外文翻譯-基因組計劃在決定基因功能中的角色來自模式生物的洞察（譯文）

1、<p>　　基因組計劃在決定基因功能中的角色：來自模式生物的洞察</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　大量數(shù)據(jù)表明，從DNA序列到線上腦圖譜，都在公共數(shù)據(jù)庫中迅速被累積，并且人們對利用增長的強大的計算機分析完整的數(shù)據(jù)來滿足我們從DNA序列到生物學功能的研究具有很高的期望值。要到什么程度才能夠?qū)崿F(xiàn)呢？我們通過思考下列這些來檢驗這個問題

2、：不同進化世系里的基因數(shù)目；從果蠅、秀麗隱桿線蟲、斑馬魚、小家鼠、擬南芥、和釀酒酵母基因突變和基因敲除獲得的數(shù)據(jù)；在不同系統(tǒng)中基因調(diào)控動力學；能準確控制基因錯誤表達的基因轉(zhuǎn)錄方法的實效性；在不同世系生物體中被保存的各種各樣的進程。</p><p>　　我們的分析說明在數(shù)據(jù)庫本身不能夠決定生物功能，但會為設計合適的試驗提供重要的基礎。轉(zhuǎn)基因技術和遺傳學方法的應用——和總基因組序列及基因表達平臺數(shù)據(jù)庫信息、在發(fā)展中的

3、形態(tài)學變化、突變表型相一致——能夠加強我們解開控制基因表達和變異的多層網(wǎng)絡的能力。這些只是能夠在模式生物中迅速獲得，允許大部分人類基因組編碼的大約70000個獨立基因減少為小數(shù)目的多部件，這是知道生物化學功能的過程。</p><p>　　細菌和單細胞真核生物的基因數(shù)目從大約500到8000之間變化</p><p>　　細菌基因組計劃對自由活動的原核生物產(chǎn)生的蛋白質(zhì)和RNA分子的數(shù)目提供了很

4、準確的估計。他們的基因密度是1.1kb大約1個基因，說明基因數(shù)目從生殖支原體菌已知的473基因變化到黃色粘球菌估算的8000。</p><p>　　來自啤酒酵母菌基因組計劃的估算證實在這個真菌基因組中大概有5800的蛋白編碼基因。在極小的獨立生存的紅藻，如果這個單細胞藻類的基因密度和酵母相似，我們估算大約有5000基因。在原生生物尖毛蟲，大約有12000個基因。</p><p>　　具有非

5、常不同的組織復雜性的真核生物例如原生動物、線蟲、果蠅具有相似的基因數(shù)目，大約12000到14000之間。</p><p>　　在果蠅中，現(xiàn)在估計基因數(shù)目范圍在8000到20000之間。我們檢查現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，總結出果蠅中基因數(shù)目將近12000，數(shù)據(jù)接近尖毛蟲和線蟲。</p><p>　　果蠅單倍體基因組由兩部分組成，一個異染色體基因-缺乏 50Mb和一個常染色體基因-富含115Mb。50Mb的

6、區(qū)域不超過25個必需軌跡，組成大量衛(wèi)星DNA序列，核糖體基因和轉(zhuǎn)座因子。我們通過三種方式估算115Mb組分的編碼能力。首先我們通過分析文庫里的cDNAs來確定轉(zhuǎn)錄單元的長度，這個庫利用了cDNAs可以和基因組DNA對齊的278處。這些轉(zhuǎn)錄單位來自基因組的幾乎每個分區(qū)，并且在染色體活動中通過轉(zhuǎn)錄組插入和分子序列相似點在化學和電離輻射誘變屏和在設計用于分離行為突變體和腦部解剖突變體的誘變屏中分離獲得。共用外顯子產(chǎn)生一個或者更多的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄

