果蝇新型碱性磷酸酶相关基因CG6236的敲除及表型分析

碱性磷酸酶广泛存在于人体各器官中,其水平异常与一系列疾病有关,但其在发育中的具体作用机制尚不明确。该文以果蝇为模式生物,研究一个新型碱性磷酸酶样蛋白基因CG6236在发育中的功能。利用P-因子介导的不精确剪切获得CG6236缺失突变体果蝇品系,发现CG6236纯合突变体半致死,存活的幼虫及成蝇腹部出现黑色素瘤样表型。在细胞中表达CG6236融合蛋白,发现其定位于细胞质中。另外,缺失或过表达CG6236均不影响Wingless和Hedgehog信号通路。综上,该研究首次获得CG6236基因缺失突变和转基因果蝇品系,并观察了缺失CG6236果蝇的表型,为进一步阐明基因CG6236的功能及作用机制奠定了基础。     

中华鳖boule基因在生殖细胞中的表达分析

boule基因为DAZ基因家族成员之一,是动物生殖细胞特异表达基因。在哺乳动物中,boule基因的缺失会引起精子生成障碍而导致雄性不育。在无脊椎动物秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)中,boule基因同源物的缺失会引起其卵子发生障碍而导致雌性不育。龟鳖动物是最古老的爬行类,是从无羊膜卵到羊膜卵动物飞跃的过渡物种。相比于哺乳类及一些无脊椎动物,目前关于龟鳖动物生殖细胞发育模式的研究还非常有限。因此,本文以中华鳖(Pelodiscus sinensis)为研究对象,以期揭示boule基因对龟鳖动物生殖细胞发育分化的调控作用。首先,利用特异引物克隆获得中华鳖boule基因的cDNA序列,共1 005 bp,其中,3′端非编码区57 bp,开放阅读框948 bp,共编码315个氨基酸。氨基酸序列多重比对分析显示,中华鳖与绿海龟(Chelonia mydas)同源性最高,达92%,与小鼠(Mus musculus)的同源性达83%,与果蝇(Drosophila melanogaster)的同源性达53%,与青鳉(Oryzias latipes)的同源性达42%。反转录实时定量PCR(RT-qPCR)分析结果显示,中华鳖boulem RNA主要在性腺组织精巢和卵巢中表达,而在其他体细胞组织中几乎检测不到表达。原位杂交结果显示,中华鳖boule m RNA在两性生殖细胞中特异表达,且在不同分化时期的生殖细胞中呈动态表达。在精巢中,boule m RNA在初级精母细胞中表达最强,在精原细胞和次级精母细胞中表达较弱,在精子细胞和精子中难以检测到表达信号;在卵巢中,boule mRNA在初级卵母细胞中表达信号最强且信号在初级卵母细胞胞质中均匀分布,生殖细胞发育进入卵母细胞生长期后,信号开始聚集在核周胞质,随着卵母细胞的成熟,信号逐渐变弱。本研究结果表明,boule基因可能在中华鳖两性生殖细胞的减数分裂过程中均具有重要的调控作用。     

利用 CRISPR/Cas9 系统定向编辑黑腹果蝇Osiris24基因

Osiris基因在几丁质沉积过程中表达,可能参与昆虫表皮的发育。本研究利用CRISPR/Cas9 基因编辑系统对Osiris24基因进行编辑,进而观察Osiris24突变体果蝇的性状并且检测Osiris24的表达特征。在Osiris24第1外显子设计2个sgRNA靶位点,插入到pCFD4敲除载体骨架中,同时构建酵母Gal4蛋白序列的供体(donor)载体,将2个载体同时注射到nos-Cas9胚胎中获得G0代转基因果蝇。结果显示,G0代基因编辑阳性率为92.8%,Osiris24纯合突变体在胚胎或1龄幼虫期致死,杂合突变体未观察到可见表型。将阳性G0代雄虫与UAS-GFP雌虫杂交,检测不同龄期和不同组织GFP信号表达情况。结果发现,Osiris24在不同龄期幼虫中均有表达,幼虫期主要在体壁、气管、前肠和后肠高表达,蛹期主要在体壁和翅上表达,推测其在果蝇发育中发挥重要作用,本研究为深入探究Osiris基因功能提供了研究模型。     

