模式生物-果蝇.ppt

果蝇（Drosophila melanogaster） 果蝇的基本特点 果蝇相关的研究成果 果蝇的遗传操作工具 果蝇在人类疾病机制研究中的应用 果蝇的基本特点 果蝇相关的研究成果 果蝇的遗传操作工具 果蝇在人类疾病机制研究中的应用 主要优点： 个体小，饲养成本低； 生命周期短，繁殖能力强； 遗传操作手段成熟，突变体资源丰富； 有比较复杂的行为能力 基因组测序已经完成（2000年）。 染色体小：3对常染色体，1对性染色体 基因组大小约为120Mb 约13,600 基因 75%的人类已知致病基因中在果蝇中有同源序列 应用： 癌症 神经退行性疾病 免疫 衰老 行为学 黑腹果蝇生活史 雌 雄 果蝇的雌雄分别 sex combs 处女蝇（virgin female） X/Y, 2A 雌蝇 X/X, 2A 雄蝇 X/0, 2A 不育的雄蝇 X/X/Y, 2A 可育雌蝇 果蝇的性别决定 X染色体与常染色体的比例 =1，雌蝇 =0.5 雄蝇 Y染色体不是果蝇雌雄的决定因素，它只与育性有关。 黑腹果蝇染色体 多线染色体（polytene chromosome）：果蝇唾液腺中一种缆状的巨大染色体，由 核内有丝分裂产生的多股染色单体平行排列而成。 104 染色体重排 vInversion （倒位） vTranslocation（易位） vCompound chromosome （复合染色体） ab ba vDuplications （重复） vDeficiencies （缺失） 平衡系染色体（balancer） 1、多个位点的大段倒 位，使之不能和正常染 色体发生重组。 2、带有隐形致死突变 ，不能纯合。 3、带有显性表型标记 ，易于辨别。 果蝇的系统命名法 f; cn bw; TM2/tra C(1)RM,y2/Y; In(2LR)O, Cy/Sco; ciD/eyD 果蝇基因的命名 sevenless 受体 bride of sevenless（boss）配体 son of sevenless（sos） 信号分子 染色体交换 雄蝇中不会发生！ 黑腹果蝇不同性状 / 果蝇资源 果蝇突变体库 / 果蝇的基本特点 果蝇相关的研究成果 果蝇的遗传操作工具 果蝇在人类疾病机制研究中的应用 被称为“遗传学之父”。 用果蝇证实了孟德尔定律，发 现了果蝇白眼突变的性连锁遗 传，提出了基因在染色体上直 线排列以及连锁交换定律。 1933年诺贝尔生理学或医学奖 。Thomas Morgan 托马斯-摩尔根 摩尔根的学生，被誉为 “果蝇的突变大师”。 发现X线照射可引起基因 突变，为人工诱导突变 开辟了重要途径。 1946年诺贝尔生理学或 医学奖。 Hermann J. Muller 赫尔曼-缪勒 埃德华刘易斯 克里斯蒂纳福尔哈德 埃里克威斯乔斯 以果蝇为实验材料，筛选了上百个控制胚胎早期发育 的基因，揭开了胚胎如何由一个细胞发育成完美的特化器 官的遗传秘密。获得了1995年诺贝尔生理学或医学奖。 vBX：双胸突变果蝇 基因的功能与身体发育有关 v同源异型转变（homeotic transformation）：将身体一部分 构造变为另一相似构造的转变。造 成这类转变的基因就称为同源异型 基因（homeotic gene），主要为 转录因子。 琳达巴克 理查德阿克塞尔 阿克塞尔和巴克以果蝇为研究材料，从分子 层面到细胞组织层面清楚地阐明了嗅觉系统的作 用机理，因而获得2004年诺贝尔生理学或医学奖 。 果蝇的基本特点 果蝇相关的研究成果 果蝇的遗传操作工具 果蝇在人类疾病机制研究中的应用 果蝇遗传学方法 正向遗传学 反向遗传学 自发突变 化学试剂诱变 射线诱变 转座子介导的突变 转座子剪切 转基因 RNAi 基因打靶 Phenotype Mutant Gene white1118 X chromosome EMS Phenotype Mutant Gene white X chromosome * * (EMS, 甲基磺酸乙脂) (MMS, 甲磺酸甲酯 ), (ENU, 乙烷基亚硝基脲) (TEM,三乙基三聚氰胺) ( ICR-170, 吖啶诱变剂) (DEB, 二环氧丁烷)(Formaldehyde, 甲醛) 化学诱变剂 EMS 在果蝇基因组中平均每400kb可诱导一个点突变， 这一点突变80%是G/C到A/T的转换。 X射线 诱导突变 诱导有丝分裂交换 引起体细胞辐射损伤 转座子：可移动的遗传因子 1983年诺贝尔生理学及医学奖 Barbara McClintock 1902-1992 Corn (maize) varieties 转座子诱导的突变 反向遗传学 转座子剪切 转基因 RNAi 基因打靶 正向遗传学 具有随机性，常常不能得到实验需要的突变体。 