果蝇心脏发育研究三十年进展

果蝇(Drosophila melanogaster)作为最早用于研究心脏发育基因调控的模式生物,已经走过三十年的历程。果蝇心脏发育过程经历了胚胎期、幼虫期和成虫期三大阶段。在胚胎早期, Tinman、Dorsocross和Pannier等基因是关键的调控因子。Tinman参与最早的心脏前体细胞分化和心脏细胞形成,而Dorsocross和Pannier则影响心脏前体细胞的定向分化和心脏管腔的形成。进入胚胎晚期和幼虫期,果蝇的心管经历进一步的发展和重塑,该过程主要受到转录因子Hand、Mef2以及Hox基因家族的调控。在成虫期, Hox基因家族和Tinman依旧发挥重要作用。虽然果蝇心脏与脊椎动物成熟心脏存在形态上的差异,但两者心脏的早期发育过程以及调控基因和信号通路都有保守性。本文综述了果蝇心脏发育基因调控研究的三十年进展以及利用果蝇模型研究人类心脏相关疾病的潜在希望。     

利用DNA免疫技术制备SAX蛋白多克隆抗体

骨形态发生蛋白(BMP)属于细胞因子和转化生长因子β(TGF-β)超家族,在胚胎形态发生和器官形成中起重要作用,但目前缺乏BMP信号通路I型受体SAX的各类抗体。本文利用果蝇胚胎提取出总RNA,反转录得到cDNA,将其作为模板通过PCR得到sax基因片段,将片段连接到pCAGGS-P7上,构建成重组质粒pCAGGS-P7-sax。采用质粒DNA免疫技术,免疫了BALB/C小鼠,制备了果蝇SAX蛋白多克隆抗体。进一步分析表明,构建的真核表达重组质粒pCAGGS-P7-saxDNA具有良好的免疫原性,在免疫小鼠后所获得的抗血清抗体效价达1∶100。Western blot和果蝇胚胎免疫荧光检测表明,抗血清能特异型地识别SAX蛋白。果蝇SAX抗体的成功制备为进一步研究sax基因及BMP信号在果蝇心脏发育中的作用奠定了基础。     

沃尔巴克氏体感染对黑腹果蝇性腺和早期胚胎DNA 6mA去甲基化酶基因DMAD表达的影响

【目的】DNA甲基化是基因修饰的一种重要方式,主要可以形成5-甲基胞嘧啶(5m C)和6-甲基腺嘌呤(6m A)等。目前关于5m C的研究比较多,而关于6m A在真核生物中的研究则较少。沃尔巴克氏体Wolbachia是昆虫中最常见的共生菌之一,可通过多种方式操纵宿主生殖,其中最常见的就是引起精卵细胞质不亲和(cytoplasmic incompatibility,CI),即感染Wolbachia的雄性与未感染的雌性宿主交配后,胚胎致死,但其机制还不清楚。本研究拟从6m A甲基化的角度,探讨Wolbachia影响果蝇生殖的分子机制。【方法】以模式生物黑腹果蝇Drosophila melanogaster为材料,通过实时荧光定量PCR方法,检测Wolbachia感染对果蝇精巢、卵巢以及3个交配组[TT(对照,父母本都未感染),TW(父本未感染,母本感染,胚胎感染,可发育)和WT(CI,致死)]早期胚胎中DNA 6m A去甲基化酶基因DMAD的表达变化。【结果】Wolbachia感染可显著上调1日龄果蝇精巢中DMAD的表达水平,而对卵巢中DMAD的表达没有显著影响。在产卵后0.5 h(中囊胚过渡前)的胚胎中,CI胚胎的DMAD表达水平极显著高于可正常发育的胚胎(TT和TW);在3 h的胚胎(中囊胚过渡期)中,TW和CI胚胎中DMAD的表达量都极显著高于对照组;在6 h的胚胎(中囊胚过渡后)中,CI胚胎中DMAD的表达量相对最低。【结论】Wolbachia感染可能通过干扰宿主果蝇精巢中6m A甲基化水平对精子产生修饰,导致其与正常未感染的卵子受精后胚胎致死。     

