大学学年论文

果蝇的应用研究

化学与生命科学学院06生物林锋061002421

指导老师：陈朝阳高级实验师

摘要我毕业实验的研究对象是果蝇，主要是侧重研究果蝇在实际生活、科研和药用方面的作用。在这篇综述中我将重点从以下几个方面介绍果蝇的应用研究最新进展以及讨论几种具体应用的类型、影响因素、过程机理和描述方法并在此基础上对果蝇的应用前景进行了展望。最新研究进展：①：果蝇作为模式生物的的成功之处在于它能做比较有效的遗传学分析，在果蝇中利用遗传筛选获得和某些生物现象相关的基因是一种很有效的方法；果蝇自从摩尔根时代开始就一直是一个比较受欢迎的遗传学模式生物。②：微管特异性分子伴侣E)基因突变后临床上导致两种常染色体隐性遗传病，人类HRD综合征（Hypoparathyroidism, growth and mental Retardation, and characteristic Dysmorphism, HRD）和Kenny-Caffey 综合征（Kenny-Caffey syndrome, KCS）。来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的张永清研究员的研究组对TECE对果蝇微管结构与功能调节进行了深入研究；③：“Indy”使果蝇长寿

关键词：遗传筛选；毒性作用；果蝇；微管特异性分子伴侣：“Indy”基因

果蝇被科学家们称为上帝的礼物，它是遗传学上的重要的实验材料同时也是重要的实验模型。果蝇与人类在身体发育、神经退化、肿瘤形成等的调控机制，都有非常多相通处，许多人类的基因在果蝇身上也有，甚至功能可以互通。因此，科学家们希望能够通过对果蝇的研究揭开人类生命得奥秘，更好地生活！

从二十世纪七十年代开始，果蝇越来越受到科学家们的关注和青睐，到了今天，

人们很难说出哪个生物学领域不曾感受过果蝇影响。生物学家们在很多领域都在应用果蝇进行生命科学的探索和研究，果蝇已经成为并将继续作为生命科学各个领域中应用最广泛的研究材料之一。我们不能想象，如果没有果蝇，生命科学特别是遗传学会是怎样一个现状又将怎样发展，因此，我们可以毫不迟疑的称果蝇是生命科学的功臣！果蝇在生命科学领域的研究价值主要存在于两个方面：一方面是果蝇本身作为被研究对象供人们研究；另一方面是果蝇作为一种实验材料被应用于生命科学研究的各个领域，特别在遗传学研究上，白眼果蝇的研究具有里程碑似的非凡意义。这里，我们仅对果蝇及对其最新研究成果做一简要介绍，未尽之处请您参考文后列出的参考文献，由此带来的一切不便在这里一并致歉！1：果蝇的遗传筛选（测序）

1、1：一些在经典的遗传筛选中不能得到的信号通路中的一些基因可以在dominant enhance or supressor screen中筛到。基本原理是：在一个弱化了的信号通路（由于某已知基因

的突变）的背景上引入一个新的该通路上的突变会有显性的抑制或者是争强的效应。（

比较著名的例子是研究果蝇sleveless基因下游的信号通路的screen,在一个week allele

的背景下做筛选）

这种筛选的优点在于：一，是f1 screen更加的方便快速，二是，致死的基因可以被筛到

，因为被弱化的背景只是在眼中，相同的信号通路在果蝇的其他地方没有因为week 的se venless而被弱化，sevenless眼特异性），三是由于是f1screen,不需要平衡染色体，所

以整个基因组可以一次筛选完成。

1、2：基因的多效性使得在一般的遗传筛选中，一个致死基因的突变在发育的后期或者其他过:程中的作用没有办法研究。做mosaic是一个很好的办法，可以在一个杂和的背景下作纯合的细胞克隆，从而可以观察这些纯合突变细胞的表型，以此来推测基因功能。做mos aic的原理是利用有丝分裂重组的方法。FLP-FRT系统是最常用的。FLP重组酶在接到同源染色体相同位点插入的FRT位点间的重组特别的有效。通过在heat inducible promotor

