斑馬魚早期胚胎背腹發(fā)育中ripply1的作用論文
胚軸（ embryonic axes） 形成是多細(xì)胞生物軀體模式（ body plan） 建立的一個(gè)重要過程，主要包括前- 后軸 （ anterior-posterior axis ） 、背 - 腹軸 （ dorsal-ventral axis） 和左 - 右軸（ left-right axis） .對(duì)兩棲動(dòng)物胚胎的研究發(fā)現(xiàn)背 - 腹軸早在受精后即可觀察到，如爪蛙胚胎皮層轉(zhuǎn)動(dòng)形成的灰色新月區(qū)在后期發(fā)育成背部。德國發(fā)育生物學(xué)家 Hans Spemann 和他的學(xué)生 Hilde Mangold 將原腸早期蠑螈胚胎的背部組織移植到另一種蠑螈胚胎的腹部，得到了形成雙體軸的胚胎，次級(jí)體軸的脊索來自于供體胚胎，而神經(jīng)管和體節(jié)多數(shù)來自于受體，這說明該背部組織能誘導(dǎo)周圍受體胚胎的細(xì)胞形成神經(jīng)管，首次提出了胚胎誘導(dǎo)的概念并稱該背部組織為組織者（ or-ganizer） .
ripply 家族蛋白在 2005 年被發(fā)現(xiàn)并揭示了其部分功能[1],研究發(fā)現(xiàn) ripply1 和 ripply2 特異表達(dá)于體節(jié)，其中 Ripply1 蛋白與轉(zhuǎn)錄輔抑制因子 Groucho 結(jié)合，能夠終止分節(jié)基因的表達(dá)，維持體節(jié)的前后極性。之后對(duì) ripply1 的研究都集中在其在體節(jié)時(shí)期對(duì)體節(jié)發(fā)生的作用，而其在早期胚胎模式發(fā)生的作用卻研究甚少。但最近在爪蛙中的研究發(fā)現(xiàn) ripply家族蛋白能通過其 WRPW 區(qū)域結(jié)合多梳蛋白（ Polycomb group proteins） 起轉(zhuǎn)錄去抑制的作用，并且在背 - 腹軸形成過程中起重要作用[2].然而，rip-ply 家族基因在胚胎發(fā)育早期的.表達(dá)圖式和調(diào)節(jié)方式還不清楚。并且，ripply3 是人的唐氏綜合征關(guān)鍵區(qū)域基因 6（ Down syndrome critical region gene 6,dscr6） 的同源基因[3].因此，研究 ripply 家族基因的功能和作用機(jī)制能為人類遺傳疾病的致病機(jī)理提供信息。我們通過原位雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn) ripply1 在斑馬魚早期胚胎中特異表達(dá)在背部，因此推測(cè)其可能參與背腹發(fā)生。故而通過過 表 達(dá) ripply1,并 調(diào) 取1. 2 kb的啟動(dòng)子片段，初步研究其在胚胎早期背腹發(fā)生的作用。
1 材料和方法
1. 1 材料
AB 品系的斑馬魚養(yǎng)殖在 28. 5℃ 的循環(huán)水系統(tǒng)中，如早期工作所描述[4].
