3.6 果蝇：仍然是遗传学和分子发育生物学的国王

　　自从Morgan使果蝇成为经典遗传学的主要模式以来已有近100年了。果蝇的生命周期快、繁殖容易和可进行基因定位研究的巨大的多线染色体等特性使它最适合用于遗传分析。然而，只是在1978年E.B.Lewis引入同源基因复合体之后，果蝇才成为发育生物学最重要的模式材料。有两方面研究特别成功：由Christiane Nusslein-Volhard和Eric Wieschaus进行的特异性控制发育基因的基因诱变研究和David S.Hogness，Gary Struhl，Walter J.Gehring等对分子生物学新工具的利用的研究。

　　3.6.1 简短的生命周期

　　果蝇从孵化到孵化出生命的周期约2～3周（图3-12）。胚胎发生只需1d；幼虫经历三个阶段，到第四天蜕皮分离。然后它自身包裹一层新角质，这个过程称蛹化（puparium）。在蛹中，它经过历时5d的变态。成年果蝇存活约9d。果蝇发育的许多特性反映出它非同一般的快速生命周期在进化过程中所走的路，在进化过程中它也发展了一个高速生产成熟卵的特别有效的手段。

　　3.6.2 卵子发生：为未来作准备

　　果蝇卵细胞在产生过程中就已经参与快速胚胎发育。由于此特性，果蝇的许多发育遗传特征引起特别注意。

　　果蝇卵在称为卵巢管的管中形成。卵巢管由横向的壁分成许多小室（图3-13），构成卵巢管管壁并围绕未来卵细胞的细胞叫滤泡细胞（follicle cells），与脊椎动物卵巢中的卵泡细胞类似。每个小室中有一个雌性原始生殖细胞，即卵原细胞（oogonium）。卵原细胞经过四次有丝分裂产生16个细胞，这些细胞通过称为并合体（fusomes）的胞质桥保持内部连接。在聚集中心，16个细胞中的2个与4个姐妹细胞相连，这2个细胞中的其中一个将成为卵母细胞（oocyte），剩下的15个姐妹细胞将成为滋养细胞（unrse cell）。卵母细胞为双倍体，后来在减数分裂过程后变成单倍体；而滋养细胞由于反复进行DNA复制而成为多倍体。滋养细胞基因组的这种扩增使其具高转录活性，它们将供给卵母细胞大量的核糖体和包裹在核糖体蛋白（RNP）颗粒上的mRNA。核糖体和RNP由滋养细胞排出并经并合体运输进入卵母细胞，供正在发育的卵使用，使这些卵在不可能逃离捕食者时，能迅速通过胚胎发生的危险期。

 

　　在卵子发生后期，滤泡细胞帮助营养卵母细胞，介导大卵子的主要成分——卵黄的供给。卵黄在卵细胞外称为“脂肪体”的地方以卵黄原蛋白和卵黄高磷脂蛋白的形式合成。这些脂蛋白和磷蛋白被释放到中间体腔液（血淋巴）中，被滤泡细胞收集再传递给卵母细胞，卵母细胞接受这些物质后，把它们储存于卵黄板和卵黄颗粒中，用以构造一个氨基酸、磷酸和能量的储藏室。

 

　　卵母细胞只是一个消费者，它自身的细胞核不具转录活性。母源滋养细胞、滤泡细胞和脂肪体细胞利用自身的基因和细胞资源制造所有输入卵母细胞中的物质。因此，基因产物是母源的，并携带母源信息。当这些基因影响卵子胚胎发育时，它们就被称为母源影响基因（maternal effect genes）。

　　最后，滤泡细胞分泌多层绒毛膜（一层包裹卵子的硬膜）。卵壳前端一个称为卵孔的管道保持开放，允许精子在卵子离开母蝇前进入。和陆栖脊椎动物一样，果蝇的授精在卵巢最后部位进行，该部位行使输卵管的作用；在交配时，精子储存在受精囊中供母蝇终生使用。

　　3.6.3 高速的胚胎发生

　　3.6.3.1 卵裂果蝇的胚胎发育（图3-14）在产卵后立即开始，并在一天内形成能孵化的幼虫。这是一个非常快的过程。其卵裂称为表面卵裂，是异常的。细胞核以只间隔9min的高频率复制，直至经过13个复制循环约有6000个核出现为止。在此期间，卵子成为一个合胞体（syncytium）。当超过256个细胞核时期时，核开始移至卵的外周，定居皮质层。首先到达皮质层的是移到卵后部末端的核。在此之前，在母源基因oscar的组织影响下，含几种RNA（包括线粒体RNA）的极颗粒（pole granules）在这个区域积累。从卵母细胞和早期胚胎中移植的后部——极细胞质能指导合胞体内任何位置中的早期胚胎细胞核接纳生殖细胞的使命（这些移植的极原生质也能指导第二个镜像腹部（mirror-image abdomen）的形成（见3.6.4）。

