前后、左右和背腹轴的建立是脊椎动物胚胎早期发生中的重要发育事件,涉及到多种信号如Bmp、Nodal、Notch、Wnt、Fgf和视黄酸(RA)信号等的精密调控。视黄酸(RA)信号是一种重要的形态发生素(morphogen)、在胚胎的早期发育中,通过激活核受体,调控靶基因的表达,指导胚胎的前后、左右及背腹轴的建立,决定体节和中枢神经系统等的发生。缺少内源性RA信号胚胎体轴发育异常,但过量RA信号同样会导致胚胎严重畸形。尽管RA信号在胚胎早期发育中的作用已有广泛研究,但对其靶基因的确认及其在胚胎体轴发生作用中的分子机制尚存在着许多未知。为深入了解RA信号在胚胎发育早期的作用机制,我们首先对经外源RA处理的斑马鱼胚胎基因表达谱进行高通量分析,结果发现叉头框(Forkhead box, Fox)转录因子家族C亚家族成员之一的foxcla是一个新的受RA信号调控的直接下游基因。运用TALEN(Transcription activator-like effector nucleases)技术,我们在斑马鱼基因组内成功地敲除了foxc1a基因。对foxc1a纯合突变的斑马鱼胚胎的分析表明,foxc1a功能缺失的斑马鱼胚胎后脑前后轴发育出现缺陷,表现出与RA信号变少的类似表型。通过检测RA合成与降解相关基因aldhla2、cyp26a1、 cyp26b1和cyp26c1在胚胎早期的表达变化情况,发现在foxcla敲降的胚胎中,cyp26a1的表达出现了上调,而aldh1a2、cyp26b1和cyp26c1的表达没有明显变化。进一步的体外细胞转录分析实验和体内染色质免疫共沉淀实验证明Foxc1a通过直接结合在胚胎早期主要的RA降解酶基因cyp26al的启动子上,抑制cyp26a1表达,从而维持体内RA信号稳态,影响胚胎的前后轴建立。但有意思的是,决定斑马鱼胚胎左右轴对称发生的相关基因如her1、her7和deltaC基因在foxc1a纯合突变的斑马鱼胚胎中的周期性表达没有改变,提示foxc1a对胚胎的左右轴的对称发生没有影响。但是,deltaC基因在体节上的表达下调,myoD在轴旁体节中胚层的表达消失。进一步分析发现,敲除foxc1a, fgf8的表达在胚胎轴旁中胚层内表达下调、而aldh1a2的表达上调,ntla和shh以及oep在轴中胚层的表达均不受影响。深入研究发现,敲降aldh1a2可以部分地拯救foxc1a功能缺失胚胎内轴旁体节中胚层处下调或缺失的myoD、fgf8和deltaC的表达。另一方面,敲降fgf8导致myoD和deltaC基因均在轴旁体节中胚层的表达明显下调,而抑制Notch信号造成myoD和fgf8基因在体节中胚层的表达均下调。但无论是降低Fgf信号还是抑制Notch信号,二者均不影响aldh1a2的表达。综合这些结果表明,Foxcla可能通过直接作用于aldhla2的上游,调控Fgf信号和Notch信号,决定体节轴旁中胚层的发育。总之,本论文的研究工作首次发现foxc1a基因是一个新的RA信号直接下游基因,它通过作用于cyp26a1和aldh1a2的上游,维持胚胎内RA信号稳态,分别调控斑马鱼胚胎前后轴建立和体节发生。研究结果有助于深入揭示RA信号在脊椎动物胚胎早期发育特别是图式形成中的作用机制,加深对RA信号稳态在脊椎动物胚胎早期图式形成中作用的认识,进一步了解foxc1a基因在脊椎动物胚胎早期发育中的作用及机制。