黑腹果蝇Mst84Db敲降引起的父本缺陷类似Wolbachia诱导的细胞质不亲和

【目的】Wolbachia 是广泛存在于昆虫体内的一类通过母系传递的共生菌,能够通过多种方式影响宿主的生殖。细胞质不亲和（CI）是Wolbachia 引起的最普遍的一种表型,即感染Wolbachia的雄性和未感染的雌性宿主交配后,胚胎发育停滞于早期阶段。但目前有关CI的分子机理还不清楚。本研究组前期实验表明,Wolbachia感染引起黑腹果蝇Drosophila melanogaster 3龄幼虫精巢中Mst84Db基因的表达显著下调。本研究的目的是进一步研究Mst84Db与CI的关系。【方法】我们体外合成了Mst84Db的双链RNA（dsRNA）,注射雄性果蝇,将注射过的雄果蝇与野生雌果蝇交配,检测其繁殖力。基因表达采用定量RT-PCR方法进行检测。胚胎表型采用DAPI染色进行分析。【结果】注射dsRNA 24 h后,Mst84Db基因的表达水平发生显著下调。注射后72 h,基因表达下调幅度最大。与对照组相比,基因敲降后的雄蝇繁殖能力显著下降,与雌果蝇交配后胚胎孵化率显著低于对照组,这与Wolbachia诱导的CI现象类似。未孵化胚胎的表皮上没有体节出现,说明胚胎停滞于发育的早期。部分胚胎细胞核分裂不同步,且有染色质间桥出现,这也与CI胚胎中的细胞学表型一致。【结论】Wolbachia感染可能抑制果蝇精子发生过程中Mst84Db基因的表达,从而使精子失去正常功能,最终导致与雌性果蝇交配后,胚胎发育停滞,并最终死亡。Mst84Db基因在雄性果蝇中表达下调可能是产生CI的重要原因之一。     

高流动性蛋白基因过量表达对果蝇发育的影响

HmgD基因编码果蝇高流动性蛋白（High mobility group proteins, HMG）的同源物,它可以参与染色质的组装。目前关于HMGD蛋白在果蝇胚胎发育过程中的作用尚无定论。我们采用UAS-Gal4系统,通过功能获得性突变的方法研究了HmgD基因过量表达对果蝇发育的影响。结果表明：HmgD过量表达对果蝇胚胎期发育的影响较弱,而对后期幼虫的发育具有很大的影响;HmgD过量表达的果蝇胚胎死亡率增高,但这种影响不是很大,因为一部分胚胎仍然能够发育至成体;但是当HmgD在广泛表达的Gal4驱动子（ActGal4）的控制下过量表达时导致子代大量死亡,特别是用4个拷贝的转基因果蝇进行杂交时,后代中的突变型在三龄幼虫末期全部死亡;部分突变型幼虫体内长有黑色素瘤,其血淋巴中的血细胞数量极显著地高于野生型。RT-PCR分析表明,突变幼虫中与血细胞增殖有关的Ras-MAPK途径和Toll途径被异常激活。这些结果显示：HmgD过量表达可能引起染色质结构疏松,激活了特定的转录因子,从而引发了三龄幼虫期异常的转录调控,并导致幼虫死亡。     

敌枯双对果蝇胚胎的毒性研究

<正> 用噻二唑类化合物对哺乳动物进行试验已有报道,但对生物学工作者经常使用的实验昆虫果蝇尚未见有报道,故进行了这方面的试验。以探索果蝇在药物胚胎毒性研究上的价值和作用。     

果蝇胚胎石蜡切片制作方法的改良

探索一种不用在卵壳上手工打孔、适用于果蝇胚胎石蜡切片制作的方法。实验前期对果蝇胚胎进行渗透化处理,后期用琼脂糖、明胶、石蜡3种包埋辅佐剂对胚胎进行聚集、包埋、切片,最后进行HE及PASM染色。渗透化处理后的胚胎用琼脂糖或石蜡聚集并包埋后所制切片HE染色均显示胚胎形态结构正常,背景干净,而琼脂糖聚集法所制切片PASM染色背景呈灰色,明胶聚集法所制切片HE染色和PASM染色背景均显杂色且胚胎出现形变。3种包埋辅佐剂中,琼脂糖和石蜡均适于果蝇胚胎结构的保存,石蜡聚集法所制切片2种染色背景均无杂色,因此最适合做包埋辅佐剂。渗透化处理和石蜡聚集法结合后的改良方法适合于大样本且高脂含量的果蝇胚胎石蜡切片的制备。     