转座子剪切 转化 P-element介导的转基因 带有P-element及标记基因的质粒+del2-3质粒（提供转座子酶） 显微注射 受精卵的准备 Syncitial blastoderm Germ cells phiC31介导的定点转基因 fC31 Co-injection of attB-construct DNA with fC31 mRNA into attP embryos 10-50% integration rate transgenic insertion attP attB attRattL RNAi 基因打靶 目标基因的断裂可增加同源重组发生的概率 果蝇基因打靶杂交流程 FokI nuclease domain (Fn) FokI nuclease domain (Fn) ZFN TALEN CRISPR/Cas9 基因打靶与定点整合的结合 Genomic Engineering SIRT (site-specific integrase-mediated repeated targeting) IMAGO (integrase-mediated approach for gene knock-out) 果蝇中常用的基因调控元件 Flp/FRT Cre/loxP UAS/Gal4(Gal80) Flp/FRT Flpwhite FRTFRT X Flp/FRT介导的突变体克隆 Cre/loxP UAS/Gal4(Gal80) 利用UAS/Gal4系统易 位表达eyeless基因 果蝇中基因改造与调控元件的结合应用 RNAi+Gal4/UAS GAL4 driver + UAS eyeless RNAi GAL4 driver + UAS-fmiRNAi Flp/FRT+UAS/Gal4(Gal80) 镶嵌型分析的重要性 检测基因组织特异性功能 决定基因功能所在 细胞家系分析 对致死突变基因尤其重要，可以避开发育重要阶段 从而研究其后期功能。 将使突变细胞与正常细胞相邻，更好的相互比较。 果蝇的基本特点 果蝇相关的研究成果 果蝇的遗传操作工具 果蝇在人类疾病机制研究中的应用 癌症 神经退行性疾病 免疫 衰老 行为学 75%的人类已知致病基因中在果蝇中有同源序列 癌症 RTK-RAS-MAPK信号通路 Hedgehog/Ci 信号通路 该通路与脊椎动物和非脊 椎动物的许多组织的发育 相关，能够促进细胞的分 化，过量的Hedgehog信号 能够导致癌症发生 神经退行性疾病 Amyloid precursor protein like, Presenilin（ Alzheimers Disease ） huntingtin（Huntingtons diease） Parkin（juvenile-onset parkinsons disease，早发型帕金森氏 病）， tau（frontotemporal dementia with parkinsonism, FTDP-17, 额颞叶痴呆型帕金森氏病）， Notch（CADASIL syndrome, 伴有脑白质梗死的遗传性脑动脉 病） ABCD1（adrenoleukodystrophy, ALD，肾上腺脑白质营养不 良） ataxin-2, ataxin-6（spinal cerebellar ataxia，SCA，脊髓小脑 共济失调） 几乎所有的神经退行性疾病的果蝇模型都是利用 UAS/Gal4系统构建的。 SCA3果蝇模型 Row1 a 野生型果蝇；b Q78强表达；c Q78弱表达；d Q61强表达 Row2 视网膜厚度脊髓小脑共济失调 HSP70改善SCA3果蝇的神经退行表型 a 表达Q78 b 共表达Q78与HSP70 c HSP70（显性负效应） d 共表达HSP70（显性负效应）与HSP70 HD果蝇模型 Notch受体蛋白的信号通路 果蝇神经细胞发育过程中由 Notch和Delta介导的侧抑制 在高尔基体 中进行第一 步切割形成 异源二聚体 转到质膜与Delta结合 ，在位点2切 割 在位点三切割Notch末端转 运到核内 社会行为学 求偶 打斗 觅食 运动 趋光性 趋触性 昼夜节律 求偶 Mutants of fru gene A movie for it! 打斗 A movie for it! 小 结 v 模式生物：科学研究中，用以揭示某种具有普遍规律性的 生命现象的生物物种。 v 由于生物进化