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第十章 果蝇躯体模式建立的分子基础 GAP基因突变体 2. Pair-rule基因的不同表达横纹由不同的调控区控制 哺乳动物的Hox基因 Engrailed是确定类体节和体节边界的关键基因，它在每个类体节的前部表达，占居一行细胞，从而确定了类体节的前部边界。体节出现后，它在每个体节的后部表达，将一个体节分成前后两个区域，两个区域内的细胞不发生交换，各自有不同的发育命运。 Engrailed的表达受高浓度fushi tarazu和even-skipped的激活 体节边界的维持机制：pair-rule基因的表达时间较短，不足以维持体节极性基因的长期表达，后者必须依赖于另外的机制。 高浓度eve或ftz激活eng基因，不表达eve和ftz的区域表达wingless，其后Eng和Wingless间的互作使二者的表达都得以维持，从而使体节边界得到巩固。 体节内细胞命运的确定 同一体节内不同区域的表皮角质结构有所不同，这可能是由Hedgehog和Wingless的梯度分布控制，或者由它们作用于相邻细胞、逐级传递诱导信号。 Developmental Biology Developmental Biology 一、果蝇胚胎的极性 卵、胚胎、幼虫和成体均具有明确的前-后轴和背-腹轴。 前-后轴： 头节、胸节、腹节，原头和尾节 背-腹轴： 羊浆膜、背部外胚层、腹侧外胚层、中胚层 二、胚胎躯体轴线的建立由母体基因决定 母体基因产物量或活性形成空间分布上的差异，在A－P和D－V轴线的不同区域激活不同的基因，使不同区域的基因活性谱不同而出现分化。 1. A－P轴线由三类母体基因控制：突变鉴定anterior class, posterior class, terminal class. 2. Bicoid基因提供A－P轴线形态素梯度 Bicoid编码一种转录因子。其突变体缺失头胸结构，原头区由尾区取代。 Bicoid mRNA和蛋白质的分布 在未受精卵中，bicoid mRNA定位在胞质前端；其受精后翻译出的蛋白质沿AP轴扩散，形成浓度梯度，为胚胎的后续分化提供位置信息。 Bicoid是控制头胸发育的一个关键母体基因，其不同浓度开启不同合子基因的表达。其它的前区母体基因主要涉及bicoid mRNA在未受精卵中的定位及控制其翻译。 3. Nanos和Caudal蛋白梯度控制后区结构 Nanos决定后部区的发育，它在受精后形成P－A浓度梯度，其作用是与 hunchback mRNA结合，阻止后者在后区的翻译，帮助形成Hunchback蛋白梯度。 nanos Nanos控制hunchback mRNA翻译的机制 A－P轴线形成模式 Hunchback：母体mRNA在卵中均匀分布，受精后前区高浓度的Bicoid蛋白激活合子hunchback基因的表达，从而帮助形成hunchback蛋白浓度梯度。 Caudal: 母体mRNA在卵中均匀分布，受精后bicoid蛋白抑制其在前区的表达，因而Caudal蛋白形成类似于nanos的浓度梯度。 4. 卵膜表面受体的激活决定胚胎AP轴的两个端点 torso突变体缺少原头区和尾区，torso蛋白为酪氨酸激酶类受体。 未受精前，torso已均匀地分布在卵的质膜上。但其配体torsolike定位在两端的卵外膜 (vitelline membrane)上，不能与torso结合。 受精时，torsolike得以释放，torsolike与torso结合, torso活化，启动信号传导。 Torsolike蛋白的存在量很低，受精后其扩散距离有限。其突变体类似torso突变体。 5. 卵膜中的母体蛋白决定胚胎D－V极性 Dorsal蛋白的V－D浓度梯度的形成 三、受精后合子基因的表达 1. Dorsal激活腹部合子基因、抑制背部基因 Dorsal 预置中胚层twist和snail 中胚层特异性基因 预置腹部外胚层rhomboidVentralized embryos: snail和twist基因在所有细胞中都表达，而dpp、 tolloid、zerknullt在所有细胞中都不表达。Dorsalized embryos: 基因表达状态与ventralized embryos中相反。 2. 背部命运决定于Decapentaplegic (dpp) dpp编码信号蛋白，给胚胎大量注射dpp m