　　在正常卵的后极，移入的核和极颗粒（pole granules）被细胞膜包裹并通过出芽的方式（如极细胞一样）排出（图3-14）。这些第一批胚胎细胞被指定为产生下一代的原始生殖细胞。在原肠形成时，极细胞迁移，穿过中肠上皮到达胚胎生殖腺（图3-15）。

　　其它核在卵皮质中排成一单层，此时，卵到达合胞体胚盘期。经过更多次的分裂后，最后产生6000个核。接着，细胞质膜沿核间内陷，最后细胞质环绕每个核封闭成一个个小室，即产生了细胞。这就是细胞胚盘期。细胞胚盘的腹部构成生殖带，产生胚胎固有层。

　　还有一些核留在中心卵黄团内，成为消黄细胞（vitellophages）（一种错误命名，因为核不吃卵黄）。到发育晚期，这些核也被包裹在细胞中。在一些昆虫中，这些消黄细胞被认为参与了中肠形成。但最新文献对果蝇中这些细胞没有赋予这样的功能。

　　3.6.3.2 原肠形成和早期胚胎发生身体形成是从生殖带腹部中线开始，并发展到卵背侧。原肠形成包括两个主要的、独立的事件：

　　1.内胚层形成（图3-15）内胚层由前部和后部中肠内陷形成。两者内陷深入内部，彼此靠近，最后融合形成中肠。当凹入加深时，囊胚层缩起形成原口（stomodeum），然后将产生前肠和肛道（proctodeum），肛道将生成后肠。

　　2.中胚层和腹神经索的形成（图3-14，3-20）沿腹侧有一条宽细胞带，经过连贯的、形态发生的运动，细胞变形，形成一个上皮凹口，即形成腹沟（原沟）。腹沟加深、内陷并与卵内部合并形成一个带状中胚层。此后不久，这条带开始分散进入将来形成幼虫肌肉的细胞群中。原来伴随在腹中线中胚层带两侧的两束细胞带含神经生成细胞，神经生成细胞从保留的成表皮细胞上分离

 

　

　　成单个细胞，分层进入内部，介入中胚层与外胚层之间，然后这些细胞分开，生成成神经细胞团。这些成神经细胞团衍生成腹神经索。

　　3.脑 视叶原基形似一个基板（囊胚层的局部加厚），并内陷。分层的成神经细胞提供了更多的材料来构建脑。

　　4.背部闭合 外胚层的背部边缘和内部器官的边缘朝背部卵黄中心生长直至彼此相遇并沿背中线融合。

　　还有一些不重要的事件如生殖带的短暂扩展和羊浆膜内膜的形成等，本书就不做叙述。

　　3.6.3.3 分节和基本身体模式与此同时，分节开始。身体开始分成周期性重复的单位。从基因表达水平上分，分节开始于合胞体囊胚层期。但形态上看，只有当中胚层被分裂成方块体，原沟在外层外胚层上皮出现时才看得见。外表上，身体模式可区分出14节，开始时这14节很一致，后来就变得不一样了。

　　生殖带本身又分成三个主要体节群（thagmata）。苍蝇幼虫只能通过辨别幼虫角质层上许多可见的特征来识别其不同体节和体节群。这些特征包括背毛，腹小齿，气管的气孔和感觉器官。变态后，成年果蝇中这些差别很显著。末端顶节（bow）和约7

　　3.6.3.3 分节和基本身体模式与此同时，分节开始。身体开始分成周期性重复的单位。从基因表达水平上分，分节开始于合胞体囊胚层期。但形态上看，只有当中胚层被分裂成方块体，原沟在外层外胚层上皮出现时才看得见。外表上，身体模式可区分出14节，开始时这14节很一致，后来就变得不一样了。

