精子/雄性蛋白进入雌体后引发基因表达的巨变

　　

    生物通报道：盘旋于烂水果上面的“黑色乌云”虽然讨厌，却并非一无是处的坏事。实际上这些被科学家称为黑腹果蝇的小动物，越来越广泛被用于复杂的遗传学实验，为各种生物机理，特别是生殖研究带来了曙光。最近，佐治亚大学和以色列耶路撒冷希伯来大学的进化和发育学家发现，果蝇交配以后，雌性果蝇生殖道内出现的的精子和雄性蛋白会引发一系列从未被描述过的神奇的基因活动。这些机制假如被弄清楚，将有助于对生殖的深入研究，也可以提供安全有效的措施通过作用于有害昆虫的生殖过程来控制他们的传播。这项研究结果刚刚被发表于国家科学研究学报的网络版。研究队伍包括Bender及其实验室博士后Paul Mack，希伯来大学Yael Heifetz及其实验室研究生Anat Kapelnikov。另外，UGA的许多本科生也参加了工作。

     近一个世纪以来，这种老是在烂水果和果皮堆里“扎堆”的小飞蝇却一直是生物学家手中最常用的模式生物之一，由于生命周期只有短短几周，孵化后迅速交配，易于操作和控制，因而是研究复杂生命过程及过程中所涉及基因的一种有效工具。从我们中学时代学习的遗传连锁定律，到大学时代学习观察染色体，到今天的破译果蝇基因组图谱，虽然并非出自它们本意，无可否认，无数的小飞虫前赴后继的为科学研究献身，微弱的光芒指引着通往人类基因组研究的大路。

    尽管这些年来已经对于果蝇进行了数量可观的研究，令人奇怪的是，确乎还很少有研究涉及由于交配导致精子和雄性分子在雌性果蝇生殖组织的出现，从而引起雌性果蝇中的基因表达情况的改变。Bender小组利用已知的果蝇基因组背景和关于昆虫交配的一些研究成果，证实了通过交配过程而进入雌性生殖道的雄性果蝇精子和雄性蛋白在雌性基因表达中有重要作用。研究过程中，科学家对比了3天龄的交配和未交配的雌雄果蝇生殖道，发现交配的生殖道有539种基因的活性发生了改变。最令人震惊发现是交配6小时后雌性体内一些基因活性迅速上升到颠峰——这是以前从未发现的。这碰巧是由于Paul想看看交配后不同时间所发生的变化——通过解剖获得足够的材料可以说相当困难而且费时，不过这种在果蝇交配后不同时间段研究基因表达的变化的实验此前还没有人做过，他们观察了交配后3小时、6小时、24小时的雌性生殖道，发现交配后6小时，这种雌性生殖道基因变化达到最高峰。研究结果提示：精子和雄性分子对于雌性生殖道产生了大量的遗传学效应。

    Bender和Heifetz小组并非在无边的黑暗中摸索，此前有研究提示果蝇交配后基因表达的变化，不过那些研究并没有分时间段进行研究，而且主要针对果蝇整体，而非生殖组织。交配后6小时达到基因表达变化的高峰，其原因仍不清楚，但是发现这个峰值出现的时间对于控制害虫数量的研究有一定帮助，这也是能得到美以两国农业研究和发展基金会（BARD， 1979年由美国和以色列联合建立的，目前已经投资于50多个国家和地区的900多个科研项目中）、美国国家健康研究院支持的原因。

    研究者同时采用了基因组学和蛋白质组学两种方法——同时研究基因和表达产物——非常有效，有助于确定用单一的研究方法不能确定的基因。 Bender说：“下一步我们将选择一些被确认的有关基因，研究它们在雌性果蝇中的功能” 相信一旦这些功能被确定，科学家不但可以利用这些基因研究相关的生物进程，还可以用于寻找控制害虫的潜在靶标。UGA遗传部的发育学家Michael Bender表示：“在果蝇中发现了大量交配后活化的基因，这项研究有很好的前景，将有助于揭示生殖生物学基础现象，以及用于害虫防治。”

来源：佐治亚大学 生物通记者宗敏