【摘要】：生物體進(jìn)行正常的生命活動(dòng)需要多種發(fā)育過程參與其中,包括細(xì)胞存活,細(xì)胞生長,細(xì)胞形貌發(fā)生以及構(gòu)型的構(gòu)造等。其中,Hedgehog(Hh)和Decapentaplegic(Dpp)信號通路參與其中大部分發(fā)育過程。但Hh信號通路在細(xì)胞存活中的作用以及Dpp信號通路在變態(tài)發(fā)育中的作用沒有深入研究報(bào)道。本文以果蠅翅芽為研究對象,對Hh和Dpp在細(xì)胞存活和變態(tài)發(fā)育中的作用機(jī)理開展了深入研究,主要結(jié)果如下:1.發(fā)現(xiàn)了果蠅幼蟲翅芽中心區(qū)域細(xì)胞的存活需要Hedgehog(Hh)信號活力。通過遺傳學(xué)工具在Hh的轉(zhuǎn)錄水平,運(yùn)輸水平,信號傳導(dǎo)水平上分別抑制Hh信號活力后,均在翅芽中心區(qū)域引起大量的細(xì)胞凋亡。這些細(xì)胞凋亡的產(chǎn)生與Hh的下游靶標(biāo)即細(xì)胞存活因子Dpp無關(guān),表達(dá)Dpp也不能拯救Hh缺失所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。Jun N-terminal Kinase(JNK)信號通路的激活通常會(huì)誘導(dǎo)翅芽細(xì)胞的凋亡,Hh缺失所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡也與JNK信號通路的激活無關(guān),不能通過抑制JNK信號通路被挽救。抑制Hh信號通路可以導(dǎo)致細(xì)胞凋亡通路中的凋亡基因前體hid的激活和細(xì)胞存活因子Diap1的抑制。表達(dá)diap1可以拯救Hh信號活力降低所引起的幼蟲翅芽中心區(qū)域的細(xì)胞凋亡和成蟲翅縮小的現(xiàn)象。2.發(fā)現(xiàn)了 Tbx6家族成員Dorsocross(Doc)是Dpp信號通路的靶標(biāo)基因,在變態(tài)發(fā)育過程中,Dpp-Doc信號促進(jìn)果蠅翅芽背板區(qū)域愈合為成蟲背板。Doc在果蠅翅芽背板區(qū)的前沿細(xì)胞有特異性表達(dá)。抑制Dpp的受體Thickvein(Tkv)或表達(dá)信號通路的抑制者Daughter against Dpp(Dad),均抑制Doc在翅芽背板區(qū)的表達(dá)。這些結(jié)果說明了 Doc的表達(dá)需要Dpp信號活力。在果蠅翅芽的背板區(qū)抑制Dpp-Doc信號活力,導(dǎo)致成蟲背板愈合缺陷現(xiàn)象。在背板愈合過程中,DE-cadherin(DE-Cad),Disc large(Dlg),Tubulin 等細(xì)胞骨架蛋白參與其中,受到 Dpp-Doc 信號通路的調(diào)控。這些骨架蛋白的表達(dá)模式和表達(dá)量的動(dòng)態(tài)變化是背板愈合的順利進(jìn)行的保障。當(dāng)抑制Dpp-Doc信號通路時(shí),通過表達(dá)DE-Cad,背板愈合的缺陷可以被拯救。Dpp-Doc信號通路與JNK信號通路分別獨(dú)立參與背板愈合過程,二者處于平行關(guān)系。3.發(fā)現(xiàn)了 Doc基因的過表達(dá)能夠促進(jìn)果蠅翅上皮細(xì)胞向周圍神經(jīng)細(xì)胞的命運(yùn)轉(zhuǎn)決。當(dāng)在果蠅翅芽細(xì)胞中異位表達(dá)Doc基因,可以誘導(dǎo)周圍神經(jīng)細(xì)胞原基因的表達(dá)。這種命運(yùn)轉(zhuǎn)決與Notch-Wingless(Wg)信號通路不相關(guān),是通過抑制Groucho(Gro)和激活A(yù)chaete/Scute Complex(AS-C)起作用的。T-box家族的其他成員,如Tbx2也可以引起明顯的細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)決的表型。與Doc引起命運(yùn)轉(zhuǎn)決所不同的是,Tbx2通過異位激活Wg信號激活下游靶標(biāo)Ac導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的命運(yùn),而對Gro沒有抑制作用。以上試驗(yàn)證明,T-box家族成員在介導(dǎo)上皮細(xì)胞向周圍神經(jīng)細(xì)胞的命運(yùn)轉(zhuǎn)決中存在共性及各自的特性。4.初步分析了 Doc的下游基因。對果蠅翅芽全盤過表Doc基因以及抑制Doc基因進(jìn)行了表達(dá)譜分析。對于過表達(dá)Doc基因的翅芽,表達(dá)譜分析得到有效上調(diào)基因1118個(gè),下調(diào)基因84個(gè)。對于全盤抑制Doc基因的翅芽,表達(dá)譜分析得到有效上調(diào)基因22個(gè),下調(diào)基因51個(gè)。對這些基因進(jìn)行后續(xù)的功能研究將有利于分析Doc在翅發(fā)育中相關(guān)作用。以上試驗(yàn)對相關(guān)基因以及信號通路進(jìn)行細(xì)致研究,揭示了昆蟲翅發(fā)育的新機(jī)理,對農(nóng)業(yè)昆蟲的翅發(fā)育提供了理論基礎(chǔ),為遺傳學(xué)控制昆蟲遷飛提供了候選靶標(biāo)基因。
[Abstract]:The normal life activities of organisms require a variety of developmental processes, including cell survival, cell growth, cell morphology and configuration. Among them, Hedgehog (Hh) and Decapentaplegic (Dpp) signaling pathways are involved in most of the developmental processes. However, the role of Hh signaling pathways in cell survival and Dpp signaling are also involved. In this paper, the mechanisms of Hh and Dpp in cell survival and metamorphosis were studied in Drosophila wing buds. The main results were as follows: 1. It was found