过量表达HmgD对果蝇发育的影响

摘要

果蝇是一个重要的模式生物，已经在遗传和发育研究工作中作出了突出的贡献。不仅如此，在对果蝇与人类基因的比较中发现，三分之二引发人类疾病的基因(包括与癌症有关的基因)在果蝇中都存在类似的基因。HmgD基因编码果蝇中高迁移率组分蛋白(highmobilitygroupproteins，HMGs)的同源物，在染色体位置上，该基因位于果蝇第二染色体右臂57F10位点。HMGD蛋白最早是由J.Bassuk等从果蝇胚胎细胞的核中分离得到，是果蝇中最主要的HMG蛋白。在结构上，HMGD含有典型的HMG框结构模式(HMG-boxmotif)，和哺乳动物中HMGB亚家族蛋白最为接近。HMGD蛋白分子量小、但分布丰度较大，参与染色质的组装，被认为是染色质的“构建因子”(architecturalfactor)。HMGD蛋白通过结合DNA并使之发生弯曲，为组装核蛋白复合物提供方便。除此之外，HMGD还是一种母型蛋白，在卵巢和胚胎发育的中囊胚过渡之前丰度最大，对于最初的胚胎发育非常重要。有证据表明，在果蝇发育的中囊胚过渡之前，HMGD可以替代H1参与组装染色质，但HMGD参与形成的染色质结构较为松散，这对于胚胎发育早期的快速卵裂非常有利。但另有实验表明，HMGD和H1并没有相同的结合DNA的特征，而且HMGD不仅在雌性成体和早期胚胎中表达，在胚胎发育的后期以至整个发育时期都有表达。最近有研究结果表明，HmgD及其另外一种高度同源的HMG蛋白基因HmgZ的纯合突变体，可以发育至成体，且只表现出微小的表型缺陷。因此，HMGD可能不仅仅在果蝇早期胚胎发育过程中具有参与染色质的构建的功能，很可能在果蝇整个发育过程中具有其它重要的尚未可知的功能。 本研究采用UAS-Gal4系统，通过功能获得性突变的方法研究了HmgD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发育的影响较弱，而对果蝇后期发育具有很大的影响。过量表达HmgD的胚胎死亡率较对照组高，但差异不显著，且有过量表达HmgD的胚胎仍然能够发育至成体。然而当HmgD在广泛表达的Gal4驱动子(Act-Gal4)的控制下过量表达时，子代出现大量死亡的现象。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，而且其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。 另外过量表达2个拷贝该基因时，死亡的幼虫其发育全部停滞在三龄幼虫末期至预蛹(prepupa)阶段，即过量表达的幼虫不能正常化蛹。采用喂食蜕皮激素的方法，并不能使其正常化蛹，说明过量表达HmgD没有影响到果蝇体内蜕皮激素的合成和释放，而可能是过量表达HmgD影响了蜕皮激素引发的化蛹相关基因的表达。分别提取三龄幼虫末期至蛹前期的各时段幼虫RNA，经RT-PCR检测，结果表明，蜕皮激素受体EcR基因转录并没有发生显著变化，而受EcR调节的早期基因E74和E75以及βftz-f1和参与蛹壳蛋白合成的重要基因EDG84A的转录都发生了较大变化。E75A、E74B基因在野生型三龄幼虫中期和后期都有表达，而在突变体同期幼虫中则没有表达。βftz-f1基因在野生型三龄幼虫中期和后期没有表达，而在突变体同期幼虫中则有表达。这些研究结果显示，过量表达HmgD引起果蝇化蛹过程中，受蜕皮激素及其受体调节的核基因转录发生紊乱，从而导致突变幼虫化蛹失败；进而说明HMGD参与了蜕皮激素引发的化蛹过程，这和脊椎动物中HMGB参与甾醇类激素引发的发育过程相一致。我们的研究不仅可以加深对动物发育调控机制的认识，而且在人类发育异常导致的疾病研究方面都具有重要的理论和实践意义。

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材料和方法

实验结果

讨论

参考文献

附录：硕士期间论文及会议摘要发表情况

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