Sox2是哺乳动物四大干性细胞因子之一,属于HMG盒家族成员,也是一种重要且保守的转录因子。敲除Sox2的小鼠死于胚胎植入前期;人类小眼畸形的疾病和Sox2的缺失有关。果蝇中的Sox蛋白Sox70D/fish-hook/Dichaete与脊椎动物SOX2蛋白在氨基酸水平上呈现42%一致性。若缺失Sox70D/fish-hook/Dichaete会造成果蝇胚胎分节缺陷,导致腹部齿状带缺失或者融合同时伴随头部组织结构形成异常。在爪蟾中,过表达显性负效形式(dominant-negative)的SOX2会抑制神经分化。在斑马鱼中,敲降sox2导致胚胎在30-33h出现轻微的尾部向上弯曲的缺陷。尽管Sox2在多种动物中都有研究,但其在脊椎动物早期发育的功能及机制尚存在许多未知。为了揭示Sox2基因在脊椎动物胚胎发育过程中的作用及机制,我们以斑马鱼为研究对象,运用TALEN技术成功获得了 敲除的斑马鱼突变体。对sox2纯合突变的斑马鱼胚胎进行分析表明,突变型胚胎自咽弓后期起(32hpf)表现出尾部向上弯曲的缺陷,在48hpf呈现出体长变短的异常。进一步研究发现这种体长变短是由躯干部变短造成的且这种缺陷早在体节期就已经显现。鱼鳔是鱼类特有的一种器官,对鱼体在水中一定位置保持平衡至关重要。对sox2基因敲除的斑马鱼鱼鳔发生过程进行观测,发现4-5dpf的突变体仔鱼鱼鳔后部腔室不能正常充气。实时摄影研究发现,突变体斑马鱼胚胎从72hpf开始尾部不能正常摆动,之后上游行为不能完成,导致仔鱼不能到达空气与水接触面完成吞气行为,最终鱼鳔不能正常充气。利用转基因鱼Tg(huc:eGFP)和Tg(hb9:GFP)对突变体胚胎上游行为缺失原因进行研究,发现突变体尾部神经元伪足缺失且躯干部、尾部和鳔部位的神经元轴突发生都存在异常。为了确定sox2通过调节哪些基因来影响神经发育进而影响胚胎上游行为,我们通过转录组深度测序方法找出了突变型和野生型胚胎中差异表达的基因。生物信息学分析提示突变体胚胎中的轴突导向通路异常。实时定量PCR证明sema3bl和ntn1b在突变体中表达异常。胚胎整体原位杂交结果显示作为轴突排斥因子Semaphorins家族一员的sema3bl在突变体胸鳍中的表达下降。与此一致的是,突变胚胎胸鳍中神经元轴突的延伸更长、分枝更多。另一方面,作为轴突吸引因子Netrin家族一员的ntn1b在突变体的中脑、后脑和脊髓的表达亦明显下降。对sema3bl和ntn1b的启动子序列进行生物信息学分析发现二者的5’侧翼调控序列上含多个Sox2结合位点,进一步的通过双荧光素酶报告基因实验证明过表达sox2可以激活sema3bl和ntn1b启动子的活性。此外,体内染色质免疫沉淀实验证明sema3bl启动子上存在两个Sox2结合位点。这些结果表明,Sox2通过直接调控sema3bl和ntn1b的表达影响胚胎的神经发育,影响胚胎上游行为,最终导致仔鱼的鱼鳔后部腔室不能正常充气。本论文的工作首次揭示了sox2可通过控制神经元的轴突导向影响斑马鱼仔鱼的上游行为,最终导致鱼鳔不能正常充气,这一研究结果为深入揭示sox2在脊椎动物神经发生中的作用与机制奠定了基础。