1. 2 方法
1. 2. 1 獲取 ripply1 cDNA取斑馬魚胚盾（ shield） 時(shí)期的胚胎 50 枚，用 Tr-izol 方法提取胚胎總 RNA,使用 Transgene 公司TransScript First-Strand cDNA Synthesis SuperMix 試劑盒反轉(zhuǎn)錄，詳細(xì)步驟參見使用說明書。
1. 2. 2 斑馬魚 ripply1 整胚原位雜交調(diào)取 ripply1 全長 cDNA,引物序列如下 ripply1-F: 5 '-CAGCGCCAAACAAAACG-3 ',ripply1-R: 5 '-TCAAATTCGCACAGACGG-3',使用 Taq 酶擴(kuò)增后將其連入 pGEM-T 載體中。根據(jù)測(cè)序方向合成地高辛標(biāo)記的反義 RNA 作為探針使用。其他探針如goosecoid （ gsc） 、chordin （ chd） 、floating head （ flh） 、even-skipped-like 1 （ eve1） 、T-box6 （ tbx6） 、wnt8a 詳見作者以前的工作[5].合成的 ripply1 反義 RNA 用原位雜交液 hyb+（ 50%甲酰胺，5 × SSC,0. 1% Tween-20,0. 5 mg/mL酵母 RNA,0. 05 mg/mL 肝素） 稀釋至 1 ng/μL.收集不同時(shí)期的斑馬魚胚胎，固定于 4% 多聚甲醛中過夜。過渡到含 0. 1% Tween-20 的 PBST 中，并在PBST 中將胚胎膜剝?nèi)ィ?PBST 洗過后在原位雜交液 hyb-（ 50% 甲酰胺，5 × SSC,0. 1% Tween-20） 中65℃ 孵育 10 min,之后在 hyb+中 65℃孵育 4 h.探針 60℃ 孵育過夜。第 2 天吸出探針以重復(fù)使用。
胚胎用洗液 I（ 50% 甲酰胺，2 × SSC,0. 1% Tween-20） 洗 30 min（ 60℃ ） ,重復(fù) 1 次； 用洗液 II （ 5% 甲酰胺，0. 2 × SSC,0. 1%Tween-20） 洗15 min（ 60℃） ,重復(fù) 1 次； 用洗液 III （ 0. 5% 甲酰胺，0. 02 × SSC,0. 1% Tween-20） 洗 30 min（ 60℃ ） ,重復(fù) 1 次。然后用 MABT 在室溫下洗3 次，用封閉液封閉4 h.偶聯(lián)堿性磷酸酶的地高辛抗體 1∶ 2500 稀釋于封閉液中，4℃ 孵育過夜。第 3 天吸出抗體以重復(fù)使用，用MABT 在室溫下洗 30 min,重復(fù) 1 次； 用 PBST 在室溫下洗 30 min,重復(fù) 1 次； 在平衡緩沖液（ 0. 1 mol/LNaCl,0. 1 mol / L Tris-HCl pH 9. 5,0. 05 mol / L MgCl2,0. 1% Tween-20） 中平衡 10 min,加顯色液（ 5 mL 平衡緩沖液中加100 μL 60 mg/mL 左旋咪唑，100 μLNBT / BCIP） ,室溫避光，待信號(hào)足夠強(qiáng)加多聚甲醛終止反應(yīng)，在70%酒精中脫去浮色，拍照觀察。
1. 2. 3 顯微注射 ripply1 mRNA顯微注射方法詳見早期工作[5].ripply1 mRNA注射劑量為每個(gè)胚胎 200 pg.
1. 2. 4 ripply1 啟動(dòng)子序列及轉(zhuǎn)基因魚的獲得從基因組中調(diào)取 ripply1 基因組上游約 1. 2 kb的片段，引物如下： promoter-F: 5'-ATTCTCGAGG-GATCCAAAACAGCTTAT-3',promoter-R: 5 '-ATTA-GATCTGAATGAATGAAGGCGCGT-3'.并且在上下游引物中分別引入 Xho I 和 Bgl II 酶切位點(diǎn)，雙酶后切連入 pT2A200R150G 載體。
單獨(dú)注射該質(zhì)粒觀察胚胎是否有熒光。有熒光后將該質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座酶 mRNA 共注射，劑量均為 50pg,待該批注射的斑馬魚 F0 代性成熟后外交，篩選后代胚胎有特異熒光的 F1 代。
2 結(jié)果