7、基因組序列折疊為一個轉(zhuǎn)錄單位，并且它的長度在相關基因組序列的基礎上進行測量，是從RNA起始位點到聚腺苷酸化位點。多重轉(zhuǎn)錄是由于自身起始位點出聚腺苷酸化位點的改變或者是單位點的選擇性RNA剪接產(chǎn)生的，不是多基因而是單轉(zhuǎn)錄單位的變體。</p><p>　　當按一一排列時，278個用于分析的轉(zhuǎn)錄單位占有2.4Mb的基因組DNA。如果這個比率普遍應用,115 Mb常染色體基因組可以容納13200個轉(zhuǎn)錄單元。這是一個過大的

8、估算,因為115 Mb的部分包含至少15 Mb的可移動元件,因為我們已經(jīng)不允許轉(zhuǎn)錄單元之間存在任何的調(diào)節(jié)DNA序列且不包括超過100 kb的轉(zhuǎn)錄單元。我們的第二個設想是利用了只有兩轉(zhuǎn)錄單元的最小量的那些例子，它們可應用在基因組DNA的任何相鄰段,因此包括轉(zhuǎn)錄單元之間的DNA。在1.7MbDNA嵌入的158轉(zhuǎn)錄單位的范圍，每個基因組大約是11000。我們的第三個猜想是對多聚核糖體mRNA雜交數(shù)據(jù)的重新評估，它最初是基于mRNA平均大小12

9、50nt。從現(xiàn)在的分子數(shù)據(jù)可以估算出mRNA的適當長度是2100nt，進一步獲得了10000轉(zhuǎn)錄單元的估算?；诳寺〔牧蠌?1000變化到大概13000轉(zhuǎn)錄單位的兩個最可靠的估算，我們將12000當成果蠅蛋白質(zhì)編碼基因的數(shù)目的工作數(shù)據(jù)。</p><p>　　其他生物的比較顯示,單細胞原生動物、線蟲的蠕蟲、果蠅發(fā)育和功能用到了12000到14000個基因(表1)。這三個例說明，在形態(tài)學復雜性上具有較大差異的不同生物

10、體，具有相似的基因數(shù)目?；驍?shù)目本身不太可能為生物體的復雜性提供有用的策略。在被遺傳單位占有的DNA的平均數(shù)目不斷增加，在細菌中是1Kb，酵母中2Kb，果蠅中10Kb，很可能反應了后生生物體中對順式作用元件的增長性需求。</p><p>　　在所有的后生動物中核心生化途徑及機制的數(shù)目相似</p><p>　　多聚核糖體mRNA數(shù)據(jù)證實魷魚至少有35000個基因（Capano et al.,

11、1986），且我們根據(jù)克隆mRNA長度從四倍體煙草的重新評估數(shù)據(jù)顯示這個植物大約有43000個基因。因此，假設魷魚和煙草估算是基于在單一方法上是獨立、精確的，包括脊椎動物在內(nèi)，當前多細胞真核生物的基因數(shù)目的變化從大約12000到43000。人類和老鼠基因組被認為有大約70000個基因。雖然到1995年，10月，公共數(shù)據(jù)庫中可應用的人類表達序列標簽（ESTs）超過270000 ，但是還不清楚有多少基因通過這種方法被鑒別。就目前掌握的信息來

12、看,人類基因組可能少于50000或多于100,000基因。這種不確定性不大可能得到解決,直到大量基因組樣本被測序，使EST數(shù)據(jù)庫部分基因代表被測定。</p><p>　　為什么是哺乳動物基因可能是線蟲和果蠅的四到六倍?一種可能性是,哺乳動物的重要組成部分隨著多倍體化的發(fā)生而增多,多倍體化是在大部分單細胞和后生世系中的一個普通的進化特點。在哺乳動物中復制途徑,然而,可能采用特殊的表達模式和生物功能。如果基因組計劃驗

