Cell重點(diǎn)文章：挑戰(zhàn)傳統(tǒng)遺傳理論

日期：2012-04-28 08:30:43

來(lái)自美國(guó)紐約大學(xué)的研究人員發(fā)表了題為“A System of Repressor Gradients Spatially Organizes the Boundaries of Bicoid-Dependent Target Genes”的文章，發(fā)現(xiàn)了胚胎不同區(qū)域，蛋白表達(dá)調(diào)控的新機(jī)制，也揭示了機(jī)體如何計(jì)劃組織生理特性的機(jī)理，這一成果提出對(duì)已存在幾十年理論的質(zhì)疑，相關(guān)成果公布在Cell雜志上。

這一理論就是形態(tài)發(fā)生理論（morphogen theory），這一理論認(rèn)為調(diào)控性狀的蛋白是呈梯度排列的，不同數(shù)量的蛋白激活基因能形成各式各樣的自然特征。形態(tài)發(fā)生理論首創(chuàng)于二十世紀(jì)50年代，由著名的數(shù)學(xué)家和邏輯學(xué)家Alan Turing等人創(chuàng)造，60年代Lewis Wolpert又從中進(jìn)行了精煉。這一理論曾用于解釋為什么老虎有條紋。

但是一些生物學(xué)家對(duì)此提出的質(zhì)疑，認(rèn)為生理特性與形態(tài)發(fā)生梯度（morphogen gradient）的蛋白絕對(duì)濃度之間，不一定存在必然關(guān)聯(lián)。如果存在某一關(guān)鍵的蛋白數(shù)量，那么給定的自然特征，比如形成額頭上皮膚的細(xì)胞就會(huì)形成。如果少于這一關(guān)鍵數(shù)量，那么就會(huì)形成一個(gè)不同的結(jié)構(gòu)，比如出現(xiàn)的是形成眉毛上的皮膚細(xì)胞。這兩種結(jié)構(gòu)之間會(huì)形成界線。

這些不同的觀點(diǎn)認(rèn)為，自然特性并不一定是蛋白特殊數(shù)量決定的，而是由多重梯度之間更復(fù)雜的相互作用而形成的。

紐約大學(xué)的研究人員分析了果蠅，進(jìn)一步解析了上述觀點(diǎn)，果蠅是一種重要的模式動(dòng)物，由易于進(jìn)行精確的遺傳操控，因此可以用于遺傳發(fā)育研究。研究人員聚焦于一種蛋白：Bicoid (Bcd)，這種蛋白在將形成成熟果蠅頭部的胚胎尾部中以最高量梯度表達(dá)。

文章的通訊作者，紐約大學(xué)生物系主任Stephen Small領(lǐng)導(dǎo)研究小組檢測(cè)了大量Bcd蛋白直接激活的靶基因，每個(gè)靶基因都能在胚胎某個(gè)區(qū)域中進(jìn)行表達(dá)，對(duì)應(yīng)于某個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)。

他們分析了這些靶基因的DNA序列，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了三個(gè)另外的蛋白：Runt, Capicua和Kruppel的結(jié)合位點(diǎn)，這三種蛋白都能抑制因子，也都是在胚胎中部以最高表達(dá)量梯度表達(dá)，因此正好對(duì)應(yīng)于Bcd活性梯度的相關(guān)方向。

研究人員通過(guò)操控這些蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，修改其空間分，結(jié)果證明了這些抑制成分可以對(duì)抗依賴于Bcd的活性，而且在構(gòu)建正常胚胎過(guò)程中的正確邊界順序具有關(guān)鍵性的作用。

這些研究提出了對(duì)于形態(tài)發(fā)生理論的質(zhì)疑，研究人員解釋道，他們的發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有否定之前的觀點(diǎn)，而是認(rèn)為這一理論需要更進(jìn)一步的修改。