ATMYB123和ATKOR1基因参与拟南芥根发育的调控

从拟南芥T-DNA插入突变体库中筛选到2个根发育相关基因ATMYB123和ATKOR1表达缺失的突变体atmyb123和atkor1,通过杂交构建这两个基因表达缺失的双突变体atmyb123/atkor1,以明确这两个基因在根发育中的作用。结果显示:(1)ATMYB123表达缺失突变体atmyb123植株地上部分发育减缓,种皮颜色变黄,而ATKOR1表达缺失突变体atkor1植株在这两方面与其野生型没有明显差异;两基因缺失均显著影响了拟南芥根的发育,根生长受到了严重抑制。(2)双突变体atmyb123/atkor1在植株形态和种皮颜色方面表现出单突变体AT-MYB123的特点,而其根长却介于两单突变体的中间。(3)进一步研究发现,培养基pH改变、NaCl处理、外源GA施用均没有改变突变体根生长趋势,显示这3种因素与两基因缺失突变引起的根发育抑制无关。研究表明,AT-MYB123和ATKOR1基因参与拟南芥根的发育调控,转录因子ATMYB123可能作为主调控因子参与ATKOR1对拟南芥根发育的调控。     

粗糙脉孢菌转录因子LAH-3参与渗透压调控

【目的】通过构建转录因子lah-3基因缺失突变体,研究lah-3基因缺失突变体菌株的渗透压表型,进而探究lah-3基因在渗透压调控中的作用。【方法】采用同源基因重组敲除技术构建lah-3基因缺失突变体。用4%NaCl和1 mol/L Sorbitol进行渗透压处理。利用Northern blot检测渗透压应答基因的表达。利用Westhern blot检测LAH-3蛋白磷酸化修饰水平,OS-2蛋白的表达水平及其磷酸化修饰水平。【结果】在转录因子lah-3基因缺失突变体中,渗透压应答基因gcy-1、stl-1以及pck-1的表达水平都明显降低,而且在渗透压刺激下,LAH-3蛋白磷酸化修饰水平升高。LAH-3的磷酸化修饰不受OS-2调控。lah-3基因的缺失既不影响OS-2蛋白的表达水平,也不影响其在渗透压刺激后的磷酸化修饰。【结论】粗糙脉孢菌中转录因子LAH-3参与调控渗透压应答基因的转录,但其响应过程不依赖于OS-2 MAPK信号通路。     

果蝇spen蛋白的抗体制备、组织特异性表达及功能分析

Spen家族蛋白参与多种生物学过程,包括神经元细胞的命运、神经元突起延伸的调节、细胞周期调控等,并且是联系Notch信号途径和生长因子受体途径的关键分子。最近的研究表明spen基因在果蝇的眼睛、翅膀和腿组织中参与Wnt信号转导。但该基因在果蝇中的功能还有很多不明确之处。文章采用基因克隆、原核表达及亲和层析等方法制备并纯化了黑腹果蝇spen的C端6×His-spen融合蛋白,以纯化的融合蛋白免疫大鼠获得了抗spen的多克隆抗体。利用制备的抗体进行免疫染色结果显示spen蛋白定位于细胞核内,并且在大脑、脂肪体、血细胞、肠和唾液腺等组织中表达量较高。分析野生型和突变体果蝇血细胞的噬菌作用,发现spen蛋白低表达的突变体吞噬外来异物明显低于野生型,结果表明spen蛋白能够调节血细胞的吞噬功能。     

果蝇心脏发育标记基因Lbe抗体的制备与应用

黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)的心脏发育调控基因与人类的相关基因具有高度同源性.Lbe基因是果蝇心脏发育的重要调控基因.为了深入研究Lbe基因在心脏发育中的调控功能,采用DNA免疫技术制备了抗果蝇Lbe蛋白的多克隆抗体.通过PCR扩增Lbe基因序列,将该序列与真核表达载体pCAGGS-P7同...     

