灵活操控果蝇翅芽中wingless基因表达水平的策略

【目的】灵活操控靶基因的表达水平对于研究基因的功能十分重要。Gal4/UAS系统已被广泛应用于调控基因表达,可研究果蝇Drosophila等模式生物复杂的生物学问题。受采用载体的特性及插入位点的影响,Gal4或UAS转基因品系在构建好之后,其调控靶基因的能力基本是确定的。本研究旨在在现有Gal4/UAS系统的基础上,开发一种新的策略,实现在果蝇翅芽中灵活操控wingless(wg)基因的表达水平。【方法】用遗传学手段将黑腹果蝇Drosophila melanogaster品系的UAS-wg和UAS-wg-RNAi转基因重组到同一黑腹果蝇品系中。将该重组黑腹果蝇品系与dpp-Gal4黑腹果蝇品系杂交,同时驱动UAS-wg和UAS-wg-RNAi在果蝇幼虫翅芽中共表达。杂交子代幼虫分别放置在不同的温度(18, 25和30℃)下培养。将幼虫翅芽解剖并进行免疫组化染色,测量染色的荧光强度,分析翅芽中wg的表达水平。【结果】在低温(18℃)下,UAS-wg在基因表达调控中起主要作用,wg表现为超表达,但其超表达的效率可被UAS-wg-RNAi有效地削弱。相反,在高温(30℃)下,UAS-wg-RNAi起主导作用,wg的表达受到抑制。并且通过转换温度,可实现wg在翅芽发育的不同阶段在超表达和抑制之间相互转化,从而灵活地操控wg基因在翅芽中的表达水平。【结论】该方法可以灵活操控果蝇翅芽中wg基因的表达水平,对于调控转基因的表达有重要的意义。     

转飞蝗羧酸酯酶基因果蝇品系的构建及其在有机磷农药代谢解毒中的作用

【目的】在活体水平验证飞蝗Locusta migratoria羧酸酯酶基因LmCesA1和LmCesA2是否参与有机磷杀虫剂的代谢解毒。【方法】采用Gal4/UAS系统,借助转基因技术,构建两个转基因黑腹果蝇Drosophila melanogaster品系,选取3品系Gal4(act-Gal4, tub-Gal4和c601-Gal4)果蝇作为母本分别与两种转基因果蝇(UAS-LmCesA1和UAS-LmCesA2)以及一种亲本对照果蝇(RB0006{y v; attP40, y+})进行杂交。对子一代转基因果蝇从DNA和RNA水平进行验证,筛选出成功构建的品系。采用生物测定方法检测转基因果蝇与Gal4果蝇杂交后代对马拉硫磷的抗性。【结果】转基因果蝇DNA水平鉴定结果显示,转基因果蝇tubLmCesA1和tubLmCesA2中分别扩增到目的基因LmCesA1和LmCesA2,而对照组果蝇tubattP40中未扩增到目的基因。转基因果蝇RNA水平的检测结果显示,这两个基因在相应的杂交后代中均有表达,表明转基因果蝇构建成功。目的基因在转基因果蝇成虫不同组织中的表达结果表明,两个目的基因LmCesA1和LmCesA2分别在转基因果蝇c601LmCesA1和c601LmCesA2的肠道中高表达;LmCesA1在c601LmCesA1果蝇肠道中的表达量分别是脑和表皮中的7.6和16.7倍,LmCesA2在c601LmCesA2果蝇肠道中的表达量分别是脑和表皮中的5.4和10.9倍。杀虫剂生物测定结果显示,与对照组果蝇(c601attP40)相比,超表达LmCesA2的果蝇(c601LmCesA2)对马拉硫磷的抗性显著提高,抗性倍数为1.67。【结论】本研究的结论与我们前期采用RNAi结合杀虫剂生测的研究结论一致,即羧酸酯酶基因LmCesA2可能参与飞蝗对马拉硫磷的代谢解毒过程。     

