Cell：果蝇研究让生物学更“科学”

　　

生物通报道：普林斯顿大学的一个研究组的新研究使将生物学变成定量、精确地描述自然的科学有了一个大的飞跃。他们阐明了果蝇胚胎发育的一个关键步骤——这些新发现可能改变研究人员对果蝇的地位，即它不仅仅是果蝇，而是普遍意义上的生命。

 

尽管生物学家一直以来都知道成年动物的身体结构是根据胚胎发育早期阶段设定好的蓝图来构建的。但是，经典的生物学实验只是获得了一些发育过程的一种分隔开来的“快照”，而不是一个完整的动画。

 

现在，通过联合物理和分子生物学实验方法，普林斯顿的研究人员用连续的动画替代了这些快照，从而使他们看到了果蝇胚胎中的蓝图形成的最初步骤。研究人员在7月13日的《Cell》杂志上发表了两篇论文，第一篇文章描述了产生这些动画的复杂技术，这些技术将会帮助科研人员分析各种生物系统。

 

在第二篇文章中，研究组提出了一个之前从来没有问过的新问题：胚胎中的细胞如何精确地阅读这个蓝图？该文章暗示，为了保证这种精确，一些宝贵稀有的分子信号传递一种变化能够导致一种决定性的差异。

 

研究人员解释说，主流的观点认为细胞利用一种复杂的机理联合完成它们的功能。但是这项研究则显示，在果蝇胚胎发育的最初几个小时里，细胞已经通过一种精确的过程决定了要成为身体的什么部分。在这个过程中，它们必须要计算它们从母亲那里接收到的可用信号分子。

 

果蝇胚胎发育的三个小时里，它仍然保持着一个具有不同寻常的特征的单个大细胞状态：与其他细胞不同，胚胎具有数千个细胞核，并且每个细胞核都等待中一个来自母亲的信号来形成自己的特化细胞。这个信号以蛋白质小滴Bicoid的形式到达并进入到胚胎。

 

随着距离的增加，信号浓度降低并且形成第一个决定会变成胚胎哪个部分的蓝图。

该研究组的发现表明，如果两个临近细胞间的Bicoid浓度只变化了10％，那么将意味着这两个相邻细胞核它们在胚胎中位置和精功能不同。

 

果蝇是一种小型蝇类，成虫身长只有0.6厘米，如同米粒般大小，比普通苍蝇小得多。果蝇是一种在生物学实验中经常使用的实验模型，很多有关果蝇的研究都为人们了解各种重要生命现象提供了重要证据和线索。

 

2006年，瑞典乌普萨拉大学的Mitch Dushay和同事在PLoS ONE上的发表了一篇题为“果蝇lamin突变显性特征和人类核纤层蛋白综合征（laminopathies）的比较”文章。Dushay和同事证实，果蝇lamin基因与哺乳动物lamin基因非常相似。尽管相似表达模式的独立进化必定是由相似的关键lamin基因功能所驱动，但是研究人员发现广泛表达的果蝇lamin基因的突变导致幼虫运动量更少，并且出现轻微的肌肉缺陷。

 

这些发现意味着lamin突变可能导致神经肌肉缺陷、早老。果蝇lamin显型和人类核纤层蛋白综合征的相似性为基因表达和进化过程中的功能分歧提供了一个有趣的例子，并且促进人们更深入地了解lamin功能以及核纤层蛋白综合征和衰老。

 

另外，Rockefeller大学的研究人员在去年进行的一项新研究意外地发现，人类和果蝇在嗅觉方面的共同点远比人们想象的要多。这项研究的结果发表在了《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

 

果蝇和人类一样，嗅觉系统都由神经细胞构成，孤儿每种细胞表达一种气味受体。每个受体识别一小类气味。每个动物都有不同数量的这种气味受体：小鼠大约有1200种，人类有400种，而果蝇则有61种。Vosshall等人想知道人类和果蝇如何能共存并形成这种不同数量的气味受体。

 

Vosshall和Keller还分析了一种特殊气味受体的作用无法根据它的生理机能来预测。当他们将果蝇的一种气味受体基因敲除时，他们也不能预测对果蝇行为的影响。结果，他们发现，果蝇和人类判断气味强度的方式是一致的，但是判断品质方面却有所不同。（生物通雪花）

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