利用G-TRACE技术追踪果蝇后肠肠细胞谱系的发育模式

【目的】果蝇是完全变态昆虫,蛹期经历了幼虫组织解离和成虫组织重塑的过程。本研究旨在利用细胞谱系追踪方法 G-TRACE(Gal4 technique for real-time and clonal expression)这一新的遗传学技术,检测果蝇幼虫后肠肠细胞在蛹期发育过程中是否发生细胞迁移。【方法】采用黑腹果蝇Drosophila melanogaster engrailed-Gal4(en-Gal4)品系和G-TRACE品系杂交,并引入tub-gal80ts控制Gal4的开启时间,分别在果蝇幼虫期和蛹期进行细胞谱系追踪。幼虫期追踪:亲代产卵后将卵置于30℃培养,3龄中期转入18℃培养,成虫羽化1 d内进行检测。蛹期追踪:亲代产卵后将卵置于18℃培养,在蛹期不同发育阶段转入30℃培养,待虫体羽化后检测成虫肠道。【结果】当在果蝇幼虫期启动细胞谱系追踪,在蛹期停止追踪,发现中肠靠近中后肠边界处以及马氏管存在绿色肠细胞。而当在果蝇幼虫期关闭细胞谱系追踪,在蛹期开始追踪,则发现虫体中肠各部位及马氏管分布着绿色肠细胞。en基因在果蝇蛹期肠道中表达。【结论】结果表明,在果蝇蛹形成过程中,后肠的部分肠细胞迁移至中肠和马氏管,参与中肠和马氏管的重塑。本研究对于探索昆虫在变态发育过程中成虫器官的重塑机制具有重要的意义。     

黑腹果蝇细胞谱系分析方法进展

对动物体内单个细胞的谱系进行分析有助于追踪其在发育过程中的作用,但是体内各种组织都是由很多形态、结构、功能各不相同的细胞构成的复杂系统,这种复杂性严重阻碍了对单个细胞的研究。嵌合克隆技术(Mosaic technique)和标记技术(Labeling technique)的出现为这一研究提供了强有力的手段。文章介绍了近几年来黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)研究中常用的7种嵌合克隆标记方法,包括FRT介导的有丝分裂重组(FRT-mediated mitotic recombination)、MARCM(Mosaic analysis with a repressible cell marker)、TSG(Twin spotgenerator)、Twin-spot MARCM、Q-MARCM(Q system-based MARCM)、Coupled MARCM和G-TRACE(Gal4technique for real-time and clonal expression)技术,详述了这些技术的原理及应用,并对不同技术进行了对比。运用这些技术研究者可以从单细胞水平进行遗传学标记和操作,特别是在神经系统等复杂系统中追踪单个细胞的发育过程。果蝇中的这些技术也将为其他模式生物追踪细胞谱系提供参考。     

细胞谱系示踪技术

细胞谱系示踪(cell lineage tracing)是指利用各种方式标记细胞,并对包括其后代所有细胞的增殖、分化以及迁移等活动进行追踪观察。自20世纪以来,谱系示踪技术为研究器官发育、组织损伤修复以及单细胞的分化命运提供了重要的手段。近些年,随着基因工程技术的飞速发展,细胞谱系示踪技术也有所突破,尤其是诱导性重组酶Cre/loxp系统的应用,极大地拓宽了细胞谱系示踪技术的应用范围。本文将结合细胞谱系示踪技术在多种研究中的应用,对该技术的原理、特点以及最新进展做一综述。     

以ND4L和ND4基因为标记探讨黑腹果蝇种组的系统发育关系

多年来的形态学、染色体组学以及DNA序列几个方面的研究均没有很好地阐明黑腹果蝇种组内的系统发育关系。本实验测定了33个样品的ND4和31个样品的ND4L基因序列,以D．obscuroides为外群,用最大简约法和Bayesian法分别构建进化树。结果表明两种方法构建的拓扑结构一致,而且大部分支系的支持率较高。整个黑腹果蝇种组分成三大谱系：1）montium种亚组;2）ananssae种亚组;3）Oriental种亚组（melanogaster、ficsphila、eugracilis、elegans、suzukii、takahashii）。montium是最早分化的种亚组。在第三谱系中,melanogaster分化得最早;然后依次是ficsphila,eugracilis,elegans;suzukii与takahashii为姐妹种亚组,最后分化。     