转飞蝗羧酸酯酶基因果蝇品系的构建及其在有机磷农药代谢解毒中的作用

【目的】在活体水平验证飞蝗Locusta migratoria羧酸酯酶基因LmCesA1和LmCesA2是否参与有机磷杀虫剂的代谢解毒。【方法】采用Gal4/UAS系统,借助转基因技术,构建两个转基因黑腹果蝇Drosophila melanogaster品系,选取3品系Gal4(act-Gal4, tub-Gal4和c601-Gal4)果蝇作为母本分别与两种转基因果蝇(UAS-LmCesA1和UAS-LmCesA2)以及一种亲本对照果蝇(RB0006{y v; attP40, y+})进行杂交。对子一代转基因果蝇从DNA和RNA水平进行验证,筛选出成功构建的品系。采用生物测定方法检测转基因果蝇与Gal4果蝇杂交后代对马拉硫磷的抗性。【结果】转基因果蝇DNA水平鉴定结果显示,转基因果蝇tub>LmCesA1和tub>LmCesA2中分别扩增到目的基因LmCesA1和LmCesA2,而对照组果蝇tub>attP40中未扩增到目的基因。转基因果蝇RNA水平的检测结果显示,这两个基因在相应的杂交后代中均有表达,表明转基因果蝇构建成功。目的基因在转基因果蝇成虫不同组织中的表达结果表明,两个目的基因LmCesA1和LmCesA2分别在转基因果蝇c601>LmCesA1和c601>LmCesA2的肠道中高表达; LmCesA1在c601>LmCesA1果蝇肠道中的表达量分别是脑和表皮中的7.6和16.7倍, LmCesA2在c601>LmCesA2果蝇肠道中的表达量分别是脑和表皮中的5.4和10.9倍。杀虫剂生物测定结果显示,与对照组果蝇(c601>attP40)相比,超表达LmCesA2的果蝇(c601>LmCesA2)对马拉硫磷的抗性显著提高,抗性倍数为1.67。【结论】本研究的结论与我们前期采用RNAi结合杀虫剂生测的研究结论一致,即羧酸酯酶基因LmCesA2可能参与飞蝗对马拉硫磷的代谢解毒过程。     

器官成形素调控果蝇翅芽细胞形貌的研究进展

果蝇翅芽是研究细胞形貌发生的模式系统。在果蝇翅芽的发育过程中,器官成形素由浓度高的区域(成形素表达细胞)向浓度低的区域(接收细胞)移动,形成动态的浓度梯度。器官成形素信号通路的激活调控翅芽细胞的形貌发生、存活、生长和分化。目前已鉴定的在翅芽细胞表达的器官成形素包括Hedgehog(Hh),Decapentaplegic(Dpp)和Wingless(Wg)。结合国际最新研究进展,本文综述了3种器官成形素在翅芽细胞形貌发生过程中的重要作用,讨论了细胞形貌发生的分子机制。     

Gal80~(ts)与Gal4组合灵敏控制果蝇中UAS转基因的表达水平

【目的】Gal80~(ts)与Gal4组合驱动UAS转基因表达是黑腹果蝇Drosophila melanogaster研究中常用的转基因过表达遗传学工具,通过温度控制实现对UAS转基因表达的灵活开关。Gal80~(ts)是一种温度敏感型蛋白,低温下(18℃)与Gal4蛋白结合并抑制其转录活力,高温下(29℃)解除对Gal4的抑制,从而允许Gal4结合UAS位点,启动UAS转基因的表达。但是从18~29℃的开关只能强烈过表达UAS转基因,而不能灵活调控转基因的表达水平。本实验系统研究一系列温度下转基因的表达水平,从而实现该体系对转基因的表达水平的灵活控制。【方法】以果蝇翅芽这一常用器官组织为研究模型,以2种Gal4品系(dpp-Gal4和en-Gal4,分别由decapentaplgic和engrailed基因的启动子驱动)分别与tub-Gal80~(ts)(微管蛋白基因tubulin启动子驱动)基因重组后,再分别与UAS-wg(wingless)转基因品系杂交;在一系列温度(18,25,27.5,28,28.5和30℃)下进行子代幼虫培养,通过免疫组化染色揭示并量化分析转基因wg在3龄幼虫翅芽上的表达水平。【结果】18~25℃培养条件下,Gal80~(ts)与Gal4组合系统中的UAS转基因不能表达;30℃时培养,转基因强烈地过表达;在25~30℃区间内,随着温度升高,转基因表达水平逐渐上升。【结论】在25~30℃之间的温度调控可以实现对Gal80~(ts)与Gal4组合系统中的UAS转基因表达水平的调控。本研究结果对调控转基因表达程度有重要价值。     

