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Science:斑马鱼的条纹是怎么来的

2014年09月02日 浏览量: 评论(0) 来源:生物帮 作者:生物帮 责任编辑:wlladmin

摘要 : 德国马克斯普朗克发育生物学研究所的研究人员以斑马鱼为研究对象发现,黑色细胞、反光银色细胞和黄色细胞这些细胞如何产生,并形成“斑马”图案。这项研究成果有助于我们探索其他动物的图案是怎么形成的。相关文章发表于2014年8月28日的《Science》杂志上。

斑马鱼 (Danio rerio) 的名字源于其身体上的蓝色条纹与金色条纹相互交替。

斑马鱼 (Danio rerio) 的名字源于其身体上的蓝色条纹与金色条纹相互交替。

图片来源:MPI F.发育生物学/ P.Malhawar

斑马鱼,一种小的淡水鱼,得名于一种醒目的蓝黄色相间条纹图案。在幼鱼皮肤生长过程中,有三种主要的色素细胞类型——黑色细胞、反光银色细胞和黄色细胞出现,它们多层镶嵌,构成特征性的颜色图案。

众所周知,所有这三种细胞类型必须相互作用才能形成适当的条纹,但是,形成成鱼条纹的色素细胞的胚胎起源,直到现在仍然还是一个谜。

诺贝尔奖得主、马克斯普朗克发育生物学研究所遗传学系主任Christiane Nüsslein-Volhard的研究小组,利用斑马鱼作为模式生物,基于该实验室今年6月份的《Nature Cell Biology》杂志发表的一项工作,该研究跟踪银色素细胞和黑色素细胞的细胞行为。这两项研究描述了一系列实验,以揭示条纹图案形成过程中的细胞事件。

研究人员每天都对携带荧光标记色素细胞前体的每条幼鱼进行成像,持续三周的时间,来绘制出细胞行为。这使得科学家们能够跟踪单个细胞及其子代在活体生长动物条纹图案形成过程中的迁移和扩散。

该分析表明,这三种类型的细胞,通过完全不同的方式到达皮肤:位于胚胎背部的一组多能细胞产生幼虫黄色素细胞,其覆盖胚胎的皮肤。当鱼大约两到三周大的时候,这些细胞在变态刚开始时就首先繁殖。然而,黑色素细胞和银色素细胞来自于一小部分神经节相关的干细胞,靠近每个节段中的脊髓。黑色素细胞沿着节段神经迁移到皮肤,出现在条纹区域,而银色素细胞则穿过分离肌肉组织的纵向裂,然后在皮肤中进行繁殖和传播。

这项研究的共同作者Brigitte Walderich进行了细胞移植,以跟踪黄色素细胞的起源,他解释说:“我试图在胚胎中创建一小簇荧光标记细胞,它们能在仔稚鱼阶段被跟随,以解开黄色素细胞的生长和行为。我们惊奇地发现,它们分裂和增殖为分化细胞,在银色素细胞和黑色素细胞到达以形成条纹之前就覆盖皮肤。”

一个惊人的发现是,银色素细胞和黄色素细胞都能根据它们的位置,转变细胞形状和颜色。黄色素细胞紧凑紧密地覆盖在密集的银色素细胞,形成亮色条纹,将其染成金色,在条纹的黑色素细胞上获得一个松散的星状形状。银色素细胞稀疏地覆盖在条纹区域,将其染成蓝色。它们在密集形式远处再次转换形状,形成一种新的亮色条纹。这些细胞行为产生了一系列明暗相间的条纹。亮色条纹中银色素细胞和黄色素细胞密集形式的精确叠加,以及条纹中黑色素细胞上松散的银色素细胞和黄色素细胞叠加,可引起图案的金色和蓝色着色之间的鲜明对比。

作者推测,这些细胞行为的变化,可在鱼中产生多种多样的颜色图案。Nüsslein-Volhard称:“这些结果告诉我们关于其他鱼类颜色图案形成的思考方式,而且还包括那些我们不能直接观察其发育阶段的动物,例如孔雀、老虎和斑马。”

 

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