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。     

细胞凋亡的分子机理

细胞凋亡是机体生长发育,细胞分化和病理状态中细胞自主性死亡的过程,调节控制细胞凋亡的基因有存活基因和致死基因两大类,存活基因包括Ｂｃｌ－２及其家族某些成员的基因,原癌基因和病毒基因,这些基因的过量表达可阻止细胞的凋亡,致死基因包括Ｂｃｌ－２家族的另一些成员的的基因、ＩＣＥ家族基因以及ｍｙｃ、ｐ５３和Ｒｂ基因等。细胞因子、激素和细胞间质等细胞外部因素可能通过信号传递途径影响上述基因表达而间接地调节细     

染色质重塑在植物顶端分生组织中的调控作用

高等植物的生长发育依赖于顶端分生组织的维持和定向分化。顶端分生组织一方面需要维持自身的结构,同时又需要通过特定细胞的分化来起始各种器官的发育,这就需要通过精准的调控来决定各个细胞的命运。其中,染色质重塑就是一类广泛参与这些命运决定过程的调控方式。染色质重塑通过形成一系列重塑复合体对染色质修饰进行精确控制,影响各类转录调节因子与染色质结合的难易程度,进而使细胞感受各种信号和环境剌激,并在调控基因时空特异性表达与沉默方面发挥重要作用,形成一系列分子开关。现概述染色质重塑参与顶端分生组织调控的最新研究进展,梳理参与该调控的各类途径及重要调控因子,并展望该领域未来的研究方向。     

动物DVL蛋白家族的系统演化动态研究

Wnt信号通路高度保守,对细胞命运决定、迁移、极性建立、原始体轴形成和器官的发生以及干细胞的自我更新等起着关键的作用。Dishevelled (DVL)作为第一个被发现的胞浆蛋白,是Wnt信号通路的核心组分,在Wnt信号传导通路中都起着重要作用。通过对不同物种(从单细胞动物到哺乳动物)基因组中DVL家族基因进行检索发现:DVL蛋白家族起源于早期的多细胞动物,与大堡礁海绵有共同的祖先,其成员可分为四个亚家族,分别是DVL1亚家族、DVL2亚家族、DVL3亚家族和无脊椎动物DVL亚家族,并发现DVL蛋白家族演化过程中存在基因复制现象;在演化历程中,DVL蛋白家族Motif的组成存在着规律性的变化,随着物种的演化Motif的数量有所增加;DVL家族基因存在着内含子的插入和缺失现象,其相位在高等动物中较为保守。本研究为进一步理解DVL蛋白家族的起源与演化动态提供一定的参考。     

植物器官大小相关基因研究进展

器官大小是植物形态的一个重要特征,而且具有严格的种属特异性。植物器官大小虽然受到外在的环境因素（如光照、营养等）的影响,但它由内在特有的细胞数目和细胞大小决定。许多通过转录调节、蛋白合成、激素调节或松弛细胞壁等途径作用于植物细胞繁殖和/或细胞扩张的基因已经被鉴定,它们的过表达或缺失表达能促进植物器官大小和加快植物生长。尽管如此,这些基因通过相对独立的途径起作用,在植物中难以阐明一个相对整合的器官大小基因调控网络,这也是该研究领域的亟待需要解决的问题。目前,一些器官大小相关基因已经应用农作物育种,并培育出显著增大的农作物品种,这也证实了利用器官大小基因进行植物品种选育的可行性。因此,通过研究药用植物器官大小的基因,人为地在分子水平上有目的的调控器官的大小和形态,是缓解当前许多药用植物面临的资源紧缺、枯竭濒危困境的可考虑途径之一。     

植物WUSCHEL-related homeobox (WOX) 家族研究进展

WUSCHEL相关的同源异型盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)转录因子家族,在植物发育的众多阶段(茎和根顶端分生区的建成、侧生器官的发育、花器官的形成和胚的发育),尤其是在细胞增殖和分化较为旺盛的区域发挥重要的调控作用,即促进细胞的增殖或抑制细胞的分化。就WOX同源异型盒转录因子家族的系统进化分析、WOX家族成员的分子特征、WOX基因的生物学功能及其作用机制进行综述,并对本领域未来的发展方向作出展望。     

器官发育和程序性细胞死亡中的基因调控——2002年诺贝尔生理学和医学奖工作介绍

2002年的诺贝尔生理学和医学奖授予了在器官发育和程序性细胞死亡研究领域中做出奠基性贡献的三位英美科学家．他们建立了线虫实验模型,完成了其细胞谱图的绘制,而且系统深入地研究了线虫的器官发育和程序性细胞死亡中的基因规则,并在高等哺乳动物中发现了相关的功能基因．这些研究对认识发育过程和揭示人类重大疾病的发病机理具有重要的理论价值和现实意义．     