利用DNA免疫技术制备果蝇GBB多克隆抗体及其表达模式的分析

TGF-β信号家族在生物体生命活动中具有多种发育和生理功能。研究该信号家族在生物体内的表达模式具有重要的意义。gbb是TGF-β信号成员bmp7的果蝇同源基因,为了进一步研究gbb对胚胎发育的影响,本文采用DNA免疫技术制备得到果蝇GBB多克隆抗体。首先提取果蝇总RNA,反转录得到cDNA文库,以该文库为模板克隆出gbb基因编码区序列,构建成真核表达质粒pCAGGS-P7/gbb。采用DNA免疫技术免疫BALB/c小鼠,取心血分离血清制备了GBB多克隆抗体。免疫印迹试验表明制备的GBB多克隆抗体有效,果蝇胚胎免疫荧光分析表明GBB在果蝇胚胎发育0～9 h无明显表达,9 h之后开始高效表达。     

黑腹果蝇的性别控制

性别的形成包括两个过程,即性别决定和性别分化。果蝇的性别控制研究包括性别决定、性别分化、性别鉴定、性别诱导和性别控制5个方面。性别决定是在两种不同发育途径之间的选择,它提供了一个研究基因调控的模式系统。果蝇的性别决定问题已经研究得相当详细［1］。性别分化是使胚胎向着雌性或雄性发育的过程,决定了性别表型。果蝇的性别分化也取得了不少研究成果。近年来,许多重要的性别调控基因已被克隆和鉴定。随着果蝇基因组全序列测定的完成,果蝇的性别控制研究将会更为深入而完善。本文对与黑腹果蝇性别决定和性别分化相关的一些问题进行综述。     

利用RNAi技术研究果蝇心脏发育基因的功能

RNAi是近两年发展起来的一种阻抑基因表达的新方法。它通过导入一段与内源基因同源的双链RNA序列（dsRNA）,使内源mRNA降解,从而达到阻抑基因表达的目的。目前已在线虫、果蝇、臭虫、真菌及植物等生物中建立RNAi技术,用于研究某些特定基因或已知基因在特定发育时期的功能。对于难于获得突变体的基因或生物体,RNAi技术尤其有效。虽然果蝇心脏发育基因wingless和tinman在果蝇心脏发育的早期功能已经清楚,它们都与果蝇心脏前体细胞的形成有关,但它们在果蝇心脏发育的后期功能仍有待进一步研究。实验运用RNAi技术,分别将tinman和wingless的dsRNA注入果蝇的早期胚胎,得到了这两个基因的dsRNA干扰表型,与两个基因的突变体表型非常相似,都表现为果蝇心脏前体细胞不能形成或心脏管缺失。尤其是tinman基因的dsRNA,还引起了肠中胚胎层缺失和体壁肌肉组织的紊乱,而wingless基因的dsRNA却只影响心脏的形成,而不影响肠中胚层,说明dsRNA干扰具有非常强的特异性,因而不失为研究果蝇心脏发育基因功能的有效方法。     

甲醛对果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的影响

虽然甲醛对人及动物多种器官的毒性作用已经有了大量研究,但不同浓度甲醛影响动物寿命的研究还极其少见.本文用黑腹果蝇作为模式生物,在食物中添加不同浓度的甲醛,观察果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的变化.实验结果显示,雌性果蝇的寿命表现出对甲醛浓度的依赖,0.037%甲醛可以极显著地延长雌性果蝇的寿命,较高浓度甲醛(≥0.185%)可以极显著地缩短雌性果蝇与雄性果蝇的寿命.0.037%甲醛还可以极显著地增强雌性和雄性果蝇对饥饿以及高温的耐受性,但减弱其对活性氧的耐受性.这些结果有助于从新的途径研究果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的分子机制.     

