脊椎动物附肢发育及进化机制的研究进展

动物形态的多样性造就了丰富多彩的动物世界.脊椎动物附肢形态的发生一直以来是研究物种形态进化发育的典型例子.脊椎动物的附肢在漫长的进化历程中发生了多次重大的改变,这大大提高了脊椎动物的适应性.另外,在由水生鳍向陆生足演化以及四足动物形态各异的四肢发育过程中,涉及很多与发育相关的基因和调控通路.本文结合发育生物学和遗传学的证据,综述了近年来对脊椎动物四肢发育及进化机制的相关研究,强调了基因的时空差异表达及调控是造成生物形态适应性进化的主要驱动力.

双染色法在发育生物学实验教学中的应用

骨骼双染色法是对硬骨和软骨进行双重染色的实验方法,是目前生命科学领域中应用广泛的实验技术之一。为了完善发育生物学实验课程建设,陕西师范大学发育生物学教研室在教学中以双染色法对中国林蛙蝌蚪后肢骨骼进行染色。教学实践结果表明,该实验可行性强,收效良好。实验内容不仅加深了学生对理论知识的理解,而且将其与实际操作相结合,激发了学生的创造性思维,获得了较好的实验教学效果。

美国白蛾Wnt-1基因的基因组编辑

【目的】为了从分子水平上揭示美国白蛾飞行能力的机制,利用基因组编辑技术对翅形成相关基因Wnt-1进行功能研究。【方法】根据美国白蛾的基因组和转录组信息设计引物,克隆得到HcWnt-1基因CDS区全长,利用在线软件分析HcWNT-1蛋白的结构特征;通过RT-PCR确定该基因在其生长发育过程中的时间表达模式,并通过免疫组化方法确定HcWNT-1蛋白的时空表达模式;通过CRISPR/Cas9技术对HcWnt-1基因进行编辑,观察胚胎期突变体表型和基因型特点,利用直接PCR和阳性克隆测序检测HcWnt-1基因突变。【结果】HcWnt-1基因核苷酸序列大小为1 221 bp,编码407个氨基酸,HcWNT-1蛋白含有螺旋-转角-螺旋DNA结合基序和24个保守的半胱氨酸残基,并且高度保守的Motif分散分布于整个序列。转录水平和翻译水平验证表明:美国白蛾HcWnt-1基因在胚胎早期高表达,且其表达水平随着体节分化和附肢发育而呈时序性变化;24 h时,早期胚带形成,转录水平出现第1个表达高峰,HcWNT-1蛋白表达主要集中于原头区;随着胚胎的发育,HcWnt-1基因表达水平逐渐下降,HcWNT-1蛋白表达沿着前后体轴由头部向尾部逐渐延伸;在144 h,转录水平出现第2个表达高峰,HcWNT-1蛋白表达主要集中于附肢。美国白蛾HcWnt-1基因的突变造成了胚胎期99.8%的个体死亡(注射1 000头),突变率为62.5%,PCR测序结果显示2个靶点之间存在片段删除,最大删除片段为423 bp;大部分突变体不能形成胚胎,少数能形成胚胎的个体体节形成异常和附肢发育受阻。【结论】美国白蛾胚胎发育类型符合短胚带和中间胚带型;CRISPR/Cas9基因组编辑技术可以对美国白蛾基因组进行高效编辑,可为林业以及非模式害虫基因功能研究提供理论支持;HcWnt-1基因敲除影响美国白蛾体节分化和附肢形成,说明该基因对于美国白蛾胚胎发育至关重要。此外,HcWnt-1突变造成美国白蛾胚胎期死亡,可作为未来美国白蛾遗传防治的靶标基因。