　　生殖带本身又分成三个主要体节群（tgagmata）。苍蝇幼虫只能通过辨别幼虫角质层上许多可见的特征来识别其不同体节和体节群。这些特征包括背毛，腹小齿，气管的气孔和感觉器官。变态后，成年果蝇中这些差别很显著。末端顶节（bow）和约7个头部体节融合形成头。7个融合的体节数由如engrailed和wingless基因的表达模式衍生而来，这些基因正常情况下沿体节边缘表达（看下面体节极化基因部分）。7个头部体节[3个前颚（pregnathal）和4个颚（gnathal）]为形成中枢神经系统（CNS）提供成神经细胞。CNS由上噬神经节（脑）和下噬神经节组成，三个后（颚）体节，分别命名为大颚、下颚和下唇（Mb、Nx、Lb），是制造嘴吃东西的工具。而幼虫的头缩入体内，从外观上看，幼虫的身体从三个胸体节开始：T1=前胸节，T2=中胸节，T3=后胸节。成年果蝇中，每对胸体节承受一对足，中胸节承受一对翅膀，后胸曾经是第二对翅膀但后来演变、缩小成称为平衡棒的振荡体，它是一个装备有感觉器官，用以控制飞行中风引起的扭转的结构。

　　果蝇或它的幼虫的腹部由8个体节组成（从A1到A8），后部末端尾节（在盖板后）不属于真正的或完整的体节，前部末端体节也是如此。

　　3.6.4 控制躯体模式的基因

　　果蝇的早期胚胎发生是通过其蛋白质产物影响其它下游基因的活化状态的基因来操纵的。这些调节基因产物包括DNA-结合区，并通过控制转录发挥作用。现已分离出三类控制发育的基因（图3-16）。

 

　　3.6.4.1 影响躯体坐标建立的（轴决定）的母源基因初级轴或坐标预决定了果蝇身体的基本双侧对称结构。要获得这样一个结构必须建立两个轴：前后轴和垂直于它的背腹轴。在果蝇中，轴决定是在基因影响下发生，这些基因是母源基因而非胚胎本身的基因，基因产物成为建立这些坐标的基础。当雌性突变体产的卵所孵出的胚胎没有明显的身体分界或分界位置不对时（即使这些卵外观看似正常），这些母源基因的存在就被显示出来。遗传分析揭示是母体的突变遗传表型而非胚胎遗传型导致这种结果。

　　轴决定基因在母体器官卵巢管中的滋养细胞或滤泡细胞中很活跃。这些基因编码的产物以包裹着RNP粒子的mRNA形式经通道进入卵子内，并在卵子受精后被翻译成蛋白质。这些由母源信息决定的蛋白质不直接参与胚胎构建，而是形成形态原梯度。因此，它介导整个卵空间分成不同命运的亚空间（见Box 4中“形态原”定义）。大约已分离出30种不同的、这样的基因产物。

　　这些母源效应基因（maternal effect genes）分成以下几类（图3-16，3-17）：

　　1.影响前-后极性的基因

　　·有bicoid（bcd）的前部群

　　·有nanos（nos）的后部群

　　·有torso和caudal的端部群

　　2.影响背腹极性的基因

　　·dorsal（dl）和toll

　　1.影响前-后极性的基因bicoid基因的产物已引起特别注意。bicoid的mRNA通过未转译的3'-区锚定在卵前极而直接进入卵内。bicoid信使使卵前端成为组织中心。在发育的头数分钟内，bicoid信使被转译成蛋白质。BICOID蛋白质对扩散有一定的限制力；因而建立了BICOID蛋白梯度，前极BICOID蛋白浓度最高，并沿卵的纵轴方向延伸至一半的地方。bicoid突变体造成BICOID产物缺陷。如果两个等位基因都缺陷（一个同源异型框子无效突变），则幼虫无头和胸，顶节也被一个反向的尾节代替。与之形态相似的是bicephalic 突变体：其幼虫两端各有一个头，且两个头是镜像对称排列。这种具Janus头的幼虫是因为卵母细胞与两端的滋养细胞临接，接受两端的bicoid+mRNA供养所产生的。

　　双头幼虫也能通过实验注射克隆的野生型bicoid+信使到正常卵的接近后极的部位产生。这样得到的双头幼虫是真正的bicephalic突变体的表型复制体（phenocopies）。

　

　　BICOID蛋白结合到卵前区的胚胎细胞核上，它含一个螺旋-转角-螺旋结构区（helix-turn-helix domain），由该基因的同源异型框（homeobox）衍生而来。由于具有这个结构区，BICOID蛋白可以连到其它基因的启动子上，并把这些基因置于自己的控制之下。被活化的下游基因是胚胎基因，称合子基因（zygotic）。