果蝇细胞培养方法

动物的早期胚胎,组织或细胞通过组织培养技术可在一定的培养基上继续分化,发育和分裂,这是现代生物学的一项基本技术,是细胞生物学、遗传学、免疫学、病毒学、肿瘤学以及生物工程等许多学科的重要研究手段。由于果蝇具有取材便利,生活史短、细胞培养可以不用Co_2培养箱,加之在细胞原代培养过程中能够观察到多种细胞的分化状况等诸多优点,是细胞培养实验的极好材料。同时,由于果蝇的一个细胞系基本上是一个细胞株,给有关的科学研究带来极大的便利和好处,六十年代以来,国外不少实验室就开始了果蝇细胞培养工作     

果蝇原生殖细胞特化的分子机制

原生殖细胞在许多有性生殖动物的胚胎发育早期就已特化出来,并进一步分化为生殖细胞以产生新的子代。动物原生殖细胞的特化主要有生殖质决定和诱导两种模式,果蝇原生殖细胞的特化模式属于前者。研究表明,果蝇原生殖细胞特化过程中生殖质组装的关键基因是osk,其调控下游基因转录产物的定位和翻译,如vas和tud。此外,基因转录沉默是原生殖细胞特化过程的一个重要特征,其与生殖质中的成分如基因nos、gcl、pgc的表达产物密切相关。现对果蝇原生殖细胞特化分子机制进行综述。     

敲低piwi基因对黑腹果蝇血细胞增殖及分化的影响

【目的】探究敲低piwi基因对黑腹果蝇Drosophila melanogaster血细胞增殖及分化的影响。【方法】利用黑腹果蝇e33C-Gal4和Hml-Gal4-UAS-2×EGFP品系分别与野生型w¹¹¹⁸和UAS-piwi RNAi品系杂交,实现在黑腹果蝇游离血细胞或淋巴腺中降低piwi基因的表达;采用免疫荧光染色方法检测Piwi蛋白在血细胞中的定位及其对黑腹果蝇血细胞增殖与分化的影响。【结果】Piwi蛋白在黑腹果蝇游离血细胞及整个淋巴腺中都表达,且主要定位在细胞质;敲低piwi基因导致游离血细胞数量明显增加,处于有丝分裂M期的细胞数量增加,但未影响游离血细胞中浆细胞及薄层细胞的分化;敲低piwi基因对淋巴腺血细胞增殖无影响,但导致浆细胞过度分化及薄层细胞的产生。【结论】piwi基因在果蝇游离血细胞中的缺失可引起血细胞过度增殖,而在淋巴腺中敲低可引起血细胞的异常分化。     

果蝇卵巢滤泡细胞谱系发育中的功能性microRNA筛查

在果蝇发育过程中,micro RNA(mi RNA)作为负调控因子起着重要的作用。该文旨在研究micro RNA在果蝇卵巢滤泡细胞谱系中的功能,该细胞谱系因易于体内遗传操作而成为研究细胞命运决定与细胞迁移机制的良好模型。为了确认此过程中的功能性mi RNA,作者利用UAS/GAL4二元表达系统对31个果蝇mi RNA进行了表型筛选。结果表明,若干mi RNA可以在卵子发生过程中引起多种严重表型。过表达与敲减mi R-7均能阻断边界细胞迁移。mi R-1、mi R-124和mi R-263b则在茎细胞诱导、边界细胞迁移或卵壳图式中发挥功能。结果表明,该文所用基于UAS/GAL4的方法可用于确认mi RNA的功能。     

