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脊椎动物以及部分无脊椎动物在胚胎发育中都有一个显著的特征:分节(segmentation)。它们能够沿身体前后轴(AP轴)按照顺序形成一定数目的重复性结构--体节(somites)。体节中会分化出肌刀以及生骨节等细胞。我们从鱼类中鉴定了两个在体节发育过程中在体节表达的基因,初步分析他们的功能。
dmrt2b是我们首先在养殖鱼类银鲫中发现鉴定出的一个鱼类特有的重复基因,继而我们通过morpholino敲降策略在斑马鱼中研究该基因的功能及其作用机制。我们发现斑马鱼dmrt2b在体节发育时期表达,在dmrt2b敲降的胚胎中,体节发生出现明显畸形,且dmrt2b敲降胚胎中慢肌(slow musele)发育受到严重影响。进一步研究发现,Hedgehog信号通路成员(ptcl,nkx2.2a等)在dmrt2b敲降的胚胎中表达下调,提示dmrt2b是通过Hedgehog信号通路参与以上体节发育过程。以上影响在dmrt2a敲降的胚胎中没有发现。同时,dmrt2b和dmrt2a敲降的胚胎都表现出躯体左右轴建立上的缺陷:内脏位置失去偏向性以及在身体左侧特异表达的基因在右侧或两侧同时表达等。这些数据表明,鱼类特有的重复基因dmrt2b和dmrt2a虽都参与了躯体左右不对称建立的过程,但dmrt2b通过Hedgehog信号通路参与体节发生过程,而dmrt2a没有涉及Hedgehog信号通路。重复基因dmrt2b参与Hedgehog信号通路的发现为重复基因的功能歧化提供了一个典型实例,因而对进一步探讨重复基因功能歧化和基因新功能产生具有重要的启发意义。
Nexilin是一种新的F-actin结合蛋白,最早在大鼠和人类中发现并鉴定。在本研究中,我们首次分析了斑马鱼Nexilin的分子特征,并且对脊椎动物的Nexilin在进化上的保守性进行了分析。进一步,我们通过整体胚胎原位杂交详细分析了斑马鱼nexilin在整个胚胎发育过程中的表达图式。Nexilin转录本主要出现在体节发育过程中,在体节中的肌肉组织,以及心脏中表达。对斑马鱼nexilin基因敲降结果显示,敲降胚的骨骼肌以及心肌的发育有严重缺陷。进一步通过透射电子显微镜检测发现,Nexilin敲降导致肌节装配的破坏以及肌节排列的紊乱,特别是Z-discs结构的破坏。在Nexilin敲降配中,肌纤维蛋白不能正确组装形成正常的肌节。综上所述,Nexilin的敲降导致对胚胎肌节的装配与排列造成破坏,从而导致骨骼肌以及心肌的发育缺陷。