13、證人類與老鼠的基因組八倍體的本質(zhì)的基礎,然后基本脊椎動物基因數(shù)目可能和的果蠅和蠕蟲相似,大約12000到14000個基因。有趣的是，尾索動物的基因組大小和重復DNA 含量與果蠅相似。(約翰andMiklos,1988)。如果這是一個基本的脊索動物基因組的標志,那么蒼蠅,線蟲的蠕蟲,早期脊索動物和人類的核心生化途徑和機理的數(shù)量也不太可能大大不同哺乳動物的基因組的進化被認為包括一個古老的基因組至少的兩次全基因組復制，(荷蘭等問題,1994)

14、,同時許多大基因家族發(fā)生亞染色體片段復制和大量基因復制(Lundin,1993)。</p><p>　　在基因組水平復制有多廣泛？流感嗜血桿菌的分析表明,30%的1760個基因復制基本上是相同的產(chǎn)品(布等問題,1995)。大腸桿菌概算表明4100個基因46%的基因副本可以辨認(Koonin等問題,1995)。在酵母、公布的基因組序列顯示,5800個基因至少有14%是清晰的復制。在線蟲、果蠅、老鼠和人類,,沒有足夠

15、的數(shù)據(jù)說明復制基因比例。在老鼠和人類基因組大多數(shù)的基因的存在是多基因家族,多基因家族有些成員存在數(shù)百到幾千年了。估計有2000個左右的蛋白激酶,磷酸酶也許多達1000個(獵人,1995)。相比之下,蠕蟲估計有350的蛋白激酶和80個磷酸酶(霍奇金氏病等問題,1995)。然而,如果哺乳動物的基因組最小的八倍體,那么鼠和人類基因組的相當一部分比例,至少在剛開始時,由重復的產(chǎn)品組成。關于基因數(shù)目增加趨勢的事例支持這個觀點:果蠅 的Ras,Ra

16、f、Notch基因和Hox基因的聚類各有一個復制,而脊椎動物這些基因有三個或三個以上的復制。在多細胞生物中,一個基因的功能的多個復制可存在于一個基因組中,但是如果他們的表達模式不重疊,如果某個基因突變他們的產(chǎn)物是無法互相彌補。 搜集的信息存儲在數(shù)據(jù)</p><p>　　在酵母、蠕蟲、果蠅和老鼠中只有大約1-3個基因是生存必需的。</p><p>　　一些基因組變動的后果不可能通過正常的遺傳

17、過程得到彌補，并導致有機體在成年之前死亡。為了確定補償?shù)某潭壬?我們首先總結果蠅失活導致死亡的基因數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)與其他生物體比較。在果蠅基因組致死位點的數(shù)量被認為是大約5000個(Nusslein-Volhard,1994分;列文1994),但是新的數(shù)據(jù)允許我們來改善這個數(shù)字，使之下降。我們評價了公布27個受到大量的突變的不同的染色體區(qū)域的數(shù)據(jù)。從這個包括四分之一的果蠅基因組的大樣本,我們估計0在果蠅12000個基因中大約有360

18、致命的位點(表2)。</p><p>　　推算在線蟲大約14000個基因的基因組中有2900至3500個致死位點。這些概算是基于對蠕蟲基因組中的這三個區(qū)域的推斷，這三個區(qū)域大概組成8%的遺傳圖譜。</p><p>　　在釀酒酵母,5800中大約900個基因是細胞致死 ,和另外900個停止細胞周期進程或在特殊培養(yǎng)基中造成生長損害(Burns et al.,1994)。因此大約1800個基因完

19、全相當于多細胞生物致死類(表4)。</p><p>　　在擬南芥基因組中大約有500個致命的基因(Meinke,1994),據(jù)報道擬南芥基因組含有約25000個基因(Goodman et al.,1995)。是否這一發(fā)現(xiàn)是植物生殖過程和胚胎發(fā)育的特色、是否目前的估計的致命的基因數(shù)量或基因總數(shù)量其中之一(或兩者)不可靠，要等待未來的分析。</p><p>　　在斑馬魚,估計有大約5000個致

