调控花发育的同源异型基因

对形态发生突变体进行遗传学和分子生物学分析,是揭示发育的分子调控机制的最有效的途径。最近,世界上若干开创性的研究小组正致力于用这种分子遗传学手段研究植物花发育的调控机制,并取得了令人瞩目的进展。     

玉米花药发育的细胞生物学与分子遗传学的研究方法

雄性不育技术在玉米杂种优势利用和杂交种生产中发挥着重要作用,玉米花药发育和雄性不育的细胞生物学与分子遗传学研究是雄性不育技术利用的前提和基础。玉米花药发育是一个复杂的生物学过程,需要孢子体基因与配子体基因的协同表达调控。从玉米花药的形态结构、花药发育时期的划分、花药败育类型、花药发育的细胞学研究方法、花药发育的组学研究方法、花药发育分子遗传学研究方法等方面进行综述,以期为玉米核不育机制研究与雄性不育技术产业化应用提供方法学指导。     

鸟类仍保留牙齿发生定位的分子机制

众所周知现代鸟类不长牙齿,而其侏罗纪和白垩纪的祖先则长有牙齿,然而,在发育中鸡胚口腔中却残留着牙齿发生的原基,在形态上与哺乳动物臼牙牙原基极为相似,现代鸟类的胚胎组织是否具有牙齿发育的潜能,目前已有不少研究者对这一问题进行了探讨,Kollar和Fisher等人将鸡胚胎下颌靠近口腔面的上皮与小鼠的牙间充质进行组织重组实验,并植入小鼠眼球中作intraocular grafting培养,他们的实验结果表明重组后的组织块可以发育形成牙齿的结构,包括形成成釉细胞（ameloblast),并能分泌釉质,Kollar等认为在进化进程中鸟类牙齿的消失并非由于口腔上皮中有关釉质合成的遗传信息的丢失,而是牙齿发育过程中的组织之间所必须的相互作用（次级诱导）受阻而造成的。Lemus和Fuenzalida等人的实验结果进一步证实了这一结论。他们用鹌鹑胚胎躯体的上皮组织与蜥蚁或兔子的牙间充质重组后,用鸡胚绒毛进行培养,得到了发育很好的牙齿结构,发现鹌鹑的上皮细胞也可以分形成釉质细胞,并分泌牙釉质,Cummings将鹌鹑胚胎的牙上皮组织与小鼠胚胎的牙间充质组织重组后也得到类似的结果。根据小白鼠牙齿发育中已知的调控分子信号通路,我们曾对鸟类不长牙齿的分子机制进行了研究,我们的研究发现鸟类牙组织仍保留与哺乳动物早期牙齿发生相类似的信号通路,能表达相关的基因并产生相应的信号分子,鸟类牙齿发育停滞在牙原基时期的可能原因是Bmp4不在预定牙上皮组织中表达,导致发育信号的传递受阻,因此,鸟类胚胎的牙原基组织是一个很好的实验模型,用于研究上皮与间充质组织之间的相互作用,导致器官发育的分子机制。在本研究中,我们又进一步对鸡胚发育中与牙原基定位的有关分子信号通路进行了研究,研究证实了,与小白鼠的发育相似,在鸡胚发育中,在任何可见的牙齿发生了形态变化出现之前,Pax9作为预定牙间充质的标记基因（Fig.1),利用体外器官培养,组织重组和原位杂交等方法,证实了Pax9在下颚间充质中的定位表达是由其上方上皮中的两种信号分子所决定（Fig.2),其中FGF8诱导Pax9的表达（Fig.3).而BMP4则抑制该表达（Fig.4)。通过这两种信号之间的诘抗作用决定了间充质中Pax9的表达部位,亦即牙原基的发生部位,因此,与小白鼠相似,在鸟类中牙原基的发生部位是由两类具有诘抗作用的信号分子所决定的,本研究结果进一步证实了在鸟类胚胎发育过程中仍保留与牙齿发育有关的早期信号通路。     

牙齿发育与FGF 信号通路的关系

牙齿发育的过程,是一个连续并且复杂的过程。牙齿发育的分子机制可总结为:通过外胚层来源的上皮和其下方的间充质相互作用,来调节牙齿的形态学发生。成纤维细胞生长因子(Fibroblast Growth Factor,FGF)是一类肽类分子,它们通过与细胞膜上特异性受体的结合来发挥作用,以此来调节细胞生长。并且具有多种生物活性,是胚胎生长发育和成体组织创伤修复中最具有重要功能的细胞因子。通过众多科学研究,牙齿发育与FGF信号通路的关系已经研究的比较透彻,在牙齿的生长发育过程中,FGF发挥了关键性作用。     

造血干细胞研究进展

造血干细胞（hematopoietic stem cell,HSC）是成体干细胞研究领域的范式。对造血干细胞自我更新和不对称分裂分子遗传学机制的诠释,将不仅帮助理解成体干细胞“干性”维持的发育遗传学机制,也将对白血病干细胞和其他类型肿瘤干细胞的发育起源及开发针对肿瘤干细胞的靶向治疗模式产生深远的影响。     

植物发育的分子机制及其遗传控制

植物发育的分子机制及其遗传控制许政皑１国际动态发育一直是生命科学中的～个中心问题。但传统的研究方法很难解决诸如细胞的生长和分化、细胞之间的信息交流、细胞群体甚至在单个细胞内的不对称性的建立等基本问题。随着分子遗传学和分子生物学的迅速发展,发育生物学已...     