启动子控制下表达FLP重组酶，可以实现规避胚胎发育的各个阶段，而在器官原基中做mo mosaic的另一个重要的应用在于做germline clone.前面提到过，在经典的遗传筛选中，

信号通路的一些因子在发育早期由于母体在卵中的有残留的蛋白足以维持胚胎阶段的发育，所以不能被筛选出来。而在筛选有母性的突变时，由于所用的雌性必须是该突变的

纯合体，因此一些致死的基因，由于不出在纯合的雌性母体，所以不能进行筛选。如果

能够利用mosaic的方法挑选出特定基因型的卵细胞，就可以规避这个问题了。

DFS 技术就是这样的一种方法。利用雌性doinant不育的突变（ovo-d)和要筛选突变构成

反式杂和体，诱导近着丝粒端有丝分裂重组，由于带有ovo-d的细胞克隆不能形成卵细胞，所以产生的卵细胞都是在突变的细胞发育过来的

2：TECE对果蝇微管结构与功能调节

微管特异性分子伴侣E)基因突变后临床上导致两种常染色体隐性遗传病，人类HRD综合征。来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的张永清研究员的研究组对TECE对果蝇微管结构与功能调节进行了深入研究。

2、1：HRD综合征的临床表现主要是智力低下、生长迟缓和面部畸形。Kenny-Caffey 综合征除了上述症状外还有骨质硬化和反复性感染等特征。TBCE编码一个参与α-tubulin折叠的伴侣蛋白。根据对患者的体外培养细胞研究显示，其细胞微管网络出现明显异常，表现为微管组织中心的微管密度下降。

为了进一步研究HRD及Kenny-Caffey综合症的致病机理及TBCE蛋白的功能，研究组建立了相应的果蝇同源基因暂命名为CG7861（其编码蛋白为dTBCE）的研究模型。而且还构建了研究所需的主要工具，即针对dTBCE的单克隆抗体，和用于组织特异性过高表达的UAS-CG7861以及组织特异性敲减的UAS-CG7861RNAi的转基因果蝇。他们运用这些工具对该基因的功能进行了初步分析。

2.2：在果蝇幼虫的肌肉细胞中，微管呈现为一种由直线状微管组成的松散而有序的网络结构。当在肌肉中特异性诱导RNAi的表达而降低dTBCE蛋白的表达后，果蝇肌肉细胞中的微管网络受到破坏。微管由原来的网络结构变为弯曲、短粗，且不交联成网络。同时，在野生型果蝇肌肉所表现的在细胞核周围微管密集的现象也明显受到破坏，表现为细胞核周围微管稀少。另一方面，在肌肉中过高表达dTBCE蛋白对微管所产生的影响与表达RNAi的结果正好相反，表现为微管网络更为致密，形成更多的由数条微管形成的束状结构。同时，在细胞核周围微管密度明显增加。在果蝇行为学表现上，尽管dTBCE过表达与野生型果蝇没有明显差别，但dTBCE蛋白敲减后的果蝇运动能力明显下降，表现为翻身困难。这些表型分析的结果表明，TBCE调控微管蛋白的结构与功能。

2.3：张永清研究员的主要研究方向:利用传统的模式动物果蝇进行神经生物学的基础应用研究。由于果蝇的神经系统在分子和细胞水平上与哺乳动物的非常相似，这一研究将有助于我们对人类大脑功能的认识。

主要研究内容包括：以果蝇为材料，用分子、细胞、遗传、发育和神经生物学为主要实验检测手段研究神经系统的结构和功能；以果蝇为模式动物研究人类重要神经疾病包括智力低下的分子遗传机制，从而为这类疾病的预防和治疗提供理论依据，同时为神经系统的正常发育和功能提供新的见解。