在果蝇发育的早期，基因是个体主义，而不是集体主义

纽约大学(new York University)和普林斯顿大学(Princeton)的研究人员在《当代生物学》(Current Biology)杂志上发表的一项新研究表明，在果蝇的早期发育过程中，活跃的基因不会形成集群并共享资源。

　　

   

   

细胞核是细胞中包含绝大多数遗传信息的部分，在细胞核中出现了酶Pol-II的斑点，说明基因并不共享Pol-II，而是各自有自己的Pol-II。

资料来源:纽约大学拉什洛实验室

纽约大学和普林斯顿大学的研究人员在《当代生物学》(Current Biology)杂志上发表的一项新研究表明，在果蝇的早期发育过程中，活跃的基因不会形成集群并共享资源。

纽约大学生物学教授、该研究的资深作者克里斯汀·拉什洛(Christine Rushlow)说:“这项研究改变了我们对生物发育过程中分子机制在基本细胞机制中发挥作用的看法。”

细胞核是细胞中包含绝大多数遗传信息的部分，包括组成基因组的复杂而杂乱的DNA长链，目的是决定生物体的行为。储存在DNA序列中的基因不仅编码表达该基因相关性状所需的蛋白质序列，而且还编码该蛋白质序列何时制造的信息。

“细胞核是一个精心设计的交换台——细胞环境状态的大量信息的连接点，这些信息将被一套明确的表达蛋白产品处理和响应。在这个框架下，我们的研究询问了这数百个逻辑门之间是否存在合作关系，它们各自决定何时制造各自的蛋白质，”纽约大学生物系的博士生、该研究的作者之一彼得·惠特尼(Peter Whitney)说。

在细胞核的环境中，受相同类型信息调控的基因会紧密地集中在一起，这样它们就可以共享资源，潜在地降低调控的能量成本，这是有道理的。先前的几项实验表明，在基因占据的离散区域的细胞核中，存在一定程度的组织。然而，许多此类研究使用生化方法来定义结构域，而不是实际观察活性基因在细胞核中的物理位置。

在《当代生物学》的研究中，研究人员证明，他们可以使用显微镜成像程序和果蝇(一种遗传学和分子研究中常用的模式生物)准确识别活性基因的物理位置。研究人员检查了受精卵如何发育成完整的有机体，这一过程需要一系列基因的活动，这些基因在胚胎发育过程中逐渐被激活。

研究人员将注意力集中在90分钟前出现在果蝇胚胎中的最早一组基因上，观察到一种名为Zelda的蛋白质如何通过招募RNA聚合酶II (Pol-II)来调节基因的转录。利用高分辨率显微镜和抗体染色，他们在染色体上的初生转录位点上看到了Pol-II。

通过使用这种方法观察许多基因的位置，他们提出了一个问题:基因是在集群中发现的吗?答案是否定的。

拉什洛说:“我们假设，当它们接近时，调控中心的基因可能共享Pol-II池。”“然而，我们的数据表明，事实并非如此，在很近的距离内，每个基因都有自己的Pol-II基因库。这令人惊讶，因为这与传统观点相悖，而且似乎与其他方法的结果直接矛盾。”

研究人员进行了一系列后续实验，以测试功能聚类的概念，比如当基因被发现在近距离时，寻找基因表达的变化，或在可视化的基因之间共享资源的迹象。再一次，他们没有发现聚集的证据。

与基因在空间上聚集并共享转录资源的观点(人们可能称之为“集体主义”模型)相反，作者总结说，这些数据支持果蝇早期基因组激活时基因控制的“个人主义”模型。

DOI

10.1016 / j.cub.2021.09.027

文章标题

Spatial organization of transcribing loci during early genome activation in Drosophila