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果蝇的发育基因

我要评论  2008-11-2 18:46:00   浏览次数:
[导读]:他们的筛选逻辑是简单的。影响胚胎形式和节段数目的基因突变,常会导致胚胎死亡,这就有可能通过对死亡的胚胎的观察,来寻找突变所造成的效应,并推断出正常基因的功能。因为胚胎发育是一个有序的整体过程,其中的每一个环节都前后响应。故此应当找出所有负责胚胎形成的基因,而不是满足于研究一个或两个突变,这就是饱和筛选法,也就是说他们把胚胎发育过程看作一个级联(cascade)的复杂反应。因此要了解这过程,必须预先把有关基因全部找齐。若是没有这样的思路,他们的工作就不可能如此富有成效。正如我们现在所知道的,他们通过饱和突变法所确定的基因,已被证明在胚胎的逐步发育中协调工作,并支持着果蝇的全部发育。然而这却意味着,他们所做的筛选将涉及到数千个突变基因,其中的每一个都会导致果蝇在生命周期的某一个环节死亡,然后
  他们的筛选逻辑是简单的。影响胚胎形式和节段数目的基因突变,常会导致胚胎死亡,这就有可能通过对死亡的胚胎的观察,来寻找突变所造成的效应,并推断出正常基因的功能。因为胚胎发育是一个有序的整体过程,其中的每一个环节都前后响应。故此应当找出所有负责胚胎形成的基因,而不是满足于研究一个或两个突变,这就是饱和筛选法,也就是说他们把胚胎发育过程看作一个级联(cascade)的复杂反应。因此要了解这过程,必须预先把有关基因全部找齐。若是没有这样的思路,他们的工作就不可能如此富有成效。正如我们现在所知道的,他们通过饱和突变法所确定的基因,已被证明在胚胎的逐步发育中协调工作,并支持着果蝇的全部发育。然而这却意味着,他们所做的筛选将涉及到数千个突变基因,其中的每一个都会导致果蝇在生命周期的某一个环节死亡,然后就是搜寻死亡胚胎的卵并寻找分节缺失。为此,他们还设计出一种新的方法,使胚胎变得透明,这样就很容易鉴定它们的发育形式。
  
  从1979年的秋天到1980年的夏天,沃哈德和韦乔斯建立了近2700个自交系,其中有4332个引起胚胎致死的突变,580个引起胚胎表型的突变,在有5000多个涉及到的基因中,有139个起决定性作用。一年中,两人(在实验后期又有一个博士后加入到了他们的研究)相对而坐,日复一日,在显微镜下仔细观察了数千个死亡的果蝇胚胎。他们用的是一种特殊的双式显微镜,使得两人可以同时观察同一个胚胎。因为他们的目标是要找到每一个与发育有关的基因,故涉及的数目极为巨大。重要的是,还要仔细描述异常胚胎的表现型,给出线索,说明发育的哪一步是错误的。正如沃哈德后来所回忆的,“它是极为困难的,但又非常激动人心。它还充满乐趣,因为许多有趣的发现源源不断。”
  
  这种繁琐、枯燥的观察工作,有时也会被富有挑战性的讨论所打断。他们经常争论某种突变胚胎是由哪种新的突变所造就,或一个基因如何具有相关功能。靠近embl的一家农家餐馆也成了他们经常讨论的场所,因为他们经常在这里用餐。他们总共对2万多只突变果蝇进行研究,其中包含了4万个突变性状。在筛选了果蝇近一半的基因之后,从中鉴定出15种不同的影响分节的基因(现已扩展到25个),另外再加上50个左右影响发育程式其它方面的基因,正是它们控制着果蝇胚胎的早期发育。当这些基因突变时,就会引起发育的种种畸变,导致节段数目的减少或是重复,产生有缺陷的节段等。
  
  实验结果使他们相信,胚胎发育源于一个简单的开端。尤为重要的是,结合仔细的观察和天才的推论,他们得出结论,控制体节发育的基因有三类,它们是间隙(gap)基因、成对(pair-rule)基因和节段极性(segment-ploriry)基因,它们负责体节的形成及精细划分。
  
  其中间隙基因先将胚胎沿着头尾纵轴分成若干体节,该基因的突变将会造成整组相邻节段的消失;然后是成对基因将每个体节再一分为二,这些基因的突变会引起每两体节中有一段被损坏,因而这种突变体胚胎的节段数只有正常时的一半。最后,节段极性基因决定每一节段的发育模式,节段性基因的突变不会影响体节的总体数目,但会造成节段原型的构造异常,每一节段上都有部分缺失和镜像重复。
  
  由这三类基因所控制的胚胎早期发育,是一个环环相扣、前后呼应的过程。首先,间隙基因的激活及其表达模式,受母体提供的转录因子所控制,那正是母体效应基因的产物;成对基因所控制的模式,有7条带,每一条都受间隙基因产物的激活;最后,成对基因的转录产物又控制了节段极性基因的激活。这就像是一列多米诺骨牌被推倒时的情景。若以绘画来作比方的话,间隙基因就是先在一张白纸上描出大致轮廓,在此基础上,成对基因负责画出草图,节段极性基因则绘出各种细节。发育就是这样一个从无到有、从粗到细的动态过程。
  
  这一研究成果发表在1980年英国的《自然》杂志上,立刻受到普遍关注。1980年10月30日出版的《自然》杂志的封面就是这三类基因相应的胚胎图谱。
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