20、命的基因(Haffter et al.,submitted),雖然基因組中的基因總數(shù)在不被人所知。硬骨魚中基因組數(shù)目的估計是目前只有對紅鰭東方豚中基因組數(shù)目的估計，紅鰭東方豚被聲稱擁有和人類一樣多的基因(Brenner et al.,1993),雖然這個估計是基于一個樣本基因組的只有0.1%。</p><p>　　在鼠屬中,在致命的位點上的可用的數(shù)據(jù)在很大程度上來自三個來源:從Brandon等總結出的263個基因

21、敲除(1995年);諸如弗里德里希和索里亞諾從小啟動子限制分析(1991),從一個17號染色體上的t區(qū)域的突變分析(Dove,1987)。在263個敲除基因，大約有25%是胚胎致死。從表面的數(shù)字上看,這些數(shù)據(jù)表明,如果老鼠的基因組持有70,000個基因大約有18000致命位點。然而,這是一個基因的高度選擇樣本而對全基因組一個可靠的指導的程度還不為人所知。在啟動子限制研究中,24株敲除菌株中9株產(chǎn)生純合子胚胎致死,表明如果使用這些數(shù)字會有

22、大約 26000個致命的位點。在進行t區(qū)遺傳分析,找到17個致命的位點,就在這記錄樣品是根據(jù)老鼠基因組存在5000到10000個致命位點的數(shù)據(jù)獲得的(Dove 1987)。很明顯,老鼠基因組致命的位點的數(shù)量的估算是有不確定性的,它目前在5000到26000之間。</p><p>　　基因失活的表型影響取決于遺傳背景</p><p>　　基因的活化,刪除,或敲除數(shù)據(jù)的解釋必須謹慎對待(Eri

23、ckson,1993;Weintraub,1993;Thomas,1993;Crossin,1994;Pickett and Meeks-Wagner,1995),因為在實驗室的條件下檢測表型微妙變化是很困難的。此外，目前用于功能評估的方法通常都是適用的，小誤差通常被忽略掉。例如在酵母中，可能編碼醋酸出口泵的膜蛋白的缺失可能有小的表型影響。然而，在低PH和受醋酸影響時這些生長在葡萄糖的細胞會死亡(Oliver,1996)。在多細胞生物體

24、中，在多細胞生物,它是不可能充分理解一個基因敲除或基因擾動的表型影響。 例如在果蠅,十部分的第二位點突變抑制基因攝動的表型,這些修正在果蠅成長中累積，作為純合子的保存(Ashburner,1989)。很明顯,在人類簡單的單基因疾病是少見的(van Heyningen,1994;Mulvihill,1995;Brandonet al.,1995)。如下所述,完全了解突變引起的表型的改變要求不同細胞類型、發(fā)展階段,它在細胞活動的作用的知識以

25、及以不同的方式實現(xiàn)功能代償改變。</p><p>　　在不同的遺傳背景中，基因敲除可以導致不同的表型。老鼠的表皮生長因子受體敲除，在CF-1背景下，導致圍著床期死亡。在129 / Sv背景，有妊娠中期死忘。在一個CD-1背景、變異的老鼠存活3個星期左右(Threadgill等,1995)。 同樣,老鼠激活素 /抑制素B亞族敲除,在129 / Sv背景看不見的缺失,而在29/Sv C57BL/6 和129/Sv B

26、ALB/c 背景下滲透(Vassalli et al.,1994)。不同的遺傳背景可以讓或消除小鼠腸道腫瘤,在人類的繼承APC基因突變同一家庭的不同成員中有變化,APC基因突變誘導結腸癌(Dietrich等，Dietrich et al., which predisposes them to colon cancer(Dietrich et al., 1993)。同樣基因,人類表型譜和老鼠不同，網(wǎng)絡紅細胞受體酪氨酸激酶的變異是一個很好的