Osa在果蝇卵巢生殖干细胞分化中的功能研究

果蝇卵巢生殖干细胞(Germline stem cell,GSC)是在活体(in vivo)研究干细胞命运调控的理想平台。表观遗传机制在果蝇卵巢GSC命运调控中发挥重要作用,其机理的探明需要研究并发现更多参与此过程的表观调控因子。为探究果蝇染色质重塑复合物BAP中特有的亚基Osa在果蝇卵巢GSC分化调控中的功能及其分子机理,利用GAL4/UAS二元表达系统结合RNAi技术在干细胞微环境组分护卫细胞(Escort cells,ECs)中特异性下调osa的表达,并通过免疫荧光染色法对相关指标进行检测。结果显示,敲减ECs中osa可致卵巢组织卵原区中未分化生殖细胞数目(Undifferentiated germ cells,UGCs)显著增多,同时BMP信号通路激活标志p Mad、Dad-lacZ阳性细胞数目显著增多,并观察到EC细胞形态异常,不能有效包裹生殖系细胞。推论Osa以BMP信号通路依赖方式参与果蝇卵巢GSC的分化调控,其作用机理还可能涉及EC细胞特定的形态学过程。     

同源异型盒(homeo box)和哺乳动物发育

哺乳动物发育中更为发人深思的问题就是一个胚胎细胞怎样遵循一条特定的分化途径。了解这一个过程的一个主要障碍在于无法识别有关基因和控制分化的基因产物。这和果蝇[黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)]的情况相反,果蝇的系统遗传分析已经可以鉴别控制发育的许多关键遗传座位(例Lewis,Nature 276,565—570,1978)。     

鸡胚原肠胚期原条细胞命运决定于其所处的局部微环境

在果蝇、斑马鱼、鸡等三胚层动物胚胎早期发育的原肠胚期,原条两侧的上胚层细胞进入原条经历上皮-间充质转化(EMT),迁移进入囊胚腔,形成松散的中胚层细胞,位于原条不同部位的细胞其迁移路线和分化命运不同,如前部原条细胞贡献于体节和心脏等,而后部原条细胞则迁移至胚外形成血岛。为了研究细胞的迁移途径及分化命运是否会随着细胞所处不同部位微环境的改变而改变,利用传统的移植技术,将宿主鸡胚原条前部的一部分细胞用GFP阳性的相同时期鸡胚原条组织替换,培养一段时间后,用荧光体视显微镜追踪GFP阳性细胞的迁移途径。结果发现,从供体原条后部移植到宿主原条前部的细胞遵循原条前部细胞迁移的路线,反之亦然;原位杂交结果显示移植后的GFP阳性细胞分化为所处部位的细胞类型。上述结果表明:鸡胚原肠胚期原条细胞迁移和分化的命运决定于细胞所处的微环境或者说局部基因表达的时空性。     

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。     

催生诺贝尔奖的昆虫——果蝇

果蝇是双翅目果蝇科果蝇属昆虫,用作模式生物的一般是常见的黑腹果蝇。果蝇在遗传与进化、胚胎发育、细胞生理等方面研究中是极为优良的模式动物。阐述了果蝇的特点和作为生物学研究材料的优势,以及由果蝇研究而产生的成果及实际意义。果蝇遗传物质结构相对简单,有大量的性状变异;摩尔根获得了诺贝尔奖,与那只"例外"的白眼果蝇和染色体不分离的"例外"现象息息相关。如今,在遗传学模式生物中,果蝇几乎成为研究遗传规律和遗传现象的头号选手。果蝇作为材料的研究几乎始终引领着生命科学,特别是遗传学和发育生物学的发展。     

多细胞生物干细胞不对称分裂的内在调节机制研究进展

多细胞生物的发育是从一个受精卵分化成多种类型细胞的过程。细胞多样性形成的基础是不等分裂,不等分裂是干细胞自我更新和自我维持的关键。干细胞不等分裂有细胞内和细胞外两种调节机制。果蝇神经干细胞增殖和分化、植物胚胎发育、表皮气孔形成及根内皮层的分化,是研究不等细胞分裂调节机制最多的发育背景。本综述介绍了果蝇神经干细胞和植物胚胎发育早期、表皮气孔发生及根皮层内皮层中细胞不等分裂内在调节机制的研究进展。     

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。     

不同气候适应类型果蝇体色黑化可塑性的适应性变化(英文)