　　BICOID蛋白梯度被认为是提供位置信息（positional information）。当卵前部BICOID蛋白浓度增加时（通过遗传操作母体），头和胸的边缘都向后移，头和胸的相对大小也增加（图3-19）。大量BICOID蛋白启动基因的头特异性（head-specific）结合，低浓度的胸特异性（thorax-specific）结合；图式形成系统利用浓度阈值来定义身体区域的边界线（Box 4）。合子（胚胎）基因通过BICOID转录因子启动。bunchback是首批待表达的基因之一。开始bunchback信使广泛分布于合胞体卵小室中，但由于抑制了NANOS蛋白的影响，它在体内的空间表达区被限制在卵前部的2/3处。

 

　　后部组织中心受母源效应基因nanos和oskar产物控制。这些基因的信使位于后极。把后极的原生质移植到前极会产出一个有第二镜像的腹而非头的幼虫。bicaudal突变体也有这种表型，它形成一个完全的、两镜像对称的的腹部，而不是身体前部。

　　在野生型胚胎中，NANOS蛋白从卵的后部扩散，形成与BICOID蛋白梯度方向相反的浓度梯度。然而，与BICOID不同，NANOS不是一个转录因子，不能结合到DNA上，而是通过卵后部bunchback信使核糖体抑制转录。

　　torso基因编码作为一种细胞外信号分子受体的一个跨膜蛋白。这个信号分子或其前体被卵两端的怒泡细胞储存在卵细胞膜和覆盖卵的卵黄膜之间的卵黄周隙中。TORSO受体（一种酪氨酸激酶）被配基占据后能介导身体末端结构、顶节和尾节的形成。同源异型框基因caudal也与特化尾节有关。

　　2.影响背腹极性的基因前面描述的torso的作用，toll也有。母源toll信使用于给卵细胞提供跨膜受体，以感觉外部并提示胚胎何处制造腹侧（图3-17）。与终止信号的情况一样，特化腹侧的外部提示被放在并锚定在卵细胞周围的外卵黄膜上。这个信号本身似乎是母源效应基因sptzle（以一种德国饺子命名的）的一个产物通过一种蛋白酶从锚定复合体中释放出的。因为SPATZLE前体存在于卵子的腹侧而不是背侧，因此，只有腹侧的受体能找到配基。然后，被配基占据的受体才能组织并指导一个内部机制，影响DORSAL蛋白重新分布。这种重新分布是通过卵子腹侧的、受体介导的DORSAL蛋白磷酸化实现的。

　　在整个卵子中开始都发现有新转译的、天然DORSAL蛋白，但经过磷酸化后，它被转移到胚胎细胞核中。和BICOID的情况一样，最后，我们在细胞核中也看到DORSAL累积梯度，但现在其最高浓度是在胚胎腹侧的细胞核中（图3-17，3-20）。因为对遗传学专有名词不熟，定义“dorsal”可能是个错误，因为在正常胚胎中，这个蛋白限于在腹侧。然而，当基因dorsal缺失时，胚胎不能产生腹侧结构，整个个体将呈现背侧外观；这个胚胎就被说成背部化（dorsalized）——因此而产生了这个基因和其产物的名字。

　　在正常胚胎的囊胚层中缺乏DORSAL蛋白的细胞将反过来释放一种因子到背侧卵黄周隙中。这种因子为ddp基因编码的DECAPENTAPLEGIC因子，属于“生长”因于TGFβ家族（爪蟾中的诱导因子活化素也属此类）。细胞外DPP梯度和细胞内DORSAL梯度帮助把细胞囊胚层再分成几个不同命运的区域：沿腹中线是未来中胚层的地方；双侧是神经外胚层带，将形成神经系统；靠背外侧是背外胚层，将来形成幼虫表皮（图3-20）。

　　3.6.4.2 影响身体分节的基因沿主轴来看，节肢动物（包括昆虫）的身体是由重复的组件（modules）组成。这些组件是组织和结构单位，它们最终成为可见的体节。由母源效应基因编码的转录因子启动的合子的（胚胎的）基因，如bicoid，参与模式形成，最后导致这些体节的建立。

　　然而，在体节沟真正形成之前，基因表达带并不是刚好与未来可见的体节吻合，而是逆着可见体节向前移动半个体节。果蝇学家将其称之为副体节（parasegments）。一个副体节包括一个未来体节的后半部和后面相邻体节的前半部。