2. 1 整胚原位雜交揭示 ripply1 在斑馬魚早期胚胎發(fā)育過程中的表達(dá)模式為了明確 ripply1 是否參與早期背 - 腹軸的形成，我們首先利用整胚原位雜交檢測(cè)該基因的時(shí)空表達(dá)圖式。結(jié)果顯示 ripply1 母源表達(dá)，但表達(dá)水平低。在原腸作用早期即胚環(huán)期表達(dá)增強(qiáng)且集中在預(yù)定背部的胚盾位置，在胚盾期 ripply1 在背部的表達(dá)繼續(xù)增強(qiáng)，并且向側(cè)部延伸。在原腸期，隨著細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，ripply1 主要表達(dá)在前脊索板中胚層和后部將要形成的體節(jié)中，但在脊索中胚層中沒有表達(dá)（ 圖 1） .這個(gè)表達(dá)圖式暗示 ripply1 基因可能在背- 腹軸和前 - 后軸形成過程中起調(diào)節(jié)作用。
2. 2 高表達(dá) ripply1 導(dǎo)致胚胎背部化
我們下一步對(duì) ripply1 在背 - 腹軸形成中的作用進(jìn)行了功能檢測(cè)。在胚胎 1 細(xì)胞期通過注射 rip-ply1 mRNA 進(jìn)行高表達(dá)，收集胚盾時(shí)期的胚胎進(jìn)行原位雜交。分別檢測(cè)背部標(biāo)記基因 gsc、chd、flh 和腹部標(biāo)記基因 eve1、tbx6、wnt8a 的表達(dá)。我們發(fā)現(xiàn)幾乎所有 ripply1 注射的胚胎背部標(biāo)記基因 gsc、chd、flh 表達(dá)不但在背部增強(qiáng)并且明顯向腹側(cè)擴(kuò)增。
相反，腹部標(biāo)記基因 eve1、tbx6、wnt8a 表達(dá)明顯減弱（ 圖 2） .這個(gè)結(jié)果說明高表達(dá) Ripply1 改變了背腹細(xì)胞的命運(yùn)，使背部區(qū)域擴(kuò)大。顯示 ripply1 能調(diào)節(jié)斑馬魚背部的發(fā)育。在 10 hpf（ 胚芽期） 時(shí)觀察胚胎的表型，發(fā)現(xiàn)原本呈球形的胚胎前后伸長，呈現(xiàn)明顯的橢球形，這是典型的背部化表型（ 圖 3A,B） .24 hpf 后觀察胚胎，大多數(shù)胚胎（ 82/99） 表現(xiàn)出背部化，其中 36 枚胚胎頭部增大，尾部缺失（ 圖 3C,D） ,而 46 枚胚胎頭部明顯增大，體軸變短，尾部變短，無腹部尾鰭（ 圖 3E） ,一小部分胚胎（ 6/99） 甚至呈現(xiàn)雙體軸（ 結(jié)果未顯示） .這些表型進(jìn)一步說明 ripply1 通過抑制胚胎后部發(fā)育來促進(jìn)前部的發(fā)育。
2. 3 ripply1 啟動(dòng)子及轉(zhuǎn)基因斑馬魚
為了研究 ripply1 時(shí)空表達(dá)的調(diào)節(jié)機(jī)制，我們開展了對(duì)其啟動(dòng)子的研究。獲得 ripply1 轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游 1. 2kb 的片段后，將其后加 EGFP,然后克隆到 pT2A200R150G 轉(zhuǎn)基因載體上（ 圖4A,B） .質(zhì)粒注射后發(fā)現(xiàn)在胚盾期在胚盾處有特異的熒光表達(dá)（ 圖 4C,D） ,體節(jié)期在體節(jié)處有特異的表達(dá)（ 結(jié)果未顯示） ,說明該 1. 2 kb 的片段能夠調(diào)控 ripply1 在斑馬魚胚胎中時(shí)空特異的表達(dá)。與轉(zhuǎn)座酶共注獲得轉(zhuǎn)基因魚 ripply1: EGFP 的 F0 代，發(fā)現(xiàn)其子代在 1細(xì)胞期即有熒光，直到胚盾期仍是泛表達(dá)（ 圖 5A-C‘） ,可能是由于 EGFP 比較穩(wěn)定，而母源的 ripply1比較容易降解。在體節(jié)期該熒光則特異定位在軀干（ 圖 5D,D’） .在 24 hpf,EGFP 信號(hào)主要集中在體節(jié)中（ 圖 5E） ,而在成魚中，EGFP 信號(hào)主要集中在整個(gè)軀干部分（ 圖 5F-G‘） .
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