家蝇及黑腹果蝇背板中部(DC)粗刚毛数量差异的机制研究

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家蝇(Musca domestica)和黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)同属于双翅目蝇科,在将近一亿年的分支进化中,它们外化的感觉器官--刚毛,在保留了原始祖先共有的特征的同时,又进化出各自独特的表型,是研究表型性状进化的优秀遗传标记。家蝇和黑腹果蝇在背板中部(Drosocentral,DC)粗刚毛的发育存在差异,家蝇具有6对DC刚毛,黑腹果蝇具有2对DC刚毛,但它们在背板DC区域粗刚毛产生差异的具体机制还不清楚。本课题以家蝇及黑腹果蝇背板中部粗刚毛作为研究对象,旨在通过对刚毛发育相关基因的研究,阐明这两个物种DC刚毛数量在进化过程中发生差异的原因以及刚毛发育的调控机理。主要研究结果如下:1.对调控刚毛发育的相关基因scute(sc)、extra macrochaetae(emc)、pannier(pnr)、hairy以及u-shaped(ush)的m RNA表达量进行分析,结果表明,这5个基因表达量在两个物种间存在显著的差异。因此,我们认为上述基因表达量的差异可能是导致两个物种背板中部粗刚毛数量差异的原因之一。2.将家蝇背中部增强子(Drosocentral Enhancer,DCE)利用CRISPR/Cas9技术替换黑腹果蝇的DCE。结果显示,转基因果蝇背板中部的粗刚毛数量有所增加。表明家蝇和果蝇背板刚毛的表型差异是由于顺式调控序列在物种间发生了进化,从而驱动sc在DC位点差异表达所导致的。3.凝胶电泳迁移(EMSA)实验结果显示,emc基因上游的顺式调控元件emc E6能够与转录因子PNR结合,PNR可能参与emc基因的转录调控。我们的研究结果表明调控刚毛发育的5个相关基因表达水平的差异可能是导致家蝇和黑腹果蝇粗刚毛数量差异的原因之一。顺式调控序列DCE在物种间的进化驱动sc在DC位点差异表达,从而导致了DC刚毛表型的差异。emc基因抑制刚毛的发育,PNR蛋白可以结合其上游顺式调控元件,从而可能参与其转录调控。本研究在分子水平上揭示了刚毛表型进化发育的调控机制,为进化发育生物学提供了理论和实验依据。
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