Cell重点文章：挑战传统遗传理论

　　生物通报道：来自美国纽约大学的研究人员发表了题为“A System of Repressor Gradients Spatially Organizes the Boundaries of Bicoid-Dependent Target Genes”的文章，发现了胚胎不同区域，蛋白表达调控的新机制，也揭示了机体如何计划组织生理特性的机理，这一成果提出对已存在几十年理论的质疑，相关成果公布在Cell杂志上。

这一理论就是形态发生理论（morphogen theory），这一理论认为调控性状的蛋白是呈梯度排列的，不同数量的蛋白激活基因能形成各式各样的自然特征。形态发生理论首创于二十世纪50年代，由著名的数学家和逻辑学家Alan Turing等人创造，60年代Lewis Wolpert又从中进行了精炼。这一理论曾用于解释为什么老虎有条纹。

但是一些生物学家对此提出的质疑，认为生理特性与形态发生梯度（morphogen gradient）的蛋白绝对浓度之间，不一定存在必然关联。如果存在某一关键的蛋白数量，那么给定的自然特征，比如形成额头上皮肤的细胞就会形成。如果少于这一关键数量，那么就会形成一个不同的结构，比如出现的是形成眉毛上的皮肤细胞。这两种结构之间会形成界线。

这些不同的观点认为，自然特性并不一定是蛋白特殊数量决定的，而是由多重梯度之间更复杂的相互作用而形成的。

纽约大学的研究人员分析了果蝇，进一步解析了上述观点，果蝇是一种重要的模式动物，由易于进行精确的遗传操控，因此可以用于遗传发育研究。研究人员聚焦于一种蛋白：Bicoid (Bcd)，这种蛋白在将形成成熟果蝇头部的胚胎尾部中以最高量梯度表达。

文章的通讯作者，纽约大学生物系主任Stephen Small领导研究小组检测了大量Bcd蛋白直接激活的靶基因，每个靶基因都能在胚胎某个区域中进行表达，对应于某个特殊的结构。

他们分析了这些靶基因的DNA序列，结果发现了三个另外的蛋白：Runt, Capicua和Kruppel的结合位点，这三种蛋白都能抑制因子，也都是在胚胎中部以最高表达量梯度表达，因此正好对应于Bcd活性梯度的相关方向。

研究人员通过操控这些蛋白的结合位点，修改其空间分，结果证明了这些抑制成分可以对抗依赖于Bcd的活性，而且在构建正常胚胎过程中的正确边界顺序具有关键性的作用。

这些研究提出了对于形态发生理论的质疑，研究人员解释道，他们的发现并没有否定之前的观点，而是认为这一理论需要更进一步的修改。

（生物通：万纹）

原文摘要：

A System of Repressor Gradients Spatially Organizes the Boundaries of Bicoid-Dependent Target Genes

The homeodomain (HD) protein Bicoid (Bcd) is thought to function as a gradient morphogen that positions boundaries of target genes via threshold-dependent activation mechanisms. Here, we analyze 66 Bcd-dependent regulatory elements and show that their boundaries are positioned primarily by repressive gradients that antagonize Bcd-mediated activation. A major repressor is the pair-rule protein Runt (Run), which is expressed in an opposing gradient and is necessary and sufficient for limiting Bcd-dependent activation. Evidence is presented that Run functions with the maternal repressor Capicua and the gap protein Kruppel as the principal components of a repression system that correctly orders boundaries throughout the anterior half of the embryo. These results put conceptual limits on the Bcd morphogen hypothesis and demonstrate how the Bcd gradient functions within the gene network that patterns the embryo.