配子母细胞特异因子gtsf1基因在斑马鱼生殖细胞发育中的功能初探

配子母细胞特异因子1(Gtsf1)属UPF0224蛋白家族,含一个保守的CHHC锌指结构域,对生殖细胞的发育至关重要.小鼠(Mus musculus)和果蝇(Drosophila melanogaster)中Gtsf1的缺失分别导致雄性和雌性不育,高不育风险(HIR)隐睾症患者的睾丸中GTSF1的mRNA和蛋白表达均显著下调,但gtsf1在精子发生中的功能机制尚不完全清楚.利用类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)技术,首次在斑马鱼(Danio rerio)中成功制备了gtsf1突变体.观察发现,突变体的生长、表型正常,但gtsf1纯合突变体(gtsf1-/-)成鱼全为雄性.进一步的组织学观察表明,gtsf1-/-成鱼精巢中初级精母细胞数量基本正常,次级精母细胞显著减少,精细管管腔中精子极少或缺失.提示gtsf1在脊椎动物的精子发生过程中有保守的作用.本研究为阐明gtsf1在精子发育中的作用机制奠定了基础.     

svp基因在果蝇副心肌细胞生长中的作用

果蝇心脏位于身体背部,是一个体节性重复的线性管状结构。在hedgehog（hh）基因的信号诱导下,seven-up（svp）基因调控果蝇的心脏发育,在每个体节的两个心肌细胞和两个副心肌细胞中表达。结果表明,在svp纯合突变体中,报告基因lacZ在心肌细胞中的表达图式正常,但在副心肌细胞中的表达图型明显异常,而且部分EPC细胞生长尺寸增加。某些体节的DA1肌肉祖细胞缺失,晚期突变体胚胎体壁肌肉细胞也呈现异常,表明基因svp的活性对果蝇副心肌细胞、DA1肌肉祖细胞和体壁肌肉细胞的分化是必须的,并且可能与EPC副心肌细胞的尺寸生长有关。     

人类Boule基因在减数分裂时期的生物信息学分析

Boule（boll）基因是DAZ基因家族的一个新成员,含有一个RNA结合域和一个DAZ重复域,是人类精子发生减数分裂过程中主要调控因子。为了研究Boule基因结构及其功能,利用生物信,息学方法对Boule蛋白相关结构、相互作用蛋白及其功能进行分析和预测。结果表明,Boule蛋白存在明显的亲水区、疏水区和卷曲螺旋;不存在信号肽、跨膜结构;主要分布在细胞质、细胞核、线粒体中;二级结构以α-螺旋、延伸链、无规则卷曲所组成,并含有非正规二级结构区;作用蛋白主要为CDC25A蛋白．功能域主要包含RRM保守域。Boule蛋白在精子发生过程中第一次减数分裂的生殖细胞中特异性表达,而在减数分裂完全阻滞的睾丸组织中不表达。因此,Boule蛋白功能可能与雄性生殖细胞减数分裂相关基因表达有关。     

果蝇组蛋白去乙酰化酶HDAC1和HDAC3选择性调控形态发生素靶基因转录

在真核细胞中,组蛋白的乙酰化状态对于基因转录的正常进行具有重要的调控作用。组蛋白的乙酰化修饰由组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferases,HATs)执行,这种修饰是动态的、可逆的,负责去乙酰化修饰的酶是组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs),推测HDACs可能通过影响组蛋白的乙酰化状态在基因的转录过程中发挥调控作用。该文以组蛋白去乙酰化酶HDAC1和HDAC3为对象,研究了它们在果蝇翅膀发育过程中对Wg(Wingless)、Hh(Hedgehog)以及Dpp(Decapentaplegic)信号通路下游靶基因转录的调控作用。结果发现,HDAC1功能缺失可导致Dpp下游靶基因Omb(optomotor-blind)和Hh下游靶基因Ptc(patched)的表达上调。Real-time quantitative PCR(RT-q PCR)结果显示,在HDAC1基因敲除的果蝇中,Ptc、Ci(cubitus interruptus)以及Omb的转录水平增加。HDAC3缺失导致Sal(spalt)的表达上调。RT-q PCR结果证实了HDAC3基因敲除果蝇的Sal转录增加,同时发现Vg(vestigial)的转录下降。而过表达HDAC1或HDAC3对下游靶基因的表达则没有影响。综上所述,该研究表明,HDAC1和HDAC3可以选择性地调控形态发生素下游靶基因的转录。     