EBV LMP1通过诱导c-myc表达活化端粒酶hTERT

利用原代人胚鼻咽上皮细胞和Tet on LMP1HNE2等良好的细胞体系,采用报道基因法和Westernblot法等,分别检测Epstein Barr病毒(EBV)潜伏膜蛋白1(LMP1)诱导的c myc反式激活活性和蛋白表达水平,从LMP1诱导细胞内c myc表达的角度,探讨LMP1诱导端粒酶表达的分子机制。结果表明,LMP1促使细胞内c myc反式激活活性增强,c Myc蛋白表达量升高;导入反义LMP1表达质粒阻断LMP1表达后,c myc反式激活活性下降。将端粒酶hTERT启动子上c myc结合位点突变后,LMP1不能诱导端粒酶hTERT表达。因而认为,EB病毒LMP1通过诱导c myc表达而活化端粒酶hTERT。     

本期重点推介

<正>细胞谱系分析技术G-TRACE(Gal4 technique for realtime and clonal expression)是近年来新开发的一种技术,可用来追踪基因在组织生长发育过程中的表达模式和区域的变化,精确地追踪细胞的分化情况。果蝇是经典的模式生物,但其肠道不同细胞谱系的分化关系尚缺乏深入研究。山西大学应用生物学研究所张徐波等采用黑腹果蝇Drosophila     

器官的构造是如何形成的——以果蝇翅为例

在器官发育过程中,细胞是如何接收到指令,在特定的位置形成特定的细胞形貌,来组建一个正确的三维构造实现器官的功能,这是生物学中的最基本问题之一。在发育的早期,选择者基因通过赋予细胞以不同的亲和性把组织划分为若干个隔间区域。隔间边界细胞作为组织者通过分泌信号分子(器官成形素)来促进细胞的存活和增殖,控制细胞的分化和命运,以及确保正确的细胞形貌发生。器官成形素的空间时序性表达以及随后细胞对这些信号分子的反应是正确形成组织构造的关键环节。根据国际最新的研究进展,本文综述了构造形成的机制和主流假说,并以果蝇翅的发育为例,讨论了TGF-β家族器官成形素Dpp在翅发育中的作用机制。     

应用酵母双杂交系统筛选新基因Collectrin相关蛋白

Collectrin是在小鼠 5 6肾切除后 ,在肾小球的高滤过、高增生期分离克隆的一个新基因 .通过酵母双杂交系统从人肾脏cDNA文库中筛选与collectrin相互作用的蛋白 ,可以为该基因的功能研究提供线索 .构建collectrin的真核表达载体collectrin pGBKT7 c myc ,转化酵母菌AH10 9.Western印迹证实 ,collectrin蛋白能够在酵母中正常表达 ,对酵母细胞无毒性 ,不存在自激活现象 .将AH10 9 collectrin pGBKT7 c myc与转化了成人肾脏cDNA文库的酵母菌Y187接合 ,共筛选到 5个与细胞代谢有关的蛋白 ,包括鞘磷脂激活蛋白、精氨琥珀酸合成酶、氨基酸转运蛋白XAT2、NADH脱氢酶 1和金属硫蛋白 2A .由此推论 ,collectrin可能通过与细胞内某些酶类相互作用而影响细胞代谢 ,为新基因collectrin的功能研究提供了重要线索 .     

Smad7基因的克隆、表达及对c-myc基因的调控

Smad7是TGr-β家族信号转导通路的抑制分子,可反馈调节TGF-β／Smads信号转导通路,从功能推测,Smad7表达紊乱,可影响细胞对TGF-β的应答,从而促进细胞的恶性化进展,为了深入探讨Smad7基因功能,通过设计引物,用Touchdown巢式．PCR法从人胎脑文库中扩增Smad7基因编码区全长,回收产物,克隆并构建真核表达载体,同融合有报告基因的c-myc顺式增强子元件共转染BEP2D细胞,结果表明：TGF—p可抑制c．myc报告基因的活性,Smad7基因可正调控c．myc报告基因的表达,并拮抗TGF．B对该基因的抑制作用．由此得出结论：Smad7基因通过桔抗TGF．B来调控c．myc基因、     

