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）
作者：
2007-7-17