27、例子(van Heyningen,1994)。所有這些數(shù)據(jù)關注在已知的發(fā)生在不同的生物的發(fā)展網(wǎng)絡的補充彈性(Cros-sin,1994;Pickett and Meeks-Wagner,1995)。</p><p>　　在發(fā)育過程中幾乎所有的基因產(chǎn)物都被表達，并且在多個位點和時間都是有效的。</p><p>　　果蠅和老鼠的古基因研究顯示確定的基因影響表型的很多方面。事實上，Grunebe

28、rg(1952)第一次指出用于老鼠的所有的基因的研究考慮了任何多效性的影響。在果蠅也遵循基因多效性規(guī)則。在分子來說,如果一個蛋白質(zhì)(或RNA)在不同的地方,不同的時期,或兩者兼而有之有功能性要求，可以產(chǎn)生基因多效性。果蠅缺口跨膜蛋白的表達就是一個例子。在不同組織的不同調(diào)節(jié)活動的細胞相互作用涉及不同的配體。</p><p>　　在果蠅細菌排列和復眼進行了大量的功能要求的分析。數(shù)據(jù)顯示在卵子形成過程中，果蠅基因組中3

29、600個致死位點的75%是功能需要的，因為它們的表達產(chǎn)物的缺失會導致細胞死亡或不正常的卵子形成。眼睛發(fā)育的的裝配和神經(jīng)的連通性的分析產(chǎn)生一個相似出結果：3600致死位點的70%預計是眼睛發(fā)育的功能性要求。如果致死位點多效性與非致死位點沒有本質(zhì)上不同，那么基因組中超過70%的基因能用于構建器官系統(tǒng)。</p><p>　　進一步表明潛在的基因多效性基因表達的研究顯露出來,幾乎都揭露了一個基因在多個地方或多次表達。研究

30、將近600個隨機選出的在果蠅幼蟲中大腦表達的增強子夾線， 在神經(jīng)相同中，只有2條線專一性染色。大部分的線顯示中樞神經(jīng)系統(tǒng)外的表達有一些組織或器官特異性(Datta et al.,1993)。在一個相似的研究中，近20000個增強子夾線，超過15%在視網(wǎng)膜發(fā)育的早期表達，但是只有1個被發(fā)現(xiàn)在視覺系統(tǒng)上被限制(U.Gaul,L.Higgins,and G.M.R.,unpublisheddata)。此外，研究發(fā)現(xiàn)，在胚胎形成過程中，報告基因

31、在超過3700增強子夾線中在不同時間和不同地點過量表達(Bier et al.,1989)。大量的局部基因組活動的樣本，清楚的顯示幾乎所有的果蠅基因組在果蠅發(fā)育過程中至少在兩個不同的時間或者地點表達。然而，當?shù)鞍资枪δ苄员磉_，假定蛋白什么時候在細胞中表達是不保險的；表達模式方面可能只是反應了基因嵌入出調(diào)節(jié)網(wǎng)絡工作的錯誤結果。</p><p><b>　　基因結構和表達模式</b></p

32、><p>　　一個關于調(diào)節(jié)元件的功能測定的研究，是通過種間的比較結合轉(zhuǎn)基因分析來確定保守調(diào)節(jié)區(qū)域。例如，果蠅和黑果蠅的啟動子區(qū)域的四個視紫紅質(zhì)基因的DNA序列比較，顯示了核心序列的可交換保守序列，這個序列有一個額外的下游序列授予環(huán)細胞類型特異性。31個調(diào)節(jié)區(qū)域的詳細的突變研究揭示了突變時8個保守序列中7個出現(xiàn)功能缺失，23個非保守區(qū)域突變時沒有對正常功能產(chǎn)生干擾(Fortiniand Rubin,1990)。不同物種

