1. 首頁 > 生活百科 > >

研究解析昆蟲變形過程

生命

這是生命的一個特殊時刻：一個孩子發現了一條胖胖的毛毛蟲，將它放到有一些樹枝和樹葉的小罐中，某一天他發現毛毛蟲消失了 ， 樹枝上掛著一條美麗的 ， 無生命跡象的東西 。此后 ， 孩子將小罐遺忘至腦后，直到他驚奇地發現罐子里面有一只纖細翅膀的蝴蝶或長著觸角的蛾 。這些轉變是如此的驚人，孩子對此充滿了敬畏 。
 
究竟一只昆蟲是如何在它的生命中經歷數次自我重塑，完全形成一種不同的生物的呢？來自華盛頓大學的Ian Duncan和 Dianne Duncan領導的一個研究小組利用果蠅解開了部分的答案 。這一研究發現在線發表在最新的美國《國家科學院院刊》（PNAS）上 。
 
令人費解的問題
 
果蠅一生需經歷三個主要生命階段：幼蟲、蛹和成蟲 。
 
早期的研究表明幼蟲和成蟲圖式形成是通過相同的“信號系統”，或是生物化學信號鏈 。然而科學家們不清楚的是相同的信號系統是如何以一種模式主導幼蟲形成，而以另一種模式主導成蟲形成的 。
 
Duncans夫婦與合作者、麻省大學醫學院Eric Baehrecke及研究生Xiaochun (Joanna) Mou證實一種僅在蛹期表達的基因改變了信號系統，使得它們能夠激活另外一套不同于早期階段的靶基因 。這一基因自身受到類固醇激素的調控 。由激素引發的昆蟲變態與人類激素引發的青春期發育非常相似 。
 
巨大的改變
 
2011年，劍橋大學的科學家Michael Akam和Anastasios Pavlopoulos,在PNAS上發表論文描述了當他們人為地在果蠅變態的不同階段啟動一種調控基因時發生的事件 。在利用基因芯片檢測基因活性產物后，他們發現在變態的每個階段 ， 該調控基因精細地增高或是降低了數百種下游基因的表達 。但是在不同的變態階段，開啟的是不同的下游基因 。
 
Ian Duncan 說：“他們發現了870種靶基因 。在這些基因中 ， 大約有200種在幼蟲期被誘導，超過400種在前蛹期誘導，350種在蛹期誘導 。事實是 ， 每個階段調控的基因都幾乎完全不同 。因此他們意識到從一個階段進入到下一個階段規則發生了全面變化 ?！?BR> 
Dianne Duncan 說：“這就像兩個正在比賽的足球隊 。半場結束時，裁判出示了一套新規則 ?，F在相同的運動員、相同的場地、相同的目標，但是球隊比的不再是足球而是曲棍球 。規則不同，游戲就隨之改變了 ?！?BR> 
雙重開關
 
在這篇文章中，Duncans夫婦將焦點放在了在蛹期由類固醇脈沖開啟的E93基因上 。Ian Duncan 說：“在蛹期E93基因開啟時是所有圖式形成和新結構產生的必要條件 ， 然而在形成幼蟲過程中它卻不發揮任何作用 ?！?BR> 
為了詳細了解E93在果蠅中的作用 ， Duncans選擇了一種簡單且易于理解的圖式過程：激活一種稱為Distal-less的基因，其功能是形成果蠅腿部剛毛附近的bracts 。靶基因通過充分研究的信號通路——EGFR信號通路激活 。Ian Duncan 說：“EGFR信號在果蠅各個階段均發揮作用，不同的時期具有不同的功能 ?！?BR> 
為了證實在EGFR信號開啟靶基因之前E93就必須被激活 ， Duncans夫婦觀察了帶有E93突變基因的果蠅 。突變果蠅中沒有這種基因，因此細胞無法對信號通路做出應答，無法形成bracts 。
 
進一步實驗表明E93和EGFR信號軍事啟動靶基因Distal-less的必要條件 。E93告訴Distal-less何時啟動，EGFR信號告訴它何地啟動 。投擲雙重開關確保了靶基因能夠在準確的時間和地點被激活 。因此也表明如果一旦E93 和EGFR雙重信號同時處于激活狀態時，Distal-less就會被啟動，即使處于錯誤的時間 。
 
Duncans夫婦計劃在下一階段研究E93對于果蠅大腦的影響 。Ian Duncan說：“我們現在充分了解到E93能夠強有力地影響果蠅蛹期大腦的重塑 。假設E93在神經系統中發揮與腿中同樣的功能，那么它就能影響基因的應答 ?！?br /> 【研究解析昆蟲變形過程】
生物通 何嬙