敲除核糖体蛋白L8对果蝇发育的阻滞与细胞凋亡紧密相关

核糖体蛋白L8是核糖体60 S大亚基的一个组分, 参与蛋白质合成. 尽管L8蛋白参与果蝇的正常发育过程, 但对其作用机理仍不清楚. 为了探讨其相关分子机制, 通过RNAi技术消除L8蛋白, 同时从体内和体外探测其对果蝇发育的影响. 结果发现, L8RNAi能导致胚胎或一期幼虫致死、幼虫发育迟缓、眼睛和翅膀形态严重缺陷, 并且显著减少S2培养细胞的数目, 表明L8对果蝇的发育起至关重要的作用. 用吖啶橙对果蝇翅膀disc染色表明, L8消除后能引起明显的细胞凋亡发生. 对一些细胞凋亡(p53, hid, reaper, Dark, Dcp-1)和细胞周期(cdc45, MCM3, cyclin B, incenp)调节因子的RT-PCR分析很好地支持了L8缺失造成的表型, 而它们表达水平的变化和其在诱导细胞凋亡和细胞周期阻滞中的作用一致. 上述结果表明, L8的消除能严重损伤果蝇发育, 此过程与细胞分化阻滞和细胞凋亡紧密相关, 其间p53可能发挥了关键的作用.     

E3泛素连接酶基因CG4911敲除和功能的初步研究

蛋白质的泛素化是一种重要的翻译后修饰过程,参与调控细胞周期、基因转录、信号转导、炎症反应和干细胞的维持等过程。泛素连接酶E3（ubiqutin ligase）是泛素化过程中关键酶。但许多E3基因在发育中的功能和作用机制还不明确。该研究以黑腹果蝇为模式动物,研究泛素连接酶家族一个重要基因CG4911的功能及分子机制。获得CG4911基因敲除果蝇,CG4911敲除果蝇纯合子可活。原位杂交结果显示,CG4911在胚胎发育早期表达。通过构建CG4911-pUAST-3HA重组子转染Hela细胞,确定CG4911定位于细胞质中,其表达并无修饰作用,并且过表达基因CG4911可导致背板发育缺陷。该研究首次获得了CG4911基因敲除果蝇和CG4911转基因果蝇,并初步探索了F-box基因CG4911的功能,为进一步阐明泛素连接酶的功能及分子机制提供了科学依据。     

水稻种子发育期间特异锌指蛋白基因的筛选与分析

.锌指蛋白基因是植物基因组中最大最复杂的基因家族之一.大部分的锌指模体存在于转录因子中,它们在转录水平上参与植物生长发育及植物对生物和非生物胁迫的反应.为了解锌指蛋白基因在水稻种子发育中的作用,本研究通过多种数据库搜索获得了878个水稻锌指蛋白基因.从中选取311个利用RT-PCR技术分析它们在水稻成熟期根、茎、叶、花及不同发育阶段种子中的表达特征.结果发现,共有196个基因能在至少1个水稻器官中表达,其中10个为种子特异性表达基因.进一步分析发现,10个特异表达基因在水稻种子不同发育阶段中的表达具有种子阶段表达特异性.同时分析它们的基因及蛋白结构特点,结果显示它们的结构较简单,其中3个蛋白含有线粒体靶肽,5个蛋白含有CCCH锌指结构域.另外,分析种子特异性表达基因上游调控区的顺式作用元件,结果表明它们都含有TATA-box、CAAT-box和种子特异调控元件,除此之外还发现了光、激素和胁迫反应相关调控元件.这些结果为进一步研究它们在种子发育过程中的生物学功能提供了有用的线索.     

离子通道蛋白在果蝇大脑神经上皮干细胞发育中的功能研究

离子通道蛋白作为神经系统的重要组成部分,在早期神经细胞发育中的作用却没有被研究过。基于神经发育在果蝇与小鼠间的保守性,果蝇幼虫大脑视觉中心可作为很好的模型来筛选参与神经干细胞行为调节的基因。文章通过体内RNA干扰和失活突变体来研究重要的钙离子通道和钾离子通道蛋白对神经干细胞的调节作用。结果表明,这些蛋白表达水平降低和shaker蛋白完全失活均对果蝇幼虫大脑神经干细胞的发育无影响。     

拟南芥ASL25/LBD28基因过量表达对叶片形态建成的影响

为研究ASL25/LBD28基因在植物发育过程中的作用,该研究构建了拟南芥ASL25/LBD28的过量表达载体并将其转入野生型拟南芥中,结果发现,ASL25/LBD28基因的过量表达可导致转基因拟南芥的叶片变得狭长;在叶极性发育突变体as2中,ASL25/LBD28基因过量表达导致部分转基因植株在形成1～3片畸形叶后顶端分生组织的发育会终止;而许多转基因植株则会形成许多"针状"叶.扫描电镜观察表明,不正常的叶片近轴面或"针状"叶的表皮细胞具有远轴面化的长条形细胞,说明在as2突变体中过量表达ASL25/LBD28基因影响叶片的极性发育.     