33、間的計算機分析可能會揭示一部分基因的保守核心調(diào)節(jié)序列。種群之內(nèi)或者之間的保存程度等待試驗分析。這是非常明顯的，老鼠和人類之間的比較將是的確定哺乳基因的控制區(qū)域的首選方法(Ravetch et al.,1980)，為人類和老鼠基因組位于同一染色體測序提出了論據(jù)。</p><p>　　在發(fā)育中的所有調(diào)節(jié)部件的知識將會根據(jù)分子間相互作用和決定正常發(fā)育或生理應答的閾值提供什么程度的信息？我們轉(zhuǎn)向生物系統(tǒng)中與網(wǎng)絡工作、閾值

34、和非線性響應相關的組織(Edelman,1987,1988;Weintraub,1993)。許多生物系統(tǒng)功能是協(xié)同的而不是開關。例如酪氨酸磷酸激酶，和蛋白激酶協(xié)同作用產(chǎn)生特異生理響應(Fischer,1993;Cool and Fischer,1993)。此外，當轉(zhuǎn)錄因子和其他蛋白和DNA高和低的親和性結合，或者當DNA結合位點間的空間改變，產(chǎn)生閾值影響。例如高水平的Dorsal蛋白激活twist 和snail基因，而低水平抑制zerk

35、nult 和decapentaplegic(Jiang and Levine,1993)。多蛋白與蛋白之間的相互作用也對目標的親和性具有重大影響?；旧希S著轉(zhuǎn)錄控制主要區(qū)域的小小改變，協(xié)同相互作用能導致大的回應，轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化具有相同的作用。</p><p>　　組成一個多元亞單位轉(zhuǎn)錄復合物的蛋白質(zhì)的順序是很重要的,同樣裝配中的限速步驟和生理相關蛋白質(zhì)之間的相互作用也很重要(Struhl,1996;Goodr

36、ich et al.,1996)。然而,無論是裝配的順序還是限速都可以通過特異細胞活化的蛋白指數(shù)目和類型的知識由計算機分析推導出來。多元亞單位蛋白質(zhì)復合物的產(chǎn)物,是他們的轉(zhuǎn)錄復合體或者蛋白磷酸化受體停泊蛋白復合體,是非線性的。洞察他們的本質(zhì)不可能直接從任何數(shù)據(jù)庫的組合中獲得，因為他們本身的信息不具有明確的性質(zhì),而組合間的相互作用是依賴于時間,必須通過許多水平加以分析。為了深入了解這些倚賴于時間的相互作用,閾值和網(wǎng)絡,特別是在發(fā)育過程中,

37、需要對轉(zhuǎn)基因生物設計精確的分子變異。</p><p>　　在模式生物中大量的保存著核心細胞的進程和路徑</p><p>　　理解不同生物生長過程的問題是很復雜的，由于一方面在遠緣生物有高度保守基因和基因網(wǎng)絡,但另一方面有些基因和基因網(wǎng)絡于存在一個世系中,不存在于另一個世系中。例如，細菌基因組計劃證實了流行性感冒桿菌有68個基因用于氨基酸生物分析，而抗生殖器支原體只有1個。此外,在古細菌甲烷

38、球菌中大多數(shù)的基因被宣稱在其他生物體中沒有相同的基因。(霍爾頓,1996)。在釀酒酵母、30%以上基因在其他生物還沒有親屬基因(Dujon,1996)。此外,我們還不知道脊椎動物、無脊椎動物、真菌、植物、原生生物基因組中存在多少基因是獨特的世系。然而,一些基因的主要類別,特殊的世系具有明顯出特征。脊椎動物的免疫球蛋白基因免疫系統(tǒng)在酵母、蒼蠅、或蠕蟲病毒基因組未發(fā)現(xiàn)。Collagens are not found in unicellul

