科學家近日發(fā)明了一種新方法，能夠豐富果蠅和哺乳動物中轉基因表達、世系追蹤和基因功能嵌合體分析的手段。相關論文發(fā)表于《細胞》雜志。

 

機體組織包含了從特定前體產(chǎn)生的不同類細胞。要理解復雜的細胞組織結構，就需要一種方法對細胞各個部分從產(chǎn)生到分化整個過程進行標記和精確的調控。最有效和通用的方法是利用基因工程手段獲得的、表達可以被人為控制的轉殖基因。

 

雙元表達系統(tǒng)是其中一個途徑，它能夠很好地控制轉殖基因在模式生物中的表達。在果蠅中，典型的雙元表達系統(tǒng)是GAL4-UAS，這個系統(tǒng)中的酵母轉錄因子基因GAL4受特定啟動子控制。反過來，GAL4可以激活另一個包含上游活化序列（USA）的外源插入基因。此雙元表達系統(tǒng)可以進一步被GAL4抑制子——GAL80所調控。

 

美國斯坦福大學的駱利群（Liqun Luo）研究組致力于研究可抑制的雙元表達系統(tǒng)，以期能夠做為GAL4系統(tǒng)的備選或和其結合使用。他們在面包粗糙鏈孢霉（Neurospora crassa）中發(fā)現(xiàn)了一個很好的候選系統(tǒng)，命名為Q系統(tǒng)。Q系統(tǒng)包括轉錄激活子QF。OF能夠結合它的抑制子QS和特異序列Q-UAS?？崴嶙⑷牍壯褐校軌蛞种芉S的活性，這是在另一水平控制轉基因表達。盡管其他的雙元表達系統(tǒng)都能夠達到相同的調控水平，“但是Q系統(tǒng)集聚了所有的特點”， 駱利群解釋說。

 

GAL4系統(tǒng)常見的應用是利用MARCM技術建立鑲嵌型動物細胞體系。利用MARCM技術，某個細胞分裂伴隨著其子細胞中轉錄抑制子的消失，結果是細胞標記物的表達完全在這個細胞以及它的后代中表達。MARCM廣泛用于世系分析，神經(jīng)回路追蹤，高分辨率的基因功能鑲嵌型分析。駱利群研究組也是MARCM發(fā)明者，現(xiàn)在基于Q系統(tǒng)的MARCM技術能夠和GAL4-MARCM一起使用，獨立地標記和調控細胞中的兩部分，并可以研究細胞間的互作。

 

使用這種“成對MARCM”方法，駱利群研究組跟蹤了果蠅世系和果蠅嗅覺系統(tǒng)和翅膀成蟲盤中的細胞分裂模式。他們認為有機地結合這兩種雙元表達系統(tǒng)得到了一套新的表達模式，使得能夠對特殊細胞進行遺傳研究。

 

毫無疑問，GAL4系統(tǒng)一個主要的優(yōu)勢是它能夠通過果蠅群體產(chǎn)生幾千GAL4果蠅系控制許多細胞類型。同樣，更大群體應該產(chǎn)生出大量的具有不同表達模式的QF系。眼下Q系統(tǒng)的局限性在于不能夠建立普遍適用的表達QF的轉基因果蠅。

 

Q系統(tǒng)也可以應用于哺乳動物系統(tǒng)。下一步工作將會研究這種工具在小鼠、蠕蟲和斑馬魚轉基因中的應用。