• 研究报告 •
吴镓琳1,詹前霖2,杨子安3,刘嘉玮1,李琳1,毛欧阳1,李胜1,张小帅1
1.华南师范大学生命科学学院,广州510006
2.南方科技大学前沿生物技术研究院,深圳518055
3.华南师范大学附属中学,广州510006Jialin Wu¹, Qianlin Zhan2, Zi’an Yang3, Jiawei Liu¹, Lin Li¹, Ouyang Mao¹, Sheng Li¹, Xiaoshuai Zhang¹
1. School of Life Sciences, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
2. Institute of Advanced Biotechnology, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, China
3. The High School Affiliated to South China Normal University, Guangzhou 510006, China摘要: 动物肢体再生是指某些动物断肢后,能够重新生长出与原来形态、功能一致的完整肢体。然而,动物肢体再生研究长期依赖于蝾螈(如墨西哥钝口螈Ambystoma mexicanum)和斑马鱼(Danio rerio)等少数脊椎动物模型,但二者均存在不同的局限。蝾螈的遗传操作体系尚不完善,且生殖周期较长;斑马鱼虽遗传操作相对便利,但其肢体再生能力主要局限于尾鳍,难以完全代表典型四肢附肢的再生机制。此外,两者均存在基因组复杂、实验成本高昂及伦理限制较多等问题,现有模型体系难以满足深层机制解析的需求。因此,开发兼具较强肢体再生能力和遗传操作优势的新模式动物成为本领域的重要方向。美洲大蠊(Periplaneta americana)具有稳定且很强的肢体再生能力、高质量基因组信息、对RNA干扰(RNA interference,RNAi)高度敏感从而便于基因功能筛选,以及实验室饲养条件简便、材料获取成本较低等优点,是研究肢体再生的良好模型。本研究以美洲大蠊为模型,探究了SP1(specificity protein 1)转录因子在肢体再生中的作用机制,该基因在昆虫肢体再生中尚未见报道。本研究通过RT-qPCR发现,SP1在肢体再生过程中表达显著上调。利用RNAi技术敲低SP1后,个体出现明显的再生障碍,无法形成正常腿部结构,功能实验证明了SP1对昆虫肢体再生的必要性。转录组测序分析表明,SP1可能通过调控前/后轴特化和胚层分节相关功能基因集来驱动再生进程,其功能缺失导致该两个基因集受抑,从而引起再生失败。综上所述,本研究验证了美洲大蠊可作为肢体再生研究的无脊椎动物模型的应用价值,并揭示了SP1作为进化保守的转录因子,通过调控前/后轴特化和胚层分节相关基因集而调控再生过程。本研究拓展了肢体再生模型的物种谱系,也为理解再生相关基因的跨物种保守机制提供了新的理论依据。