器官发育过程中斑马鱼secl3基因之功能研究

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1、器官发育过程中斑马鱼secl3基因之功能研究第一章前言科学的发展大致可以分为三个时期：1)16世纪以前的古代科学时期；2)16-19世纪的近代科学时期；3)20世纪以来的现代科学时期。16世纪以前的科学大都是描述性，经验性以及猜测性的，例如亚里士多德的《动物志》以及中国的阴阳五行说。16-19世纪是以物理学和化学为主导的科学快速发展的阶段，这一时期产生了许多物理学和化学的重大发现，例如能量转化与守恒定律，麦克斯韦电磁理论，原子论以及元素周期表的确立。生命科学的喊起也是从这个时期开始的，主要的发现有细胞理论的建立、遗传定律的发现和进化论的提出。20世纪以来的科学强调系统性，目

2、的性。其结论的获得大都建立在全面而又缜密的实验基础上。这一时期的科学重点逐渐从物理学和化学转向了生命科学。生命的起源乃至多细胞生物的形成一直以来都是一个谜，不过随着生命科学的快速发展这个谜正被一步一步的揭开。现在知道多细胞生物是从一个受精卵发育而来的。但是，关于这个受精卵如何受精，如何发育，有多少基因和信号通路参与这一过程等问题都还没有得到完满的解答。因此，寻求代表性的生物并以此为载体开展个体发育的研究便成为亟待解决的问题。正是在这一需求和背景下，许多代表性的生物，即模式生物应运而生。例如秀丽隐杆线虫，果绳，斑马鱼，爪蟾，鸡胚，小鼠以及植物学研究中常用到的拟南界，水稻和大麦

3、。模式生物由于其进化上的保守性以及实验上的可操作性，巳经逐渐成为科研人员用以回答生命问题和解释生命现象的重要工具。斑马鱼（Daniorerio)原产于印度，盂加拉国，是一种热带淡水鱼类。不同于其他脊推模式生物，例如爪蟾，鸡胚以及小鼠，斑马鱼有其突出的优点：1)世代时间短；2)雌雄成鱼每周都可以交配产卵；3)每对雌雄成鱼交配产卵多，大概100?300粒；4)胚胎体外受精，体外发育；5)整个胚胎早期发育透明可见；6)许多生物化学，遗传学，发育生物学以及分子生物学的实验方法在斑马鱼身上极其容易实现；7)斑马鱼基因组测序也已基本完成。最早以斑马鱼为对象的研究可以追溯到上世纪30年代

4、。1938年，美国布朗大学的Roosen-Runge在生物学通报（TheBiologicalBulletin)上第一次发文详细报道了斑马鱼的早期卵裂过程(Roosen-Rungeetal.,1938)。之后在1957年，罗格斯大学的Hisaoka用巴比妥酸（barbituricacid)和二乙基巴比妥酸(diethylbarbituricacid)处理斑马鱼胚胎从而阐明了化学因素对斑马鱼胚胎发育的影响(Hisaokaetal.，1957)。真正利用斑马鱼首先做出具有里程碑意义研究工作的是俄勒网大学的GeorgeStreisinger。1981年，GeorgeStreisin

5、ger在Nature发文首次报道了斑马鱼纯合二倍体的产生(Streisingeretal.，1981)。之后，以斑马鱼为模式生物的研究便进入了飞速发展的时期。目前，斑马鱼作为模式生物巳被广泛用于遗传学，发育生物学，分子生物学，神经生物学，肿瘤学，免疫学，药物学以及毒理学的研究。本课题综合利用遗传学，发育生物学，分子生物学和细胞生物学的研究方法，以斑马鱼为模式生物，系统研究了基因在斑马鱼早期胚胎发育中的作用。在本课题开展之前，我们已條选到了斑马鱼基因的突变品系，即突变体，并克隆了突变基因。在此基础上，我们详细而又透彻的阐述了Secl3分别在消化系统和眼睛发育上的作用：我们发现

6、Secl3作为COPII组成部分介导内质网到高尔基体蛋白转运的功能对于斑马鱼消化系统的正常发育至关重要，而Seen作为核孔复合物组成部分调节核质转运和基因表达调控的功能则对斑马鱼眼睛的正常发育必不可少。1.1斑马鱼消化系统形态发生斑马鱼早期胚胎发育是一个连续而又快速的过程,从最初的受精卵一直到最后的幼鱼形成中间大致经历了合子，卵裂，囊胚，原肠胚，分节，咽囊以及孵化这几个重要的发育时期。在这几个发育时期中，原肠胚期的发育是尤其重要的。原肠胚末期，三胚层即：外胚层，中胚层，内胚层形成。外胚层之后发育成表皮，神经系统等；中胚层发育成骨路，体节以及循环系统等；内胚层则发育成呼吸系统

7、和消化系统（肠道，肝脏，胰腺和胆囊）。斑马鱼内胚层形成于原肠胚时期。原肠胚后期的内胚层是1-2层细胞层厚度的薄层，这一薄层漂浮于卵黄上。随着发育的进行，散布于胚胎两侧的胚层细胞逐渐向背部中线处集中从而形成一个含有多层细胞的杆状结构(rod)。之后肠道及其肝脏，胰腺和胆囊等附属器官在各种诱导信号的作用下分别在这一杆状结构的不同部位产生。在斑马鱼胚胎早期发育过程中，受精后24?48小时是一个内胚层形态快速发生变化的阶段。在这一时期内，斑马鱼消化系统的各类器官的形态初步建成。第二章实验材料和方法2.1斑马鱼品系及饲养本研