研究: 甲醛对果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的影响

虽然甲醛对人及动物多种器官的毒性作用已经有了大量研究,但不同浓度甲醛影响动物寿命的研究还极其少见.本文用黑腹果蝇作为模式生物,在食物中添加不同浓度的甲醛,观察果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的变化.实验结果显示,雌性果蝇的寿命表现出对甲醛浓度的依赖,0.037%甲醛可以极显著地延长雌性果蝇的寿命,较高浓度甲醛(≥0.185%)可以极显著地缩短雌性果蝇与雄性果蝇的寿命.0.037%甲醛还可以极显著地增强雌性和雄性果蝇对饥饿以及高温的耐受性,但减弱其对活性氧的耐受性.这些结果有助于从新的途径研究果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的分子机制.     

果蝇心管的拟表型

基因突变表型的获得是利用果蝇模型进行发育相关基因功能研究的基础.拟表型是指生物体的基因型未发生变化,而由外界环境条件的变化所引起的常与某个特定基因的突变表型相似的表型改变.拟表型的存在往往干扰突变表型的鉴定,为基因功能的研究带来困扰.采用胚胎抗体染色和绿色荧光蛋白GFP心脏特异标记的转基因果蝇（Hand-GALA;UAS-GFP品系）作为表型检测手段,比较活体胚胎、固定处理胚胎和低温处理幼虫中果蝇心管拟表型产生的概率以及统计分析其方法的差异,结果显示胚胎固定处理可以明显减少拟表型出现的概率,而低温固定幼虫也是有效减少拟表型的方法.拟表型和突变表型必须通过统计分析才能有效区分.     

细菌不会加速生物体死亡

美国科学家近日通过对果蝇的研究表明．无菌果蝇并不会比体内充满细菌的果蝇活得更长。这无疑将对人类的老化研究产生重要影响。相关论文发表在8月8日的《细胞一代谢》杂志上。该项研究由美国南加州大学的分子与计算生物学副教授John Tower领导完成。他和同事比较了无菌果蝇（该种果蝇产自用抗生素清洗过的果蝇卵,并一直在无菌环境中用消过毒的食物喂养）和普通果蝇后发现,这2种果蝇具有大致相同的寿命。这表明细菌并不会加速果蝇的死亡。[第一段]     

果蝇造血器官淋巴腺的研究进展

黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）是生物学研究中重要的模式生物之一。果蝇造血过程主要发生于胚胎和幼虫阶段，淋巴腺作为幼虫阶段的主要造血器官，由髓质区（medullary zone，MZ）、皮质区（cortical zone，CZ）及后端信号中心区（posterior signal center，PSC）组成。淋巴腺在多种信号通路的调控下，能够维持血细胞的增殖和分化相对稳态，这对于果蝇的造血活动和正常生存均具有重要作用。综述了造血器官淋巴腺的形成过程及维持淋巴腺稳态的信号调节通路，以期为淋巴腺血细胞的详细分类和相应的功能研究奠定理论基础。     

果蝇新基因CG7609的克隆与初步功能研究

通过生物信息学方法和分子克隆技术克隆了一个果蝇新基因CG7609．该基因属于WD40家族,具有7个典型的WD40重复结构域．与人类WDR24基因的同源度很高．胚胎原位杂交和RT-PCR显示其在胚胎早期的中胚层有弱表达,在胚胎晚期主要在肠中表达．通过心脏特异抗体检测CG7609突变体的表型,发现其心脏前体细胞的分化不受影响．但通过果蝇心力衰竭模型分析该基因在成体心脏中的功能,发现CG7609基因缺失后心力衰竭发生率明显高于野生型,而且在与pannier基因配对后心力衰竭率发生较大的变化,这个初步发现推测该基因可能在戍体心脏中具有功能．     