39、ar eukaryotes,and recep-tor tyrosine kinases appear to be a metazoan invention(Hunter,1994). 單細胞真核生物未發(fā)現(xiàn)膠原,受體酪氨酸激酶只存在于后生動物中(Hunter,1994)。</p><p>　　另一方面，成千上萬的蛋白質(zhì)隨著序列相似的變化程度，對很多世系是共同的，這些蛋白質(zhì)組成許多細胞的結構。功能保守也發(fā)生高水平。

40、在情況下，不只獨立的蛋白區(qū)域和蛋白，而且整個多亞單位復合物和生化途徑也是保守的。在某些情況下,這些復合物方式和途徑在生物體發(fā)育和生理的利用也是保守的。比如,眾所周知,酵母細胞內(nèi)蛋白質(zhì)運輸和突觸泡釋放的神經(jīng)元也保存蛋白成分(Rothman,1994)。在信號傳導途徑如那些涉及 Ras和 Notch級聯(lián),在酵母、果蠅、蠕蟲和人類之間許多蛋白質(zhì)成分是保守的(Wassarmanet al.,1995;Artavanis-Tsakonas et

41、al.,1995)轉(zhuǎn)錄因子的CREB已經(jīng)被牽涉在cAMP-PKA途徑，cAMP-PKA途徑參與軟體動物、節(jié)肢動物和脊椎動物中突觸的可塑性和長期記憶過程的形成(Greenspan,1995;Deisser-oth et al.,1996)。由果蠅、秀麗隱桿線蟲、雞的相同的細胞粘附分子的使用提供神經(jīng)元圓錐指導增長的系統(tǒng)發(fā)生保留機制的證據(jù)(古德曼,1996)。明顯的保守的例子甚至延伸到被認為沒有共同的祖先進程,如脊椎動物和無脊椎動物肢體形成&

42、lt;/p><p>　　評估功能的保守性比評估結構的保守性要困難很多。對結構,不同的基因組計劃將提供絕對基礎部件,如在不同進化世系里的核心組分蛋白質(zhì)域、蛋白質(zhì)、多種亞單位配合物等。然而評定一個功能的保守性，必需確定不止一個生物體的一個蛋白或途徑的功能。我們下面認為的,獲得基因網(wǎng)絡和調(diào)節(jié)元件的必要的知識需要復雜的遺傳和轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?而這些實驗目前只可能在一些生物上進行。一個重要的任務是確定在一個特定的血統(tǒng)的保守的核心流程

43、在何種程度上異常使用,與新的分子過程發(fā)明相對照,導致形態(tài)及生化新事物的產(chǎn)生(作進一步探討,Miklos,1993a,1993b;Miklos et al.,1994;Miklos and Campbell,1994)。在脊索動物世系中，這些新發(fā)現(xiàn)包括免疫系統(tǒng)、髓鞘的發(fā)現(xiàn)、電感受、紅外線切割?；蚪M計劃和轉(zhuǎn)基因技術不僅僅幫助確定在不同生物體基因水平的功能的互變的可能性，也選擇那個基因用于種間的遷移。</p><p>

44、;　　分析功能缺失突變需要補充研究基因錯誤表達的影響</p><p>　　通過功能缺失已獲得果蠅,鼠,斑馬魚發(fā)育過程中的很多知識和酵母細胞生物學(Nusslein-Volhard,1994;Mullins et al.,1994;Burns et al.,1994;Spradling et al.,1995;Brandonet al.,1995)。通過功能缺失表型分析得到的信息已證明在說明復雜的遺傳通路中是很有價

45、值的，如酵母細胞周期(Hartwell,1991)和果蠅胚胎早期模式形成(Nusslein-Volhardand Weischaus,1980)。然而，功能缺失研究由于一些原因很快受到了顯示條件的限制。首先，多數(shù)基因不容易檢測到功能缺失表型。第二，當獲得一個表型，只反應一個基因的部分功能，這些功能不能通過其他基因或者路徑得到補償。在很多情況下,這將只是代表生物基因的一小部分的功能。第三,基因功能的基因多效性使分析的復雜化了。例如,如果基