GSDMDC家族的基因功能

GSDMDC家族是近年来发现的一个全新的含有Gasdermin结构域的蛋白超家族,包括DFNA5、DFNA5L、GSDM、 GSDML 和 MLZE五个成员.研究表明GSDMDC家族可能与组织器官发育以及肿瘤,耳聋和脱发等遗传疾病相关,因而具有重要生理功能.其中,对该家族的DFNA5基因研究报道相对较多,它是常染色体显性非综合征性耳聋致病基因之一,并可能与黑色素瘤和乳腺癌相关.但对DFNA5基因在细胞和分子水平作用机制仍不清楚.对Gasdermin结构域的空间结构、特点、相互作用蛋白和生理功能也知之甚少.将来的研究将揭示此家族各成员的确切生理功能及其与疾病相关性.     

控制植物器官大小的分子机理

植物器官大小是植物形态的一个重要特征并受严格的遗传调控。器官大小与两个不同的过程有关：细胞扩张和细胞分裂。分子遗传分析已经鉴定了许多基因,这些基因通过作用于其中一个或两个过程来影响器官的最终大小。某种植物个体间器官大小的差异是由控制该器官特征的基因表达水平变化引起的,通过拟南芥的遗传分析显示这些基因是如何受控制或被修饰的。以上这些资料阐明了植物如何确定继续或停止生长,同时也提供了改变植物积累生物量的方法。     

银杏MADS-box基因家族的表达及系统发育分析

MADS-box基因是真核生物中一类编码转录调控因子的基因家族,在植物花器官发育中发挥重要的调控作用。为了探究MADS-box家族基因在银杏花发育中的功能,本文对银杏花芽分化4个时期的样品进行转录组测序,筛选其中的MADS-box家族基因,利用生物信息学方法对筛选到的基因进行表达模式、蛋白结构、细胞定位和系统进化分析。结果显示:共得到15个银杏MADS-box家族基因。表达分析表明,目标基因根据表达模式可以分为3种类型。分析目标基因的编码序列显示,15个银杏MADS-box蛋白的主要构件均为α-螺旋和无规则卷曲;亚细胞定位预测主要在细胞核内;所有表达产物均包含MADS结构域。聚类分析显示,银杏MADSbox基因家族可分为6个亚类。银杏MADS-box基因家族中的new Gb2734、Gb38883、Gb28587和Gb33168可能在银杏开花调控中发挥重要作用;Gb16301可能是银杏花器官的发育过程中的关键基因。     

GSDMDC家族基因功能研究进展

GSDMDC家族是近年来发现的一个全新的含有Gasdermin结构域的蛋白超家族,包括DFNA5、DFNA5L、GSDM、 GSDML 和 MLZE五个成员。研究表明GSDMDC家族可能与组织器官发育以及肿瘤,耳聋和脱发等遗传疾病相关,因而具有重要生理功能。其中,对该家族的DFNA5基因研究报道相对较多,它是常染色体显性非综合征性耳聋致病基因之一,并可能与黑色素瘤和乳腺癌相关。但对DFNA5基因在细胞和分子水平作用机制仍不清楚。对Gasdermin结构域的空间结构、特点、相互作用蛋白和生理功能也知之甚少。将来的研究将揭示此家族各成员的确切生理功能及其与疾病相关性。

     

棉花YABBY基因家族的全基因组分析

YABBY基因家族属于锌指蛋白超家族(Zinc finger super-family)的亚家族,在调控植物叶和花器官发育过程中起着重要的作用。从陆地棉标准系TM-1(Gossypium hirsutum L.acc.TM-1)基因组中鉴定到23个YABBY基因家族成员,具有不同的亚细胞定位;这些基因分布在16条染色体和1条Scaffold上,且有9对共线性基因;棉花的YABBY基因家族分为4个亚组,每个亚组都有与拟南芥同源的基因,且每个亚组成员间具有相似的基序类型和排列顺序;组织表达分析表明,TM-1全基因组中的23个YABBY基因家族成员具有较为广泛的组织表达类型。所有YABBY基因家族成员在花、蕾和茎端分生组织中表达。     

JCI:科学家向肺组织再生又迈进一步

正利用诱导多能干细胞,研究人员首次描述了早期肺祖细胞的完整基因程序,发现了控制肺形成的基因,并且成功构建了可以用于模拟人类肺的迷你肺类器官。相关研究结果发表在国际学术期刊JCI上,该研究将推动利用人类诱导多能干细胞进行肺疾病的研究。诱导多能干细胞能够形成身体内几乎所有细胞类型,许多科学家都希望能够利用诱导多能干细胞进行疾病器官的修复。这些干细胞可以利用血液样本或皮肤活检样本借助技术手段来获得。     

