脊椎动物的胚胎在发育过程中会形成三个具有不同发育命运的胚层。胚层的分化涉及诸多调控因子和信号通路的精密调节。Nodal信号和FGF信号对于中内胚层的诱导和背腹体轴的建立具有十分重要的调控作用。这两条信号通路也相互作用,相互调节以确保胚胎在发育过程中具有合适的信号强度。本课题主要研究了araf基因对斑马鱼胚胎早期胚层分化的调控作用,以及在这一过程中araf基因通过其不同异构体调节Nodal和FGF信号通路的分子机制。本课题首先探究了Araf激酶在斑马鱼胚胎胚层分化中的作用。敲低araf能促进中内胚层的诱导和背部组织的形成。遗传互作的实验显示,过表达全长araf mRNA能拮抗激活的Nodal信号所导致的各胚层标记基因的表达变化。此外,Araf对中内胚层的抑制作用不依赖于其下游Erk的介导。与此同时,一系列在体外细胞系中的生化实验揭示,Araf通过直接磷酸化Smad2调控Nodal/Smad2信号。至此,本课题发现了Raf调控Nodal/Smad2信号的一个新途径。araf基因初级转录本通过选择性多聚腺苷酸化产生异构体—araf tv2,其翻译产物缺失C-端激酶活性区。araf tv2的表达量随着早期胚胎的发育逐渐升高。过表达araf tv2将导致胚胎的发育出现异常,并导致中胚层、内胚层和神经外胚层的标记基因出现明显下调,而使表皮外胚层的标记基因出现明显上调。进一步的实验发现,Araf tv2能直接结合全长Araf,但是却不拮抗全长Araf对TGF-β/Smad2信号的抑制作用。Araf tv2能有效地抑制FGF/MAPK信号,并在胚胎中拮抗过表达FGF配体所导致的下游Erk激活以及相应各胚层标记基因的表达变化。从机制上来看,Araf tv2能与Ras蛋白发生直接的相互作用,并竞争性地拮抗Ras与Raf蛋白的结合,从而阻碍了Ras-Raf-Mek-Erk通路的信号转导。在胚胎中过表达araf tv2能有效拮抗过表达激活型Ras所导致的Erk激活以及相应各胚层标记基因的表达变化。最后,Araf tv2对FGF/MAPK信号的抑制作用是依赖于其与Ras蛋白的相互作用。综上所述,本课题发现了Ras-Raf-Mek-Erk级联反应与Noda/Smad2信号之间相互作用的又一关键基因—araf。araf基因通过其不同的异构体分别作用于Nodal/Smad2信号和FGF/MAPK信号通路,参与调控斑马鱼胚胎早期的胚层分化。