桃花粉低温和超低温保存方法比较研究

桃(Prunus persica(L.)Batsch)是我国重要的无性繁殖作物种质资源,目前主要保存于3个国家无性繁殖作物种质圃。随着以茎尖、花粉、休眠芽为保存载体的超低温保存技术的发展,超低温保存已成为无性繁殖作物重要备份保存方式。本研究以15份桃种质花粉为研究对象,开展含水量、回湿处理和保存温度(4℃低温保存和液氮超低温保存)对保存后花粉离体萌发率的影响研究。研究结果:明确了桃种质花粉超低温保存的含水量;揭示了回湿处理对部分桃种质花粉超低温保存产生显著影响;超低温保存后花粉离体萌发率最高可达83%;4℃低温保存和超低温保存比较研究结果表明,超低温保存4年后14份桃种质花粉离体萌发率仍可保持30%以上,11份桃种质花粉离体萌发率与保存前花粉离体萌发率相比无显著变化甚至显著提高,而4℃低温保存的花粉离体萌发率降至0。该研究为国家种质库建立花粉规模化超低温保存提供技术支撑。     

用“增强子陷阱”技术构造并筛选果蝇UAS/GAL4系统中GAL4新品系及脑基因表达图谱数据库的开发

"增强子陷阱"技术是建立果蝇脑全基因组表达图谱及其数据库的重要方法.筛选获得新特异表达的GAL4品系,可为进一步研究果蝇脑神经在学习记忆功能提供强有力的基因工具.通过"增强子陷阱"技术来获得果蝇突变体,并与报告转基因果蝇(UAS-EGFP)杂交,用荧光显微镜观察成年果蝇脑内荧光分布,从而获得该突变体的脑基因表达图谱,在此基础上利用JavaScript来建立果蝇脑全基因组表达数据库.目前获得基因突变体果蝇2 677种,大部分在果蝇脑中有表达,其中在果蝇嗅觉学习记忆相关脑区蘑菇体表达的基因有368个,且有部分基因特异地表达在某些传导通路上.这些果蝇基因突变体库及其表达图谱为进一步研究各基因的功能及作为遗传工具来研究各脑区结构和功能提供极大方便.     

肠道哈夫尼菌促进黑腹果蝇的发育

目的分离和鉴定黑腹果蝇肠道共生微生物,并研究其促进果蝇身体发育的功能。方法利用Hungate滚管技术,分离厌氧细菌;运用定植实验证明其为果蝇肠道共生菌;用悉菌实验来检测细菌对果蝇发育的影响。结果本研究从野外捕获的果蝇体内分离到蜂房哈夫尼菌(Hafnia alvei),而且证实它能够在果蝇肠道内有效地定植并且能在培养基中稳定持续地存在,说明蜂房哈夫尼菌是果蝇肠道共生菌。此外,蜂房哈夫尼菌能显著地缩短无菌果蝇的发育周期及提高生长速率。结论证明了蜂房哈夫尼菌是果蝇肠道的共生菌,并且其可以有效地促进果蝇的生长发育。     

Elovl5转基因果蝇产生更长链的脂肪酸

大多数昆虫体内的多不饱和脂肪酸 (Polyunsaturated fatty acids,PUFAs) 主要是碳链长为18个碳原子的多不饱和脂肪酸 (C18-PUFAs),几乎不含价值更高、生物活性更强的C20、C22等长链的多不饱和脂肪酸。文中利用黑腹果蝇Drosophila melanogaster (Fruit fly) 作为生物模型,将来源于小鼠的Δ6-脂肪酸延长酶Elovl5基因优化后转移到果蝇中使其表达。结果表明通过显微注射法成功将含有Elovl5基因的载体导入果蝇胚胎中,在荧光显微镜下检测到在果蝇整个发育阶段均有增强型绿色荧光蛋白 (Enhanced green fluorescent protein,EGFP) 表达,同时Elovl5基因的表达显著地促使果蝇体内C18多不饱和脂肪酸向着更长链多不饱和脂肪酸的生物合成方向转化。使用转基因技术得到体内富含C20、C22等长链多不饱和脂肪酸的转基因果蝇模型,将为进一步开展果蝇多不饱和脂肪酸生物合成的机制提供研究基础。