斑马鱼pax2a(-3.1 kb):eGFP转基因品系的构建

为了更好地了解脊椎动物肾脏的早期发育,本研究利用斑马鱼这一研究脊椎动物器官发育的理想模式生物,通过构建肾脏特异性pax2a荧光标记转基因品系以实现实时在体地观察斑马鱼前肾的发育过程。我们分析了斑马鱼pax2a基因的启动子,扩增出其翻译起始位点上游3.1 kb的基因组DNA,利用Tol2转座子系统,经胚胎显微注射及三代筛选,成功构建了一个稳定的pax2a(-3.1 kb):eGFP转基因鱼品系。此转基因品系的绿色荧光蛋白在3体节时期就可以标记出中间中胚层,并在后续体节时期的中间中胚层前端(第3体节至第5体节对应的部分),及24 hpf的肾管前端和中段表达,基本模拟了pax2a在斑马鱼早期前肾发育中的时空表达模式。本研究所获得的pax2a(-3.1 kb):eGFP弥补了已有pax2a转基因品系中报告基因无法准确标记出中间中胚层和前肾管前端的缺陷,是研究斑马鱼前肾早期发育的良好材料。     

<Emphasis Type="Italic">In silico</Emphasis> and <Emphasis Type="Italic">in situ</Emphasis> characterization of the zebrafish (<Emphasis Type="Italic">Danio rerio</Emphasis>) <Emphasis Type="Italic">gnrh3</Emphasis> (sGnRH) gene

Background

Gonadotropin releasing hormone (GnRH) is responsible for stimulation of gonadotropic hormone (GtH) in the hypothalamus-pituitary-gonadal axis (HPG). The regulatory mechanisms responsible for brain specificity make the promoter attractive for in silico analysis and reporter gene studies in zebrafish (Danio rerio).

Results

We have characterized a zebrafish [Trp⁷, Leu⁸] or salmon (s) GnRH variant, gnrh 3. The gene includes a 1.6 Kb upstream regulatory region and displays the conserved structure of 4 exons and 3 introns, as seen in other species. An in silico defined enhancer at -976 in the zebrafish promoter, containing adjacent binding sites for Oct-1, CREB and Sp1, was predicted in 2 mammalian and 5 teleost GnRH promoters. Reporter gene studies confirmed the importance of this enhancer for cell specific expression in zebrafish. Interestingly the promoter of human GnRH-I, known as mammalian GnRH (mGnRH), was shown capable of driving cell specific reporter gene expression in transgenic zebrafish.

Conclusions

The characterized zebrafish Gnrh3 decapeptide exhibits complete homology to the Atlantic salmon (Salmo salar) GnRH-III variant. In silico analysis of mammalian and teleost GnRH promoters revealed a conserved enhancer possessing binding sites for Oct-1, CREB and Sp1. Transgenic and transient reporter gene expression in zebrafish larvae, confirmed the importance of the in silico defined zebrafish enhancer at -976. The capability of the human GnRH-I promoter of directing cell specific reporter gene expression in zebrafish supports orthology between GnRH-I and GnRH-III.

     

微小染色体维系蛋白3基因在斑马鱼早期胚胎发育过程中的表达

目的:制备地高辛标记的微小染色体维系蛋白3(MCM3)基因的RNA探针,研究MCM3在斑马鱼早期发育中的时空表达。方法:收集并固定受精后24 h时期的野生型斑马鱼胚胎,提取总RNA,制备DIG标记的MCM3 RNA反义探针,整胚原位杂交,研究MCM3在斑马鱼胚胎早期发育过程的表达。结果:斑马鱼的MCM3氨基酸序列与小鼠、人具有高度同源性,通过不同时期胚胎的原位杂交,发现MCM3在早期发育过程中普遍性表达,胚胎受精后0~2 hMCM3在增殖性区域泛表达,受精后14~22 h在中枢神经系统、发育未成熟的眼部、体节及增殖性区域表达,受精后24 h在血液、中枢神经、翼板中脑、视觉盖及增殖性区域表达,受精后48 h在头部及肛门增殖性区域表达。结论:明确了MCM3在斑马鱼胚胎发育过程中的表达模式,证明其与早期斑马鱼发育细胞增殖密切相关,为研究该基因功能提供了一定的理论基础。     

