摘要
黑腹果蝇唐氏综合征细胞粘附分子（Dscam1）含有4个可变外显子簇，可以通过互斥可变剪接产生38,016种不同的蛋白质亚型。外显子4、6和9簇之间的可变剪接是相互独立的。外显子9簇包含33个可变外显子，编码完整的免疫球蛋白7（Ig7）结构域。Dscam1亚型可以作为细胞表面受体参与神经环路的组装，对神经元发育有重要作用。已有研究表明，果蝇神经元正常发育需要数千种Dscam1亚型的表达。那么，数万种Dscam1亚型对果蝇神经发育是否是冗余的呢？冗余的Dscam1亚型是否会作用于果蝇其它的生理功能呢？Dscam1Ig7亚型多样性会对果蝇的神经发育产生什么样的影响呢？针对以上科学问题，本文采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建保留不同可变外显子9的突变果蝇，根据敲除区域分别将其命名为DscamΔ9.7-9.18、DscamΔ9.14-9.29、DscamΔ9.14-9.33、DscamΔ9.2-9.27和DscamΔ9.2-9.30，并对Dscam1Ig7亚型多样性在果蝇生长发育、生殖能力、免疫胁迫、运动能力以及神经功能中的作用进行分析，结果如下。 本文观察了果蝇完整的生命周期，发现不同数量的可变外显子9被敲除后，果蝇的生长发育、生殖能力、免疫功能均受到显著影响，即Dscam1Ig7亚型多样性减少会使果蝇的生长发育存活率降低，生殖能力下降、抵御病原菌的能力减弱。其中，果蝇幼虫的生长发育以及雄性成虫的寿命对Dscam1Ig7亚型多样性的变化较敏感。但是，果蝇的爬管行为表明保留4个可变外显子9的突变果蝇的运动能力与野生型果蝇相比无明显变化。这说明Dscam1Ig7亚型多样性对果蝇的生长发育、生殖能力以及免疫胁迫是必需的。 在此基础上，进一步分析了Dscam1Ig7亚型多样性对果蝇的神经系统的影响。突变果蝇的蘑菇体形态展现出各种各样的缺陷表型，具体包括一个叶的缺失、一个叶变细、没有叶、两个叶变细以及叶截短。而叶截短、两叶变细以及无叶这种缺陷表型无法用Dscam1同源识别介导神经元自我规避的作用机制来解释。这说明Dscam1还存在其它潜在的调控机制调节果蝇的神经元发育。其次，本文发现蘑菇体正常发育的表型与Dscam1Ig7亚型多样性呈对数关系。同时，本文还利用UAS-Gal4标记技术结合免疫荧光染色检测果蝇的树突分支神经元，发现当突变果蝇表达两千多种Dscam1胞外域亚型时，Ⅰ类和Ⅲ类树突分支神经元能在相同领域共存。这说明上万种Dscam1亚型的表达对于果蝇神经元发育是冗余的，数千种Dscam1亚型的表达能够维持果蝇树突分支神经元的自我排斥和自我非我识别。 研究的结果表明Dscam1Ig7亚型多样性对果蝇的生长发育、生殖能力、免疫胁迫、运动能力以及神经发育是必需的，为Dscam1Ig7亚型多样性对果蝇神经元发育的影响提出了新的见解，拓展了研究者对Dscam1亚型多样性在果蝇发育中生物学意义的理解。
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