组织器官损伤修复和再生研究进展

组织器官损伤修复和再生是生命科学领域最为复杂和重要的科学问题之一,任何组织器官都能快速响应损伤,通过内源性基因转录调控改变多种细胞命运属性实现创伤的修复与再生。绝大部分人体组织器官都不具备完美再生能力,然而,进化早期的许多动物以及绝大部分植物具有强大修复和再生能力。经年来,通过对这些模式生物的研究,随着单细胞测序技术的发展,通过遗传示踪、活体显微实时成像,对组织器官再生的关键细胞及其发生调控过程的认识有了显著的进步。该综述将针对损伤修复和再生关键细胞来源、损伤后基因转录调控以及快速损伤应激能力进行简单总结。由于篇幅有限,非常抱歉不能涵盖损伤修复和再生领域的所有研究。     

GATA转录因子家族在细胞命运调控中的作用

在胚胎发育过程中,组织器官的形成依赖于干细胞在空间与时间上正确的定向分化、增殖,以及中间细胞的凋亡.这一细胞命运决定的过程必须被严格精确地调控,从而保证胚胎发育过程中组织器官形成得以顺利地进行.在此过程中,GATA转录因子家族扮演了不可或缺的角色,它们在胚层分化、造血系统和心脏形成、胸腺和肠道发育以及肿瘤发生中都起到了重要的作用.本文结合目前对GATA转录因子家族的研究和本课题组实验结果,介绍其在干细胞分化和维持,以及它们在细胞重编程中所起的作用.     

细胞分裂素生物合成基因在调节一组烟草病理相关蛋白基因表达中的作用

对一组病理相关蛋白基因在烟草 ( N icotiana tabacum cv. Wisconsin 38)中的表达情况进行了研究 ,包括 :碱性几丁质酶、β- 1 ,3-葡萄糖苷酶、渗透蛋白及伸展蛋白。RNA杂交实验表明在正常烟草植株中上述 4个基因具有发育和器官专一性的表达。在含有细胞分裂素生物合成基因的转基因烟草丛生芽中 ,这 4个基因的表达受过量合成的内源细胞分裂素和载体效应的共同调节 ,细胞分裂素降低这些基因的表达 ,而载体效应则促进它们的表达。热激处理也明显降低这 4种基因的表达水平。上述结果表明这些病理相关蛋白基因具有复杂的调控系统     

表观遗传学与组织工程

表观遗传学是环境和遗传相互作用的一门学科,其调控方式包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA调控等。这些调控方式的协调作用决定了细胞的发育、功能、状态和命运,因此表观遗传调控机制已经成为外界环境影响因素和基因转录调控之间的重要联系。组织工程的目标是研究和开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物,该领域的主要挑战之一在于寻找最佳的能够控制细胞命运和促进细胞成熟的微环境。该文综述了表观遗传的调控方式及相应研究方法、表观遗传对细胞分化和功能的影响、生物材料对表观遗传的调控,以期为组织工程研究及转化提供参考。     

转录因子GATA-2在脊椎动物发育过程中的作用

GATA-2是对外胚层和中胚层发育至关重要的转录因子,它属于具有保守锌指结构的GATA转录因子家族.GATA家族包括6个成员:分别命名为GATA-1～GATA-6.最新研究表明,GATA-2不仅存在于胚胎器官,还对成体造血细胞系、神经系统、垂体和泌尿生殖系统中细胞的功能和维持都必不可少.本文旨在通过对GATA-2的功能研究进展进行综述,探讨GATA-2在生殖系统中的作用机制,以期更广泛地了解GATA-2基因在生物发育过程中的作用及对相关基因的调控机制,从而为攻克人类相关疾病提供理论依据.     

凋亡的分子机理

细胞凋亡（ａｐｏｐｔｏｓｉｓ）是细胞接受某种信号后或受到某些因素刺激后一种主动的,由一些凋亡相关基因相互作用的细胞消亡过程,影响凋亡的基因可分为两类,即促进凋亡的基因和抗凋亡的基因。本文简述了这些基因与凋亡的关系,重点论述了ｂｃｌ－２家族与凋亡的研究进展。     

植物受体样激酶CR4家族

受体样激酶在植物的生长发育中发挥着重要的功能。CRINKLY4(简称CR4)属于生长因子类的受体激酶,包括玉米中的ZmCR4、拟南芥中的ACR4和水稻中的OsCR4,参与了植物细胞的增殖和分化,包括细胞分化命运和发育方向。ZmCR4影响了玉米表皮细胞的形态和糊粉层的发育,ACR4启动拟南芥根中形成层细胞的分化,而且器官发生开始后可以控制细胞分化的数目。本文对植物受体样激酶CR4家族近年的研究进展进行了总结。