脊椎动物母系效应突变筛选

生物通快讯（费城消息）：经过五年间的数千次斑马鱼的养殖实验，宾夕法尼亚大学医学院（University of Pennsylvania School of Medicine）的细胞和发育生物学副教授Mary C. Mullins博士及其同发现了数十个突变，有助于确定脊椎动物从球形胚胎发育到复杂个体的过程中最早几个步骤。这些发现刊登在6月的Developmental Cell上并作为期刊的封面。这些发现可能会帮助研究人员了解人类不育和生殖问题以及导致某种先天缺陷的原因。

在发育初期，斑马鱼胚胎由球状逐渐展开这个过程的分子调控在某种程度上依赖于一个称为maternally driven processes的过程——这依靠来源于卵子的蛋白质，这些蛋白质在激活胚胎自身的基因组之前对于胚胎的发育是至关重要的。在脊椎动物中，母亲的基因产物指导受精、胚胎的第一个细胞分裂和细胞发育方向的安排（例如头尾）等重要过程。这些基因也能控制形态遗传的运作，即细胞在胚胎三维结构内的迁移过程。

1998年Mullin实验室进行了大规模的母系效应突变的筛选，在这之前没有在脊椎动物模型中进行过这种实验。除了68种母系的突变外，通他们还发现了5个源自父本的突变。Daniel S. Wagner博士和Roland Dosch博士都是Mullins实验室的博士后，他们分别花费了5年时间进行这个精深课题的研究。

“maternal processes在无脊椎动物中得到了深入的研究，但在脊椎动物中还没有相应的研究，”Mulins说。“遗传筛选在确定关键基因和理解相关过程中的作用非常大。”这些突变筛选是对脊椎动物的母体胚胎发育控制的首次分子分析。

这个过程很耗费时间，但值得等。Mullins用一种化学诱变剂对基因进行随机诱变，从而鉴别哪些基因是所研究的特定过程中所必须的基因。这个过程与反向遗传学正好相反，反向遗传学是将感兴趣的基因敲除以确定其功能。研究人员将突变的母本与没有突变的雄性进行配对。“父亲没有提供任何突变基因，因此她的所有后代发生了与母体相同的突变，”Mullins解释说。“是母亲提供了卵子中的一切。”因为从公共数据库中能轻易获得斑马鱼的几乎完全的基因组序列，所以Mullins研究组最终能确定这些基因。

他们的第一篇论文介绍了了胚胎发育的最初阶段的21种母系效应突变，精确地说是胚胎形成头几个小时。这些突变包括一些基本的过程，如胚胎细胞的第一次分裂和细胞最初的头尾安排。

Mullins说，除了能影响胚胎组织基本模式的突变，研究人员还在第二篇论文中叙述了一天大的胚胎的许多完全出乎意料的突变。其中一种是称为Pollywog(蝌蚪)的形态形成突变（morphogenesis mutant）。这个基因与组织编排头部最终的三维结构有关。“我们最终得到扁平头的鱼，”Mullins说。“这种头部展开，不能像正常三维结构的头部一样突起。”研究组猜测这是一种细胞运动能力缺陷。另外一种叫做pug的突变能影响胚胎的躯体分化。Pug突变母体产生的胚胎无胸鳍并且眼睛窄小，还出现中脑和小脑的缺陷。

因为在能检测突变母体前Mullins所用的这种获得突变的过程需要经历三代，因此她不知道这种突变发生的频率或者是否可以繁殖。“这是进行这种筛选的最大的风险，因为你不知道将会得到什么，”Mullins说。

Keith A. Mintzer、Greg Runke和Anthony P. Wiemelt也是这两片论文的作者。这项研究部分得到了National Institutes of Health、March of Dimes Birth Defects基金和美国癌症学会的资助。