赤点石斑鱼促甲状腺激素TSHβ启动子的克隆及其在斑马鱼胚胎原始性腺和垂体中定位表达

促甲状腺激素(Thyroid-stimulating hormone,TSH)具有调节生长,发育,代谢和生殖的功能,但是在低等脊椎动物中的功能研究较少。斜带石斑鱼(Epinephelus coioides)促甲状腺激素TSHβ除在垂体中表达外还在性腺中表达,进一步发现TSHβ也在赤点石斑鱼(Epinephelus akaara)性腺中表达。且在人工诱导的赤点石斑鱼中,随着雄性化的转变,TSHβ转录水平升高。为研究石斑鱼TSHβ特殊表达方式的调控机制,采用基因组步移技术扩增获得赤点石斑鱼TSHβ5′端序列共5112bp。将1864bp核心片段顺向克隆到pBK-TOL2载体中,pTSHβ-TOL2重组质粒与转座酶mRNA共注射斑马鱼一细胞期受精卵。Western blot结果显示,在受精后10h的尾芽胚中可检测到GFP的表达,胚体晚期GFP表达量最高。荧光显微镜追踪观察发现,受精后12-30hpf(Hours post fertilization)观察到GFP在原始生殖细胞(PGC)区域表达;36hpf-7dpf观察到GFP除在PGC区域表达外还在垂体中表达。由此可见,赤点石斑鱼TSHβ5′端1864bp的序列具有特异定位的启动子活性。       

FLT4 基因在斑马鱼早期发育过程中的表达

目的:研究FLT4(VEGFR3)基因在斑马鱼早期发育过程中的表达。方法:提取斑马鱼胚胎的总RNA,制备地高辛标记的FLT4RNA反义探针,WISH(整胚胎原位杂交)研究FLT4在斑马鱼早期发育过程中的表达。结果:成功合成FLT4基因探针,获得FLT4基因在斑马鱼早期发育过程中的表达情况:FlT4在2-cell、32-cell、oblong、shield期前普遍性表达(0.75h、1.7h、3.7h、6h);24h在头部表达较多,特别是在ICM(intermediate cell mass,中间细胞群)区处有特异性表达;48h、72h在头部表达均较高表达。结论:FLT4在早期参与了血管的形成和造血的发生,在脑部和肾小管的发育中可能起到了重要作用。     

应用双荧光报告系统检测斑马鱼microRNA的动态表达

microRNA(miRNA)是一类细胞内源表达的小分子非编码RNA, 主要通过降解靶基因的mRNA或者抑制靶基因的翻译, 在动植物的发育以及其他重要的生理过程中起调控作用。miRNA的功能跟它的表达位置与时间密切相关, 但是目前尚缺乏一个能够在活体与个体水平稳定、持续地实时观察miRNA动态表达的方法。文章以斑马鱼为模式, 建立了一个双荧光报告系统(我们称之为miRNA Tracer), 用于在斑马鱼整体胚胎中追踪特定miRNA的表达谱及动态变化过程。该系统以Tol2转座子为基础, 采用来自斑马鱼hsp70基因的热激启动子分别驱动eGFP和mRFP1荧光报告基因, 同时在其中一个报告基因的3′-UTR区连接待测miRNA的互补序列, 构成Tracer质粒。该互补序列与斑马鱼胚胎中相应的内源miRNA结合后能够使对应报告基因的荧光信号强度减弱, 通过比较两个报告基因在表达谱上的差异辨别miRNA的表达区域, 检测斑马鱼胚胎中miRNA起作用的位置和时间。文章选择在肌肉系统特异表达的miR-206以及在神经系统特异表达的miR-219, 分别在显微注射瞬时表达和转基因稳定整合等两个层次上验证了上述Tracer系统。结果表明, 所用的方法能够如实地在单细胞水平和整体水平检测到目标miRNA的时空表达动态变化。miRNA Tracer系统为在斑马鱼发育过程中对miRNA进行活体、实时的时空定位提供了一个独特而有效的方法, 也为对miRNA进行功能与作用机制等更深入的研究奠定了基础。

补充资料

s219mRFP1-dF转基因胚胎的3-D图像 [视频]     

斑马鱼心肌特异性启动子的克隆及其功能鉴定*

目的:探讨心室肌球蛋白重链(vmhc)基因启动子的心肌组织特异性.方法:利用PCR技术从斑马鱼基因组中克隆了vmhc编码区5’上游大小为1952bp的调控区域,应用酶切连接方法将vmhc启动子插入pGEFP-N1质粒,成功构建pEGFP-vmhc重组载体.再应用高保真DNA聚合酶PCR扩增包含vmhc启动子序列,增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因序列及3'UTR序列的基因片段,经过纯化后通过显微注射将vmhc-EGFP基因片段导入斑马鱼受精卵中.结果:注射后的斑马鱼心脏中出现绿色荧光,而其他部位无荧光出现.结论:vmhc启动子能够正确有效地驱动外源基因在斑马鱼心脏中特异表达,适合应用于心血管疾病的基因功能研究,基因靶向治疗等.