Purα蛋白质不同结构域对APP基因表达的调控作用

该研究将构建的含淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)基因启动子的萤火虫荧光素酶报告质粒与Purα全长基因或含不同结构域的Purα缺失突变体共转染到U87MG细胞中,进行萤火虫荧光素酶活性测定,以确定Purα对APP基因表达的调控作用。同时,将Purα全长基因及含有不同结构域的Purα缺失突变体的真核表达载体分别转染至U87MG细胞,使目的蛋白过表达,通过实时定量PCR(Real-time PCR)和蛋白免疫印迹(Western blot)研究Purα不同的结构域对APP基因在转录、翻译水平的调控作用。结果显示,Purα全长蛋白及其不同结构域对APP基因表达均有不同程度的抑制作用,但至少保持N-端或C-端的结构域可能是维持Purα蛋白功能的必要条件。     

pygo基因对心脏功能的调控及其研究进展

Wg/Wnt信号参与调控多种组织的发育,尤其在心脏发育和心脏衰老过程中发挥重要的作用。pygo作为Wnt信号途径的一个新成员,可能依赖于Wnt信号调控心脏发育,而最新发现pygo敲低品系引起的成体心脏功能缺陷与Wnt信号缺失在心脏中的表型具有显著性差异,表明pygo调控成体心脏功能不依赖于经典Wnt信号,可能存在新的调控机制。主要对pygo基因在调控心脏发育和心脏衰老中的功能以及在果蝇和哺乳动物中pygo基因调控心脏功能分子机制的研究进展进行了综述。虽然pygo不依赖经典Wnt信号在成体心脏中发挥作用,但显性负抑制TCF突变体引起严重的成体心脏生理功能缺陷,与pygo表型一致,暗示着pygo可能依赖与TCF类似因子相互作用发挥功能。其次,pygo能跨越TCF或Lgs直接与Wnt信号靶基因相互作用。此外,Pygo蛋白能与Lgs相互作用形成Pygo-BCL9/Lgs-H3K4me复合物调节Wnt信号靶基因,且甲基转移酶HMT核心组件WDR5与Pygo蛋白的相互作用能促进PHD结构域与H3K4的结合,表明pygo调节成体心脏功能与表观遗传学修饰也具有一定的相关性。     

黑腹果蝇dCAF-1-p55突变引起果蝇发育迟缓和染色体不稳定性

在真核生物中高度保守的染色质装配因子1(chromatin assembly factor 1,CAF-1)是染色质装配过程中的组蛋白分子伴侣之一.dCAF-1-p55是果蝇中CAF-1复合物中的最小亚基,它与另外两个亚基dCAF-1-p180及dCAF-1-p105一起负责将组蛋白H3/H4组装到新合成的DNA上.除了CAF-1复合物,dCAF-1-p55还参与其他多个复合物的形成,如NURF、PRC2及Sin3-HDAC1.dCAF-1-p55的这一广泛参与性提示了其功能的多样性和重要性.为了研究dCAF-1-p55的体内功能,我们利用基因靶向敲除技术制备了果蝇dCAF-1-p55突变体.实验结果表明,dCAF-1-p55的缺失导致果蝇发育迟缓并且最终致死.进一步研究发现,在dCAF-1-p55突变细胞中,中期染色体较为松散,姐妹染色单体连接异常,后期染色体不能正常分离.这些缺陷都是与癌症发生密切相关的染色体不稳定性(chromosome instability,CIN)的典型特征.综上所述,我们的研究表明了dCAF-1-p55在果蝇发育过程及维持染色体稳定性方面的重要作用,同时提示该基因具有保护细胞免遭CIN和癌变的潜在功能.     

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。