Science | 鳉鱼的体轴形成机制

文摘 2024-10-09 23:05 上海

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水生生物名：弗氏假鳃鳉（Nothobranchius Furzeri）

原文标题：Axis formation in annual killifish: Nodal and b-catenin regulate morphogenesis without Huluwa prepatterning

链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado7604

DOI：10.1126/science.ado7604

图：Nothobranchius Furzeri（一年生鳉鱼）

——摘要——

本文探讨了弗氏假鳃鳉（Nothobranchius Furzeri）的体轴形成机制，特别是探讨了在没有“葫芦娃”（huluwa）预模式化的情况下，Nodal和β-catenin如何调控形态发生。

传统上，鱼类和两栖动物的体轴形成始于母体基因产物的预模式。但鳉鱼的胚胎发生过程挑战了这一预模式化模型，因为其深层细胞完全分散，然后聚集形成胚层和体轴。

研究发现，在N. furzeri中，huluwa因子被截断且不活跃，而β-catenin的核定位在细胞聚集形成胚层时积累，而不是在早期胚泡的一侧选择性稳定。阻断β-catenin活性或Nodal信号传导会扰乱细胞聚集和胚层规范。Nodal信号在协调细胞迁移中发挥早期作用。这些结果揭示了与已建立的体轴形成机制显著不同的新机制：huluwa介导的预模式化是不必要的，而β-catenin和Nodal调控形态发生。

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传统发育模型VS鳉鱼的发育模式

在鱼类和两栖动物的传统发育模型中，体轴的形成通常依赖于母源基因产物的预模式（prepattern）。这些产物在胚胎的早期阶段就开始发挥作用，帮助形成胚胎的体轴。而Huluwa蛋白就是一个非常重要的预模式因子，通过稳定 β-catenin 来打破对称性。而一年生鳉鱼却玩起了“不按套路出牌”，它的 Huluwa 蛋白失活了，而 β-catenin 也没有在胚胎的某一侧积累。是不是和传统发育模式有所不同？

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探索鳉鱼的独特发育模式

弗氏假鳃鳉的发育过程

我们可以看到鳉鱼胚胎从散开到聚集的过程。黄色代表未被 EVL 覆盖的卵黄，洋红色代表中胚层。图片展示了胚胎在不同时间点的状态，细胞逐渐从分散状态聚集到一起形成体轴。黑色虚线圈出了聚集中心的位置。

Nodal 信号的分布

我们可以看到一年生鳉鱼在胚胎发育过程中的基因表达模式。此图展示了不同发育阶段Ndr2、Smad2、Lefty1、Chordin和Tbxta等基因的表达情况。在聚集初期，ndr2基因在细胞聚集的区域表达增强，Smad2在聚集中心的深层细胞核中表现出更强的信号，表明Nodal信号通路在此区域活跃。同时，Lefty1、Chordin和Tbxta等基因也在聚集区域表达，这些基因与中胚层和外胚层的形成有关。这些表达模式体现了一年生鳉鱼胚胎发育中细胞如何响应Nodal信号，进行迁移、聚集，并最终形成胚层和体轴。