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初生贝壳发生是软体动物发育早期阶段重要的事件之一,在发育和演化生物学上都有重要的意义。目前已经发现了多个贝壳发生相关基因,但远不足以阐释贝壳发生的分子机制。现有研究多聚焦于特定基因或幼虫贝壳,对胚胎时期贝壳发生区细胞的分化以及贝壳发生相关基因在其中发挥的功能缺乏重视。本研究以重要的双壳贝类长牡蛎(Crassostrea gigas)为研究对象,鉴定了与其初生贝壳发生相关的四个基因;同时利用整装双色原位杂交方法在贝壳发生区鉴定了不同的细胞群体,为在细胞水平上研究贝壳发生机制提供了基础支持。最后,对贝壳发生区不同细胞群的分化机制进行了初步探讨,发现CDC42可能参与调控了这个过程。 一些已有的研究提示BMP信号通路调控了贝壳的发生过程。然而,BMP通路何种下游基因参与该事件目前尚不清楚。我们在长牡蛎中发现了四个新的贝壳发生相关基因:cgi-gata2/3、cgi-soxc、cgi-pax2/5/8和cgi-lox4,它们都编码转录因子。其中cgi-gata2/3和cgi-soxc可能是BMP信号通路的靶基因。cgi-pax2/5/8是Pax基因家族成员,而cgi-lox4是一种Hox基因。分析表明,这四个基因的时空表达模式均与贝壳发生存在直接联系,可能在初生贝壳发生中发挥了重要的功能。其中,cgi-gata2/3和cgi-pax2/5/8在贝壳发生区的外缘表达,提示其可能参与初生贝壳的形状控制等过程。cgi-lox4基因则表达于贝壳发生区内陷部位,我们推测该基因与内陷区的躯体模式(body plan)构建有关。cgi-soxc基因在整个贝壳发生区内均存在较高的表达,提示其可能参与相关细胞的增殖分化及初生贝壳钙化调控等过程。此外,除了参与初生贝壳发生外,cgi-gata2/3可能还参与了胚胎血细胞的形成,而cgi-soxc则可能参与了幼虫顶感受器的发育。 目前在长牡蛎中已经发现的数个初生贝壳发生相关基因,它们的表达模式并不相同,提示在初生贝壳发生过程中可能存在不同发育命运的细胞群体。我们使用双色整装原位杂交对原肠胚和D形幼虫阶段贝壳发生相关基因进行了共定位研究,鉴定了初生贝壳发生相关的细胞群体。在原肠胚时期,贝壳发生区细胞由外到内存在三个细胞群体,其中外部细胞群体表达cgi-bmp2/4、 cgi-gata2/3和cgi-pax2/5/8基因,中部细胞群体表达cgi-eng1和cgi-eng2基因,而内部细胞群体表达cgi-lox4基因。早期D形幼虫时期,贝壳发生区存在两个细胞群体(tyr+/soxc+/gata2/3+和tyr1+/soxc+/gata2/3-)。贝壳发生区不同细胞群体的鉴定使我们对贝壳发生细胞的分化命运有了进一步的了解,同时有助于从细胞和分子水平阐释初生贝壳发生的机理。 为了进一步研究贝壳发生区细胞群体之间的相互关系及调控机制,我们研究了CDC42基因在其中的作用。研究显示,CDC42在贝壳发生区表达量较高,提示其可能在初生贝壳发生中发挥调控作用。为了验证该推测,我们使用CDC42的抑制剂(ZCL278)对长牡蛎胚胎进行了处理。ZCL278处理后长牡蛎胚胎贝壳发生区出现畸形,同时部分贝壳发生相关基因的表达受到影响。其中cgi-bmp2/4基因在贝壳发生区下部的表达消失,engrailed基因的同源基因(cgi-eng1和cgi-eng2)的表达出现不同程度的减弱,其它基因包括cgi-gata2/3、cgi-pax2/5/8和cgi-lox4等的表达未见明显的变化。这一结果表明CDC42可能影响了贝壳发生区外部及中部细胞群体的发育。这是首次发现CDC42在软体动物初生贝壳发生中发挥调控作用,有助于阐释贝壳发生的分子调控机制。 综上所述,本研究从长牡蛎初生贝壳发生相关基因入手,鉴定了四个新的贝壳发生相关基因;继而通过对多种贝壳发生相关基因的共定位研究,首次在双壳贝类中鉴定了贝壳发生区的不同细胞群体;通过功能实验发现了CDC42在初生贝壳发生中的调控作用。这些结果为从分子和细胞水平阐明贝类初生贝壳发生的机制提供了支持。