46、因突變阻止細胞增殖，然后阻止純合子突變細胞種群傳代，很難檢測這個基因在多細胞過程中的角色。如果一個突變導致胚胎致死，就很難研究這個基因在成年期的角色，雖然有時候利用溫度敏感性突變可能克服這些困難。轉(zhuǎn)基因動物中位點特異重</p><p>　　另外一個產(chǎn)生控制錯誤表達的研究是倚賴與位點特異性重組系統(tǒng)通過將基因與啟動子分開移除轉(zhuǎn)錄控制終止子。例如，果蠅基因在附近第二末梢軸線錯誤表達發(fā)育為果蠅的腿部(Diaz-Benju

47、mea et al.,1994)。dpp 和 wg的表達模式認為dpp表達 and wg表達細胞間的相互作用可能誘導了末梢附近軸線，這是通過功能缺失突變分析很難確定。dpp 和 wg在發(fā)育中都有較早和必要的作用，也能影響細胞增殖。有能力創(chuàng)造一個新的末梢附近軸上聯(lián)系wg表達和dpp表達細胞的異常位點驗證了利用不使用功能缺失突變的方式誘導末梢附近軸線的假說。從這個研究清楚的顯示未來工作將隨著日益強大的轉(zhuǎn)基因技術出現(xiàn)基礎分歧,將允許體內(nèi)多元發(fā)

48、育網(wǎng)絡優(yōu)秀和優(yōu)秀的排列。酵母、果蠅、老鼠是來完成在這些類型的操作唯一的生物體，使這些技術現(xiàn)在成為可能。當酵母、果蠅、蠕蟲,斑馬魚、河豚、非洲爪蟾蜍、雞、和鼠在對于解決普通問題，很大程度上持續(xù)貢獻著,雖然他們和人類對比有作為模型的局限性。</p><p><b>　　展望</b></p><p>　　我們相信我們關注的這些數(shù)據(jù)為為可能用于不遠將來的信息的多樣性提供了合理

49、的指示。</p><p>　　我們也相信，根據(jù)實驗的挑戰(zhàn)，下一個時期需要對轉(zhuǎn)基因生物學進行拓展：基因組內(nèi)進行多重誘發(fā)變異；不同機體之間穿梭交換的基因和調(diào)節(jié)序列的數(shù)目增加；越來越多的物種內(nèi)和物種間的自然變化用于理解部分的生物學網(wǎng)絡。</p><p>　　甚至在他們的整合形式中，數(shù)據(jù)庫有巨大的限制性。在個人識別碼發(fā)育和和體內(nèi)實驗條件下分析的情況下，他們沒有持有非線性應答和閾值的信息。 此外，比

50、較形態(tài)發(fā)生和比較大腦功能的基礎組織取決于生物系統(tǒng)對位置依賴、復雜性和退化的更深層次的理解。什么將是模式生物近期對理解人類的生物體的主要貢獻,從基因組計劃的獲得信息如何作用?當人類基因組可能包含大約70,000個基因,這些基因也許編碼只有幾百個生物進程的成分，例如,胺基酸的生物合成、蛋白的合成、分泌蛋白、細胞周期調(diào)控、信號轉(zhuǎn)導途徑,細胞-細胞和細胞-底物的附著。所有的無脊椎動物的模式生物基因組正在進行測序,果蠅基因系統(tǒng)顯示對人類的結構保守

51、的最高的程度((see for examples Sidow and Thomas,1994;Artavanis-Tsakonas et al.,1995),似乎有理由相信,這些生物過程大多數(shù)的組成元素和與其他過程交流方式,在果蠅和人類之間都被保留。也許更令人好奇的是發(fā)育及其生理功能的這些核心過程果蠅在和人類之間被多大程度上保留。如我們討論的，裝配基因進入途徑的實驗的工具存在于模式生物中，但不存在與人類中。在每一種模</p>