的机制。通过反复摸索实验,我们在本实验室的条件下,建立了黑腹果蝇（D. melanogaster）单胚培养技术,并对野生型（Canton special, CS.）果蝇的单胚细胞进行体外培养,观察到了各种细胞,如肌肉细胞、神经细胞、脂肪细胞、以及成虫盘等的分化及其发生规律性,为今后研究突变奠定了基础。实验过程中,我们采用了载玻片法和培养皿法。两种方法各有特点及利弊,本文一并进行讨论。Abstract:We can culture the cells of single gastrula (the gene type of cells is same) in vitro,we now have cstablished the technique of single embryo culture in Drosophila.We have seen the differentiated state of myocytes, neurocytes,hemocyte cells,epithelical cells and imagical disk by this technique.     

黑腹果蝇黑条体突变体的求偶行为

黑腹果蝇Drosophila melanogaster黑条体果蝇(e^bsr)与黑檀体果蝇(e)为同一个基因(ebony)的不同突变体, 两者具有相似的形态表型, 但行为特征表现出明显的差异。本研究以黑条体、 黑檀体和野生型果蝇为研究对象, 首先检测果蝇的视力和活跃度, 再采用不同交配组合进行求偶成功率、交配时间和求偶模式的分析。结果表明: 黑条体果蝇视力与活跃度与野生型果蝇比较无显著差异; 黑条体果蝇的交配成功率和交配潜伏期与野生型果蝇不存在显著的差异; 黑檀体果蝇的交配成功率和交配潜伏期与野生型果蝇存在极显著的差异（P<0.000）。黑条体果蝇表现出异于黑檀体果蝇的活跃度和交配活力, 可能是由于黑条体果蝇ebony基因的新突变导致了果蝇体内多巴胺水平异常, 从而形成了黑条体果蝇独特的求偶模式。     

利用果蝇模型研究人类心脏早期发育的分子机理

近年来,果蝇心脏转化的遗传机制已初步研究清楚,但控制人类心脏早期发育的基因尚待鉴定。因为调控果蝇和脊椎动物早期心脏细胞命运定型的途径具有保守性,果蝇是一种探讨人类心脏早期发育的分子机理的理想动物模型。为此目的,我们采用P转座子和EMS诱变技术建立了约3000个隐性致死基因平衡系。通过心脏前体细胞特异性抗体免疫组化筛选,我们选出200余个表现心脏突变表型的平衡致死系。我们进一步利用RNAi技术对一些基因的功能进行了初步的研究,证明这些基因表现RNAi的突变表型,该类突变表型与基因突变时表现的表型相似,即心管呈缺陷型或无心脏前体细胞形成。利用果蝇和人类基因组计划获得的成果,我们从果蝇心脏侯选基因中初步克隆和鉴定了50个人类同源基因,其中20个是新基因。Northen印迹分析表明,一部分人类基因在心脏组织中有表达,从而为研究这些基因在人类心脏早期发育中的作用提供了信息。目前,我们正在建立转基因果蝇,以此为模型研究这些基因是否对心肌细胞发生或心肌功能起调控作用。产生心肌细胞突变类型的基因如果类似于人类心脏病综合症,则可以作为人类心脏疾病侯选基因作进一步的分析。     

用数学方法探究基因频率变化的活动设计

利用不同颜色的纸片模拟不同的"自然环境"和"猎物",让学生充当"捕食者"参与活动,以小组合作的方式来探究基因频率变化。实验结果表明,以小组合作的方式让学生进行数据统计、计算分析、绘制图表、交流讨论,能使其很好地理解种群、种群基因库和基因频率3个基本概念,使其深刻体验自然选择下种群基因频率的变化,并学会基因频率的计算方法。