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关于文昌鱼发育机制的研究 张红卫 (山东大学生命科学院，济南250100) 文昌鱼是一种头索动物，在进化上正好位予无脊椎动物和脊椎动物之间，是现存与脊椎动 物祖先最接近的动物。其主要的形体结构特征、发育模式和基因组都可代表脊椎动物最简单 的模式。文昌鱼是研究脊椎动物起源、进化和动物胚胎发育机制的经典模式动物，也是研究脊 椎动物发育遗传程序进化的理想模式动物。文昌鱼与脊椎动物存在一些共同的结构特征，同 时文昌鱼的结构又比脊椎动物简单得多。文昌鱼的基因组也相应较小，仅为人类基因组的 17％，由5．8x105碱基对组成，大约只有20，000个基因。近年来对多种基因家族进化的研 究进一步表明，文昌鱼刚好位于脊椎动物基因组广泛倍增发生之前，高等动物和人具有的多 基因家族在文昌鱼里常常仅有一个或少数原始基因。更为重要的是调控文昌鱼躯体模式形成 的遗传程序与脊椎动物极为相似。因此，揭示文昌鱼发育的遗传程序，可为阐明和理解脊椎 动物和人类胚胎发育的机制提供宝贵的资料。 近年来，国际上对文昌鱼的研究逐渐升温，美国、英国、法国、日本、德国等有多个实 验室，在进行文昌鱼发育机制的研究，进展也很快，研究报道较多。美国San Diego加州大 学Scripps海洋所Holland实验室，突酸了长期以来进行文昌鱼大分子导入研究的技术难关， 成功地建立了文昌鱼的显微注射方法，开创了在文昌鱼中研究基因功能和基因调控的研究领 域。我国中科院上海生化研究所FengYM实验室报道了文昌鱼胰岛素．1ike蛋自结构特征的研 究成果。这些都标志着在基因和蛋白水平上，广泛、深入地开展对文昌鱼发育机制研究的新 时期已经开始。研究模式动物文昌鱼的发育机制，并利用文昌鱼研究脊椎动物和人类发育遗 传程序的起源与分子进化，已成为当代发育生物学研究的前沿和热点领域之一。 本室在国家自然科学基金的连续支持下进行文昌鱼发育机制的研究。也取得了一些原创 性的成果。我们成功地构建了青岛文昌鱼神经胚eDNA文库和两个差减文库，与北京华大基 因中心合作进行了eDNA文库大规模测序，获得5000余条有效序列。我们利用发育基因在 进化上的保守性，首次克隆了青岛文昌鱼中发育相关重要信号分子hedgehog，首次克隆和筛选 了一些文昌鱼的脊椎动物发育相关同源基因如：GABAA 发育相关新基因如Sfyl，Som等；研究了这些基因和演绎蛋自结构的主要特征、同源性、在 青岛文昌中的基因拷贝数、系统进化：利用原位杂交和Northernblot技术，对上述基因在文 晶鱼胚胎发育以及成体中的时空表达图式进行了系统的研究，探讨这些基因在文昌鱼胚胎发 育中的作用。我们还进行了文吕鱼brp—like基因与斑马鱼同源基因表达图式的比较研究， 以及LiCI处理对早期胚胎发育的影响等研究。 我们发现大多数发育相关基因在进化上比较保守。但是，文昌鱼的相关基因与脊椎动物 的同源性相对较高，它们歧化于脊椎动物出现之前，常为单拷贝基因原型。多数文吕鱼发育 相关基因与其脊椎动物的同源基因的表达区域有相似性，但是也有些基因在进化中发生了改 变，如文昌鱼brp—like基因与文吕鱼中枢神经系统的形成无关，而其同源基因在斑马 鱼和其它脊椎动物中均与中枢神经系统的形成密切相关。这些研究成果为阐明文昌鱼 发育的分子机制和理解脊椎动物和人类发育遗传程序的起源与分子进化提供了新资料。 6