维持胚胎干细胞多能性和自我更新的转录因子Oct-4/ Nanog以及相关的调控网络

Oct-4和Nanog是两种维持干细胞多能性和自我更新的转录因子, 它们通过结合靶基因调控区, 选择性地抑制分化基因表达或促进多能性基因表达。它们通常只在多能干细胞中表达, 在分化细胞中不表达。在不同的发育阶段, 它们的表达量受到特异调控, 并且分别与Sox-2、FoxD3等其他转录因子以及LIF、BMP等胞外信号通路互相作用, 形成一个复杂的转录调节crosstalk网络, 在特异时空激活或抑制靶基因的转录; 通过互相制约最终决定干细胞是保持多能性还是分化, 以及向哪个方向分化。此外, Oct-4和Nanog对体细胞重编程为多能细胞也有重要作用。     

阿尔茨海默病中miR-29c对APP表达调控的初步研究

目的探讨microRNA29c（miR-29c）在阿尔茨海默病中的作用。方法采用了microarray芯片检测3月龄、6月龄APPswe/PSΔE9双转基因阿尔茨海默病小鼠大脑中microRNA表达情况并利用实时定量PCR验证结果可靠性,通过microRNA靶基因数据库预测选出与阿尔茨海默病相关的靶基因,构建miR-29c表达载体,将其转染SH-SY5Y及HEK-293T细胞,在高表达miR-29c的SH-SY5Y及HEK-293T细胞系中验证miR-29c对靶基因的调控作用。将靶基因APP mRNA的野生及突变3’UTR序列克隆到双荧光素酶报告基因载体,用双荧光素酶报告检测系统检测miR-29c与靶基因的结合位点。结果根据microRNA芯片结果筛选出在3、6月龄APPSWE/PS1ΔE9双转基因小鼠大脑表达均有差异的miR-29c,通过实时定量PCR证实miR-29c在3月、6月、9月龄小鼠中表达明显升高。通过microRNA靶基因数据库预测miR-29c可以调控阿尔茨海默病的靶基因APP,利用Western blot检测到高表达miR-29c的SH-SY5Y细胞及HEK-293T细胞中APP蛋白表达减少。将miR-29c表达载体与带有野生及突变APPmRNA的3’UTR的双荧光素酶报告载体共转染HEK-293T细胞,通过双荧光素酶检测系统检测未找到miR-29c与APP mRNA 3’UTR的结合位点。结论 miR-29c对APP表达的具有负向调控作用,但其调控位点可能不位于其3’UTR区域。     

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.     

异位表达Dichaete对果蝇足部发育的影响及其作用机制

【目的】果蝇Dichaete基因是Sox家族B亚家族基因,其表达贯穿整个胚胎发育阶段,在个体发育过程中发挥重要作用。Dichaete在野生型果蝇幼虫足芽上也有微弱表达,然而其在足发育过程中的作用少有报道。本研究旨在研究异位表达Dichaete对果蝇足部形态构成的影响,探索相关的作用机制。【方法】黑腹果蝇Drosophila melanogaster en-Gal4品系雄性成虫与UAS-Dichaete转基因品系处女蝇杂交,驱动Dichaete异位表达,解剖子一代成虫足,在显微镜下观察异位表达的Dichaete对成虫足形态结构的影响;同时采用免疫组化技术检测异位表达Dichaete对果蝇足芽细胞凋亡和Distal-less(Dll)表达的影响。【结果】异位表达Dichaete导致黑腹果蝇成虫足末端结构缺陷,引起3龄幼虫足芽细胞凋亡增加,上调了Distal-less基因的表达,但对Wg和Dpp信号均无影响;抑制细胞凋亡也无法拯救该缺陷。【结论】异位表达Dichaete导致黑腹果蝇成虫足末端结构缺陷,Dichaete可能通过上调Distal-less基因影响足部发育。     

酵母转录因子Gal4研究进展

胁迫应答基因的转录激活是细胞应答胁迫作用的关键步骤。转录激活因子与启动子顺式作用元件结合是胁迫应答基因转录激活的关键环节。进化保守的Gal4是半乳糖代谢相关基因的转录激活因子。酵母Gal4通过其N端的DNA结合结构域识别并结合启动子UAS,通过其C端的激活结构域与转录因子作用,起始RNA聚合酶Ⅱ复合体的组装和转录。该过程不仅受转录调控因子Gal80和Gal3的调节,还与Gal4二聚体的形成有关。概述了酵母半乳糖代谢相关基因转录激活因子Gal4的研究进展。     