新疆维吾尔族牙齿形态特征及其与EDARV370A相关性的研究

牙齿是古代样本中最易保存下来的材料之一,因此在人类学研究中具有极为重要的价值.通过比较牙齿形态特征在群体中的频率,可揭示群体间的进化关系;而在个体层面上的遗传学研究,则可进一步揭示牙齿特征的形成机制和进化意义.本研究通过分析中国新疆维吾尔族242个个体的38项牙齿形态特征,首先确认了新疆维吾尔族的牙齿形态特征表现为欧洲群体与东亚群体的混合性状,其混合程度与群体遗传学研究结果一致.其次,通过对各项牙齿形态特征进行两两相关分析,在相关性矩阵中发现3个主要表型模块,各模块分别代表相关性较高的牙齿形态特征.其中,铲形门齿、双铲形门齿及上颌犬齿近中嵴组成了一个主要模块.最后,本研究发现遗传变异EDARV370A与上述表型模块中的牙齿形态特征均呈显著相关.对该表型模块提取复合表型因子后,EDARV370A与该复合表型因子具有显著的关联性,并可以解释18%的表型变异度.说明同一遗传因素同时影响了多项牙齿形态特征.本研究结果进一步证实了3万年前在东亚出现的遗传变异EDARV370A是产生铲形门齿这一特征的重要因素.说明东亚现代人群所具有的铲形门齿特征可能是更新世晚期以后进化的产物.     

一例ZMPSTE24基因复合杂合突变导致颅骨下颌骨皮肤发育不全B型的诊断和基因检测分析

颅骨下颌骨皮肤发育不全(mandibuloacral dysplasia,MAD)是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病,主要与LMNA及ZMPSTE24基因发生变异有关。本文报道了国内首例颅骨下颌骨皮肤发育不全B型患者,主要表现为特殊面容、喂养困难、体格生长明显落后、全面的发育迟缓伴牙齿和骨骼发育异常。全外显子组家系测序结果显示患者携带ZMPSTE24基因c.743C>T (p.Pro248Leu)(dbSNP:rs121908095)与1～10号外显子缺失的复合杂合突变,经Sanger测序与定量聚合酶链反应(real-time quantitative PCR, RT-qPCR)实验检测显示,两个突变分别遗传自其表型正常的母亲与父亲。通过总结分析该例病例特点及其家系遗传规律,对于临床上难以进行明确诊断的疾病,建议进行全外显子组家系测序,辅助疾病的诊断。该病例的发现提高了临床医师对MAD疾病的认识,也为该疾病后续的遗传学研究提供新的临床资料。     

中国科学院分子发育生物学重点实验室

中国科学院分子发育生物学重点实验室始建于1994年9月,19g8年3月建成验收.2001年,原中国科学院发育研究所和中国科学院遗传研究所整合成立中国科学院遗传与发育生物学研究所,之后在中国科学院分子发育生物学重点实验室基础上成立了发育生物学中心.实验室以模式生物为研究对象,运用分子生物学、细胞生物学、分子遗传学和分子系统生物学等手段探索生物个体发育和与发育相关的人类疾病的遗传调控及其分子机理,为国家重大需求如动植物遗传改良与人类遗传发育疾病防治等提供理论基础和技术支持,是发育生物学知识创新和高级研究人才培养的基地.     

孤独症的遗传学和神经生物学研究进展

孤独症是一种遗传度高达90%的多基因复杂疾病,具有典型的遗传和表型异质性,并受到环境因素的影响.本文对近年来孤独症遗传学、表观遗传学和神经生物学3方面的进展进行了简要综述.细胞遗传学法、全基因组扫描及候选基因法是孤独症分子遗传学研究中较为常见的3种方法.虽然应用上述方法发现了一些孤独症易感基因集中的染色体区域,但确切的致病或易感基因仍未被检出.因而,越来越多的关注被集中于如何提高样本同质性、如何将遗传学机制与环境作用相联系、如何提高微效基因的检出率上.在提高样本同质性方面,功能核磁共振及交叉表型的研究正在进行.同时,表观遗传学的研究可以联系遗传与环境因素,从而更好地解释孤独症的发病机制.目前,对染色体上表观遗传与遗传共同调控的区域,如7号和15号染色体长臂,进行了大量研究.在神经生物学方面,神经递质、神经发育及神经免疫学假说均有一定的进展.其中,针对神经递质的研究主要集中于5-羟色胺、?-氨基丁酸及谷氨酸.在神经发育假说方面,神经发育相关蛋白,如肝细胞生长因子、神经生长因子及Reelin,研究得较为深入.     

