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据上周《Cell》杂志两篇文章报道，发育过程中的果蝇，基本结构（body plan）的构建机制非常精确。这项发现颠覆“关键蛋白的表达水平不受严格控制”早期研究结果。
生物通报道：据上周《Cell》杂志两篇文章报道，发育过程中的果蝇，基本结构（body plan）的构建机制非常精确。这项发现颠覆“关键蛋白的表达水平不受严格控制”早期研究结果。
二十多年前，研究人员发现转录因子Bicoid，调控一系列决定果蝇基本结构前轴和后轴的基因的时空表达。这种转录因子在胚胎中形成一定的浓度梯度——躯体前端高浓度的Bicoid激活前端特异基因，后端低水平的Bicoid激活后端特异基因。研究人员将果蝇作为研究动物身体形态（body patterning）的模式系统。
《Cell》文章作者、普林斯顿大学Thomas Gregor说，之前的研究结果提示，Bicoid的表达水平没有被严密控制，但下游的模式形成（patterning）基因的表达水平很精确。为何无章法的Bicoid表达能够转换出精确的靶标表达，一直是发育生物学领域的一道未解之谜。由于之前的研究是在固定的组织中进行的， 此次，Gregor与其同事决定在活体果蝇中检测Bicoid的表达。他们将融合了绿色荧光色素蛋白基因的Bicoid基因插入黑腹果蝇的基因组中，利用双光子激光扫描显微技术（two-photon laser-scanning microscopy，TPLSM）对胚胎发育头三个小时中的Bicoid梯度进行定量。
第一篇文章中，作者介绍说受精后不到一小时，胚胎中出现Bicoid梯度。每次的核分裂过程中，子细胞核中的Bicoid浓度都会翻番。每次循环的开始，核Bicoid的浓度回到原先水平。
贯穿单次核周期的Bicoid核浓度的四倍性变化“真的令人震惊，” Hanes说。仍不清楚的是这种变化是怎样影响基因表达的，但是“这种研究Bicoid刺激其靶基因表达的机制的新方法将会对这个问题进行解释。”
他们还对Bicoid在细胞中的扩散进行了检测，以判断其梯度的形成方式。两个独立实验显示，Bicoid在细胞中扩散非常慢，但实际上，Bicoid浓度梯度形成的过程不到一个小时。作者推测，胚胎不同组织部位、胚胎发生的不同时刻，扩散速度有所不同。“系统工作的方式比我们想象的要复杂的多,”Patel说，“简单扩散不足以解释。”
第二篇文章中，Gregor与其同事发现胚胎能够区分Bicoid表达中的非常小的差异。
核中，10％的Bicoid浓度差异可以决定下游基因活化与否。而且在不同果蝇的相应区域中，Bicoid的表达几乎是相同的。
然而，有些研究人员认为，Bicoid的表达仍有可能含有许多可变成分。辛辛那提儿童医院Jun Ma（未参与研究）认为，Bicoid的表达在某种程度上仍然比较混乱。“我不能排除有多层正确的修改机制能够基本上确保系统工作完好。”如果控制Bicoid表达的机制如作者所发现的，这会导致另一个问题：“是什么使Bicoid梯度如此精确的？”
还有一个问题是，胚胎在决定各个部位需要活化的基因时，是怎样区分Bicoid浓度间如此之小的差异的。Hanes说，总之，这项发现“引发的问题和其回答的问题一样多。”（生物通 小粥）
参考文章：
T. Gregor et al., "Stability and nuclear dynamics of the Bicoid morphogen gradient," Cell, July 13, 2007.
T. Gregor et al., "Probing the limits to positional information," Cell, July 13, 2007.
图片显示的是受精两小时后的胚胎，核表面有被荧光标记的Bicoid蛋白（深蓝），Hunchback蛋白（浅蓝）和DNA（黄色）。两篇随同文章中，Gregor等利用TPLSM对这些胚胎进行成像分析，对成形素分子向单个细胞核传递位置信息的动力学特征和精确性进行量化分析。此例中，Bicoid梯度形成了明显的Hunchback边界（背景中放大），将胚胎一分为二。这种输入/输出关系在最显著位置被量化表示，每个点代表着每个核中的Bicoid浓度（横轴）和Hunchback浓度（纵轴），结果提示胚胎确定这种边界的精确度非常高，逼近简单物理原理的限定。
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