斑馬魚腸發育的遺傳學與基因組學研究

《斑馬魚腸發育的遺傳學與基因組學研究》是依託西南大學，由黃紅輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：斑馬魚腸發育的遺傳學與基因組學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃紅輝
• 依託單位：西南大學

項目摘要

腸是重要的消化器官，研究腸的發育有助於增強對腸相關疾病及出生缺陷的理解。脊椎動物器官發育的機制是保守的，研究斑馬魚腸發育可為人類腸發育提供借鑑。本項目將結合使用遺傳學和基因組學方法，系統地研究斑馬魚腸發育的調控基因及機制。我們將開展經典的ENU突變體正向遺傳篩選，無基因歧視地鑑定斑馬魚腸發育調控基因；同時我們將通過轉錄組測序，高效地發掘腸特異性表達基因，通過基因敲除的方法建立突變體並研究其功能與機制。目前，我們已篩選了148個突變基因組，獲得了三類共22個腸發育突變體；完成了成魚全腸及不同節段、胚胎期腸的轉錄組測序，成魚腸不同節段的數據分析鑑定了6個組織特異性表達基因簇。這些工作為項目的實施奠定了堅實的基礎。我們預期完成400-500個突變基因組的篩選，深入研究2-3個突變體；通過轉錄組分析鑑定斑馬魚腸特異性表達基因譜，敲除4-5個基因並研究其機制。我們預期可以發現未曾報導的腸發育調控機制。

結題摘要

遺傳篩選是系統研究器官發育的有效方法，我們在ENU誘變的斑馬魚中開展了兩個消化器官發育缺陷突變體篩選，運用組織特異性標記，我們從276個突變基因組出發，經F2篩選和4-5次傳代，獲得了穩定遺傳的36個突變體。根據表型這些突變體可分為三類：腸特異型、肝臟特異性、腸和肝臟發育缺陷，其中第三類突變體占總數的絕大多數，說明腸和肝臟的發育調控機制大部分是相同的。通過圖位克隆，我們發現V9A突變體的致變基因是一個在胚胎期富集表達於消化器官的基因iars，此基因的突變可導致人類疾病，且總是一個強突變和一個弱突變的組合。我們通過CRISPR/Cas9技術建立了一個強突變，並與V9A這一弱突變一起分析比較了的消化器官表型，發現兩種突變都可導致消化器官細胞周期受損，影響消化器官長大，且強突變的表型總較弱突變明顯。通過圖位克隆我們鑑定了V28A突變體中的致變基因是gspt1l，此基因富集表達於胚胎期消化器官，突變不影響消化器官起始出芽，但是阻礙芽體生長，這是由於突變體細胞周期受阻。此外，突變體中UPR反應增強，並導致突變體肝細胞分化推遲。通過轉錄組測序分析，我們鑑定了在斑馬魚成年腸不同節段中6種不同表達模式的基因歸類，獲得了一批在腸不同節段富集表達的基因。運用CRISPR/Cas9技術，我們敲除了5個可能與消化器官發育相關的基因，包括Hippo信號通路的效應分子Yap1和Taz。我們的研究發現，Taz在yap1突變體中上調，其機制與哺乳動物相似。單基因敲除的yap1和taz突變體無胚胎期表型，yap1-/-;taz+/-胚胎表現出小肝臟或雙小肝臟的表型，其外分泌胰腺也與肝臟類似，而腸則表現為未彎曲的直形。進一步研究發現Taz協同Yap1以Tead依賴的方式調控斑馬魚肝臟發育，其作用方式是促進肝細胞增殖和保證側板中胚層的遷移。 我們的研究獲得了36個消化器官發育突變體，是後續研究的重要材料；較為深入地研究了2個突變體；鑑定了大量腸不同節段特異性基因；敲除了5個基因，發現了Yap1/Taz在斑馬魚消化器官發育中的功能。我們共發表3篇論文，其中2篇為SCI。