Molecular determinants during dental morphogenesis and cytodifferentiation: a review.

Craniofacial development provides a number of opportunities to investigate the cellular and molecular biology of morphogenesis, cytodifferentiation, tissue-specific extracellular matrix (ECM) formations, and biomineralization. Regulatory processes associated with mandibular morphogenesis and specifically tooth formation are being investigated by the identification of when and where molecular determinants such as cell adhesion molecules (CAMs), substrate adhesion molecules (SAMs), and tissue-specific structural gene products are expressed during sequential developmental stages. Based upon in vitro organotypic culture studies in serumless, chemically defined medium, instructive and permissive signaling has been found to be required for both mandibular and dental morphogenesis and cytodifferentiation. For example, intrinsic developmental instructions (autocrine and paracrine factors), independent of long-range hormonal or exogenous growth factors, mediate morphogenesis from the initiation of the dental lamina through crown and initial root stages of tooth development. This review summarizes recent results using experimental embryology, organ culture, recombinant DNA technology, and immunocytology to elucidate mechanisms responsive to instructive epithelial-mesenchymal interactions associated with mandibular morphogenesis, tooth positional information, and subsequent tooth crown and initial root development.     

Antagonistic effects of Smad2 versus Smad7 are sensitive to their expression level during tooth development

Members of the transforming growth factor-beta (TGF-beta) superfamily regulate cell proliferation, differentiation, and apoptosis, controlling the development and maintenance of most tissues. TGF-beta signal is transmitted through the phosphorylation of Smad proteins by TGF-beta receptor serine/threonine kinase. During early tooth development, TGF-beta inhibits proliferation of enamel organ epithelial cells but the underlying molecular mechanisms are largely unknown. Here we tested the hypothesis that antagonistic effects between Smad2 and Smad7 regulate TGF-beta signaling during tooth development. Attenuation of Smad2 gene expression resulted in significant advancement of embryonic tooth development with increased proliferation of enamel organ epithelial cells, while attenuation of Smad7 resulted in significant inhibition of embryonic tooth development with increased apoptotic activity within enamel organ epithelium. These findings suggest that different Smads may have differential activities in regulating TGF-beta-mediated cell proliferation and death. Furthermore, functional haploinsufficiency of Smad2, but not Smad3, altered TGF-beta-mediated tooth development. The results indicate that Smads are critical factors in orchestrating TGF-beta-mediated gene regulation during embryonic tooth development. The effectiveness of TGF-beta signaling is highly sensitive to the level of Smad gene expression.     

大脑皮层发育畸形及分子遗传机理研究进展

大脑皮层(cerebral cortex)发育是一个非常复杂的过程,主要包括神经干细胞的自我更新、分化、迁移和成熟等步骤。目前,已知多种因素可影响大脑皮层的正常发育并导致畸形的发生,并且随着产妇平均孕龄的不断增高和食品及环境因素的改变,大脑发育畸形的发病率正不断增加。充分了解大脑正常发育的分子机理和各种皮层畸形的发病机制对于人类相关疾病的早期诊断和治疗及优生优育都极为重要。该文首先简单总结了可能参与调控大脑皮层发育过程的多条信号通路,然后阐述了八种常见的人类皮层发育畸形的基本临床特征和分子遗传机理方面的研究进展,以期为今后相关领域的研究提供一些有用的参考信息。     

Molecular control of secondary palate development

Compared with the embryonic development of other organs, development of the secondary palate is seemingly simple. However, each step of palatogenesis, from initiation until completion, is subject to a tight molecular control that is governed by epithelial-mesenchymal interactions. The importance of a rigorous molecular regulation of palatogenesis is reflected when loss of function of a single protein generates cleft palate, a frequent malformation with a complex etiology. Genetic studies in humans and targeted mutations in mice have identified numerous factors that play key roles during palatogenesis. This review highlights the current understanding of the molecular and cellular mechanisms involved in normal and abnormal palate development with special respect to recent advances derived from studies of mouse models.     

Notch signalling pathway in tooth development and adult dental cells

Notch signalling is a highly conserved intercellular signal transfer mechanism that includes canonical and non-canonical pathways. It regulates differentiation and proliferation of stem/progenitor cells by means of para-inducing effects. Expression and activation of Notch signalling factors (receptors and ligands) are critical not only for development of the dental germ but also for regeneration of injured tissue associated with mature teeth. Notch signalling plays key roles in differentiation of odontoblasts and osteoblasts, calcification of tooth hard tissue, formation of cusp patterns and generation of tooth roots. After tooth eruption, Notch signalling can also be triggered in dental stem cells of the pulp, where it induces them to differentiate into odontoblasts, thus generating fresh dentine tissue. Other signalling pathways, such as TGFβ, NF-κB, Wnt, Fgf and Shh also interact with Notch signalling during tooth development.