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文昌鱼(amphioxus或lancelet)隶属脊索动物门(Phylum Chordata)头索动物亚门(Subphylum Cephalochordata),在脊椎动物的演化过程中扮演非常重要的角色。Pax4/6属于Pax基因家族成员,该家族所编码的蛋白是一类在后口动物中均十分保守的转录因子。
本文对白氏文昌鱼(Branchiostoma belcheri)Pax4/6基因进行克隆,并确定该基因至少存在3种转录本(BbPax4/6-AP1~3),其区别在于5 UTR以及N端的若干个氨基酸序列,形成的原因是选择性启动子的使用。在研究3种转录本表达模式之前,我们首先对BbPax4/6整体表达情况进行研究,通过实时荧光定量PCR发现该基因从神经胚早期才开始出现微弱表达,在神经胚中期达到最高之后其表达量逐渐下降。原位杂交结果显示该基因的表达区域特异地出现于胚体最前端、神经管前端位点以及口前窝(将来发育成哈氏窝,与脊椎动物腺垂体同源),推测BbPax4/6可能与嗅觉相关细胞、前眼(与脊椎动物对眼同源)以及口前窝的发育相关,并且这些功能在文昌鱼与脊椎动物中均十分保守。
实时荧光定量PCR结果显示,BbPax4/6的3种转录本表达量与表达趋势上存在差异,但是,整胚原位杂交的结果初步显示,3种转录本均在胚体前端、神经板(管)前端位点以及口前窝表达,并没有出现表达区域的分化。分析原因可能是3种转录本确实均在这几个表达区域起作用,同一区域中,各自的表达量可能存在着差异,但是通过整胚原位杂交无法体现这些差异。此外,头索动物文昌鱼与脊椎动物有所不同,脊椎动物中许多复杂的器官(如两侧对称的眼),在文昌鱼内也许只有若干个细胞与之同源(脊椎动物对眼的同源结构——文昌鱼前眼仅由一个前端的色素眼点和与之相应的感光细胞以及一些神经细胞组成),不过这些细胞之间仍然有分化。同一基因在这些细胞作用时,可能需要不同转录本来运作,但这些转录本可能只存在细胞与细胞之间的微小差别,这些差别可能无法通过整胚原位杂交来体现。
我们针对BbPax4/6设计了1条Morpholino(MO)与4条siRNA,利用显微注射技术来实现对BbPax4/6基因抑制的研究。其中MO设计位置为转录本BbPax4/6-AP2翻译起始位点上游-46bp~-22bp区域。通过对胚胎正常发育率的统计,我们发现注射过MO的实验组与注射过control MO的对照组之间并不存在显著性差异,因此我们推测不同转录本之间可能存在代偿机制,使PAX4/6蛋白水平并未受到影响。此外,在3种转录本共有的保守区域设计了4条siRNA,其作用效率可能根据靶序列保守程度呈正相关。通过实时荧光定量PCR检测以及原位杂交实验初步显示,其中siRNA-4使BbPax4/6基因表达量显著下调。