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一个受精卵如何发育成为一个生物个体,是发育生物学的中心问题;而脊椎动物形态发生的分子机理则是当前发育生物学最重要的问题之一,要全面,深入了解形态发生的分子机理,克隆新的发育基因并全面深入研究其作用规律和机理,以及相关的信号传导网络,是回答这一问题的关键。
胚胎神经系统发育是当今生命科学的热点问题,斑马鱼作为一种脊椎模式生物在神经系统发育研究上具有许多突出的优点。本文通过筛选24小时神经胚cDNA文库,获得一新基因NDF1片段,并克隆到了该基因的全长cDNA,然后进行了生物信息学分析、RT-PCR-southern和原位杂交实验、亚细胞定位实验、正反义表达载体构建及其转基因实验,以及反义RNA抑制实验,从中对新基因NDF1有了一定的初步认识。希望能够了解与斑马鱼神经系统发育相关的一些分子机理。
首先生物信息学分析表明,NDF1蛋白可能包含8个保守的锌指结构,并且与JHBP(昆虫保幼激素蛋白)、TFIIE(转录起始因子)、LIM(分布在Lin-11,Isl-1,Mec-3的锌结合域)、SPF1(推定的在细胞分裂过程中调控G2/M转换的转录抑制子)、SIPI(同源盒转录因子)、SALM(转录抑制子)等重要的发育因子有着结构域的相似性,另外NDF1蛋白还很可能有一个SV40大T抗原型的核定位序列(248-256aa),由此初步推测该蛋白是一个核内的调控因子;而RT-PCR-southern的结果显示NDF1基因有一定的发育阶段特异性,该基因在卵母细胞不表达,在受精卵发育至24小时表达量达到最高,说明其可能在体轴和神经胚分化的关键时期(24小时前后)起某种作用;原位杂交的结果则揭示了NDF1基因的空间表达规律,其在12-24小时高表达在头部以及体轴发生的重要部位,在48h之后则在整个脊索中集中表达;亚细胞定位实验结果显示NDF1蛋白确实是一个核蛋白,此结果与核定位序列预测结果相吻合;反义RNA抑制实验和表达反义NDF1序列基因构件的转基因实验结果提示NDF1基因活性的抑制可以导致斑马鱼胚胎的腹部过度发育,抑制背部组织如体轴、神经管等的发育,主要是从yolkextension开始处出现截短或弯曲,甚至于体轴在较早期即停止发育;而NDF1过表达(overexpression)或错误表达(misexpression)实验的结果是斑马鱼胚胎在NDF1基因高表达部位的发育受到抑制或影响,主要是体轴明显弯曲而且发育不充分(这与其活性抑制导致的畸形不同),甚至整个体轴缺失,背部结构停止发育.因此我们推测NDF1可能是一个神经胚转录因子,它在转录水平上调控体轴和背部组织发育,是一个参与体轴和神经管的延伸和分化的诱导因子,同时也可能是腹部发育的抑制因子。
综上所述,NDF1基因可能是一个在体轴的发育中起着重要作用的调控因子,而且其作用很可能不是单一的。由于该基因是从神经胚cDNA文库中筛出的,并且在神经系统中有集中表达(脑、脊索),因此其可能在神经系统的发育中有着重要的作用,然而这些作用的确定还需要更深入和更精确的工作。