一种新型提高HDR效率的CRISPR/Cas9-Gal4BD供体适配基因编辑系统

近年来，CRISPR基因编辑及衍生技术迅速发展，在生命科学、生物医学研究以及动植物育种领域得到了广泛应用。基于DNA双链断裂(double-stranded break, DSB)同源指导修复(homology-directed repair, HDR)机制的基因敲入和点编辑是基因编辑的重要策略，但效率偏低亟待提高。本文提出了驱动供体DNA富集至DSB处以提高HDR效率的新策略，并设计了一套CRISPR/Cas9-Gal4BD供体适配基因编辑系统(donoradapting system, DAS)。该系统主要利用Gal4 DNA结合域(Gal4 binding domain, Gal4BD)作为配体蛋白与Cas9融合表达，将Gal4BD结合序列(Gal4 binding sequence, Gal4BS)作为受体序列与双链DNA (double-stranded DNA, dsDNA)供体结合，以期提高HDR效率。使用HEK293T-HDR.GFP报告细胞系的初步研究结果表明当dsDNA供体同源臂在一定长度(100～60 bp)时该系统能够提高HDR效率2～4倍。进一步的优化研究表明...     

昆虫小器官RNA荧光原位杂交技术

【目的】在昆虫基因表达和功能研究中,RNA原位杂交技术越来越受到青睐。该技术不仅能定性定量反应基因表达的时空特异性,而且能在细胞水平上检测基因表达的调控模式。为了将该技术更好地在昆虫小器官研究中运用,我们以果蝇幼虫翅芽为例优化了改技术。【方法】解剖果蝇3龄幼虫翅芽进行原位杂交实验。【结果】我们发现影响原位杂交结果的因素十分复杂,包括取材时期,探针的合成,预杂交/杂交的时间和温度,清洗时间,适当的对照等。通过RNA荧光原位杂交实验,我们揭示了调控细胞记忆的trithorax基因在3龄翅芽广泛表达,并且受到转录因子Optomotor-blind的负调控。【结论】这一技术方法为研究昆虫小器官的基因表达和调控提供了便捷手段。     

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。     

雌激素受体β转录激活系统的构建

目的：构建雌激素受体β（ERβ）的转录激活系统。方法：以pcDNA3-ERβ质粒为模板,利用PCR技术扩增ERβ全长及转录激活结构域1（AF1）、DNA结合结构域（DBD）、转录激活结构域2（AF2）等不同长度的基因片段,分别插入pGAL载体中,构建重组质粒,转染293T细胞,利用免疫杂交方法鉴定其表达情况,用萤光素酶报告基因（Gal4-LUC）检测转录活性。结果：构建了ERβ全长及不同功能区片段编码基因的重组质粒,转染293T细胞后检测到相应蛋白的表达;在活性实验中,雌激素（E2）诱导下pGAL-ERβ使Gal4-LUC活性升高约17倍,pGAL-ERβAF1在有无E2诱导下均能使Gal4-LUC活性升高2倍,pGAL-ERβAF2在E2诱导下使Gal4-LUC活性升高约7倍,pGAL-ERβDBD对Gal4-LUC活性没有明显作用。结论：ERβ的转录激活系统构建成功。     

重组RA-538及反义c-myc腺病毒对人胃癌、食管癌和bcl-2高表达细胞系的作用及其分子机制的体内外研究

本课题研究RA53 8、反义c ymc重组腺病毒对人胃癌 (SGC790 1 )、食管癌(EC1 0 9、EC871 2 )、正常人胚肺 2BS ( 2BS)及bcl 2高表达细胞系的体内外生物学作用及其分子机制。结果显示Ad RA53 8及Ad ASc myc对SGC790 1细胞体内外均具有明显的生长抑制及凋亡诱导作用 ,并能抑制其c myc、bcl 2、cyclinD1基因的表达及刺激bax基因的表达。对EC1 0 9、EC871 2、2BS及bcl 2基因高表达细胞系均无明显的生长抑制及凋亡诱导作用 ,对这些细胞系中c myc、bcl 2基因的表达均无调节作用。结果表明Ad RA53 8、Ad ASc myc对胃癌细胞具有显著的体内外生长抑制及凋亡诱导作用 ,其作用是c myc、bcl 2、bax、cyclinD1等一系列基因表达变化及其相互作用的结果。对食管癌、2BS及bcl 2高表达细胞系则无类似作用。