that the survival of cells in the central region of the wing buds of Drosophila larvae required the activity of Hedgehog (Hh) signal. After inhibiting the activity of Hh signal at the transcriptional, transport and signal transduction levels, a large number of apoptotic cells were induced in the central region of the wing bud. Inhibition of the Hh signaling pathway can lead to the activation of the apoptotic gene precursor hid and the inhibition of cell survival factor Diap1 in the apoptotic pathway. Dpp-Doc signal promotes the healing of dorsal plate of fin bud of Drosophila melanogaster to dorsal plate of adult during metamorphosis. The expression of Doc in dorsal plate of wing bud was inhibited by Thickvein (Tkv), the receptor of Dpp, or Daughter against Dpp (Dad), the inhibitor of Dpp signaling pathway. These results indicate that the expression of Doc requires Dpp signaling activity. De-cadherin (DE-Cad), Disc large (Dlg), Tubulin and other cytoskeletal proteins participate in the process of dorsal healing and are regulated by the Dpp-Doc signaling pathway. The dynamic changes of the expression patterns and quantities of these cytoskeletal proteins are the guarantee for the smooth progress of dorsal healing. Dpp-Doc signaling pathway and JNK signaling pathway participated in the process of dorsal healing independently, and they were in parallel. 3. It was found that the overexpression of Doc gene could promote the fate of Drosophila wing epithelial cells to peripheral nerve cells. The OC gene, which can induce the expression of progenitor genes in peripheral nerve cells, is not related to Notch-Wingless (Wg) signaling pathway, but by inhibiting Groucho (Gro) and activating Achaete/Scute Complex (AS-C). The difference is that Tbx2 activates downstream target Ac by ectopic activation of Wg signal, which leads to the fate of nerve cells, but has no inhibitory effect on Gro. These results show that members of the T-box family have similarities and respective characteristics in mediating the fate of epithelial cells to peripheral nerve cells. 4. Preliminary analysis of downstream genes of Doc. Over-expressed Doc gene and down-regulated Doc gene were analyzed in the whole winged bud of flies. 1118 genes were up-regulated and 84 genes were down-regulated in the over-expressed winged bud of flies. 22 genes were up-regulated and 51 genes were down-regulated in the whole-suppressed winged bud of flies. Further functional studies will be helpful to analyze the role of Doc in wing development. Detailed studies on related genes and signaling pathways revealed new mechanisms of insect wing development, provided theoretical basis for wing development of agricultural insects, and provided candidate target genes for genetic control of insect migration.
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q963

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本文編號：2189508