变温昆虫果蝇Drosophila深受热选择（即遗传效应）或表型诱导效应（即可塑性）的影响。表型可塑性是不同生物进行适应的有效方法, 但是它在不同的果蝇种中较少受到关注。 我们分析了不同发育温度范围和地理分布的果蝇的黑化反应模式。嗜凤梨果蝇D. ananassae 和蒲桃果蝇D. jambulina 对低温敏感, 这些物种可在18~32℃下饲育。相反, D. nepalensis 为耐冷且对热敏感的物种, 可在12~25℃下饲育。世界广为分布的黑腹果蝇D. melanogaster的温度范围宽（13~31℃）, 该物种前3个腹节和后3个腹节的黑化反应模式未见明显差异。D. nepalensis的全部6个腹节（第2~7节）均具有高度的可塑性。不过, 黑腹果蝇D. melanogaster只有后3个腹节具有可塑性。相反, 热带物种嗜凤梨果蝇D. ananassae 的所有腹节均不具有可塑性。世界广为分布的黑腹果蝇, 即使来自冷得多的气候环境, 其体色也不加深, 与D. nepalensis中观察到的体色接近。本研究的目的旨在认识引起体色的形态多样性的过程以及果蝇对不同地理区域的适应性。最后, 将体色黑化与物种系统发育谱系的比较表明, 在不同的演化谱系中不断发生遗传多态性或表型可塑性两种不同模式的适应。     

果蝇肠道干细胞研究进展

对果蝇Drosophila melanogaster Meigen肠道干细胞的研究现已触及生物学的很多方面,目前对这类细胞的研究主要集中于干细胞的小生境、信号路径的调控和细胞的分化,本文阐述了果蝇肠道干细胞研究方面的最新进展。果蝇肠道干细胞和脊椎动物肠道干细胞有诸多类似之处,所以弄清果蝇肠道干细胞的机理,可以为复杂的脊椎动物肠道干细胞研究提供了一定的理论基础。     

细胞周期蛋白B基因与果蝇感受器细胞谱系

果蝇感受器由特定谱系的产生所形成⒚本文报导与控制化学感受器细胞谱系特化基因ｐ ｏｘｎ 起相互调控作用的一个基因突变体的分离和鉴定的结果⒚该突变体在基因纯合状态时,其刚毛上的化学和机械感受器的数目和形态出现异常⒚分子和细胞遗传学研究表明 Ｐ 转位子插入到 ｃｙｃ Ｂ 基因的 ５′调控区域内⒚     

黑腹果蝇单胚培养技术的建立

过硬单胚培养十一项特殊的技术,运用此技术可以从果蝇单个原肠胚（同一基因型）中提取细胞进行体外培养,科观察到各种细胞的分化过程,从而能研究导致发生异常或致死突变的机制。通过反复摸索实验,我们在本实验室的条件下,建立了黑腹果蝇（D. melanogaster）单胚培养技术,并对野生型（Canton special, CS.）果蝇的单胚细胞进行体外培养,观察到了各种细胞,如肌肉细胞、神经细胞、脂肪细胞、以及成虫盘等的分化及其发生规律性,为今后研究突变奠定了基础。实验过程中,我们采用了载玻片法和培养皿法。两种方法各有特点及利弊,本文一并进行讨论。Abstract:We can culture the cells of single gastrula (the gene type of cells is same) in vitro,we now have cstablished the technique of single embryo culture in Drosophila.We have seen the differentiated state of myocytes, neurocytes,hemocyte cells,epithelical cells and imagical disk by this technique.     

果蝇神经干细胞研究进展

中枢神经系统由数量庞大、类型多样的神经细胞和神经胶质细胞组成,它调节生物体各种生理活动以及学习、记忆和思维等认知功能。神经细胞和神经胶质细胞由神经干细胞产生,所以对神经干细胞的研究有十分重要的意义。果蝇作为一种经典模式生物,长期被用于神经干细胞增殖、分化、凋亡等方面的研究。本文阐述了果蝇神经干细胞的最新研究进展,包括神经干细胞的类型和起源,参与神经干细胞不对称分裂的关键蛋白质,神经干细胞的静息、激活和最终的分化或凋亡,以及神经元多样性产生的机制,希望对神经生物学的基础研究有所帮助。