　　分节是分步发生的。在合胞体囊胚层中，胚胎细胞开始生产它们自身的mRNA和蛋白质。其中许多新蛋白质是基因调控因子。这些因子并不沿身体均匀表达，而是空间上被限制在表达区（expressic zones）内。开始，这些区很宽，后来表达的产物更少，但带的数量增加了（图3-16，3-21）。现已分离出约25个参与未来体节精心构建的基因。形态一致的囊胚层中，基因表达顺序如下：

 

　　1.间隙基因（gap gene）。间隙基因出现在宽的、重叠的带内，包括基因hunchback（hb），Krüppel（kr；德语：跛子的意思）和Knirps（kni；德语：玩偶或侏儒的意思）的表达带。这些基因突变产生的缺陷产物引起幼虫体内成串的副体节丢失。在hb无效突变体中，构成几个副体节的一条带在身体中部丢失，另一条带在后第三个副体节中丢失。间隙基因表达之后接着配对法则基因表达。

　　2.配对法则基因（pair-rule genes）。不过，此时胚胎还没有细胞格式化（cellularized），胚胎核中基因表达的反复区带预示未来体节的来临。转录图式是难以预测的，但很引人注目。

　　配对法则基因每隔一个体节，以7条条纹图式（patterns of seven strip）表达。一条垂直的核纹表达一个基因，下一条带不表达，第三条又表达，依次类推。

　　配对法则基因包括相当多的基因，如hairy，even skipped，和fushi tarazu（ftz；日语：没几个体节的意思）。Fushi tarazu在奇数副体节表达，而even skipped在偶数副体节表达。因为胚胎要产生14个体节，所以就要表达7条fushi tarazu和7条even skipped。even skipped的果蝇胚胎突变体有7条条纹没有用，将被忽略不表达，幼虫就只剩下保留的7个fushi tarazu体节。相反，fushi tarazu基因突变的胚胎产出的幼虫就只有7条与完整even skipped基因表达区带相吻合的条纹。

 

　　3.一旦到达细胞囊胚期，体节极化基因（segment polarity genes）就把不同体节再分成更小的条纹。在前副体节中间划分最后的、可见的体节分界线中，有几个基因起了特别大的作用。这些基因是：engrailed（en），wingless（wn）和hedgehog（hh），及基因patched（ptc）（图3-21，9-4）。在其它节肢动物中也发现了这些基因，且显然执行相似的功能，而且在脊椎动物中也发现了与engrailed（en），wingless（wn）和hedgehog（hh）相关的基因（第9章）。

　　ENGRAILED蛋白出现在14条只有几个细胞宽的窄条纹中。当缺少适量的ENGRAILED蛋白时，每个体节后部的条纹会被完全一样的但方向相反的前部条纹取代。因此，这类基因被命名为体节极化基因。纯合engrailed突变体显示出与前部条纹镜象完全一样的体节。

　　在正常胚胎中，表达engrailed的条纹与表达WINGLESS蛋白的条纹相邻。这些相邻条纹间的界限标志着未来两个看得见的体节间的界限。

　　WINGLESS没有被整合到核内，而是作为一个信号分子从产地细胞中吐出（spit out）（图9-4）。

　　然而，信号不是毫无方向地散发出来，而是有一个前-后方向。例如，产生ENGRAILED的细胞也产生HEDGEHOG。HEDGEHOG蛋白暴露细胞表面，显示给表达WINGLESS的前面邻居。受此信号刺激，前部细胞反过来继续散发WINGLESS。因此，wingless和hedgehog的表达区稳定，并在核对时互相牵制。

　　在身体其它部位，如翅成虫盘（wing imaginal discs），产生了另一种HEDGEHOG，这第二种HEDGEHOG在细胞表面被切除并通过扩散传播到上皮细胞之间的间隙中。例如，它在成虫盘中扩散，后来在变态中，成虫盘又被用于构建成年蝇。在某些成虫盘中，与产生HEDGEHOG细胞层相邻的细胞层通过表达WINGLESS对HEDGEHOG信号做出反应，就象身体分节中那样。在其它成虫盘中，邻近产生HEDGEHOG细胞的细胞通过分泌DECAPENTAPLEGIC蛋白作出反应。

　　在脊椎动物中，与HEDGEHOG或DECAPENTAPLEGIC蛋白有关的、可自由扩散的蛋白行使控制和促进胚胎发育的功能（图9-4）。

　　在果蝇中，在中胚层脱离外胚层时也存在engrailed和wingless表达之间的相互作用。在原肠形成后，新形成的中胚层散发WINGLESS，在它的影响下，外胚层继续表达engrailed。

　　3.6.4.3 影响体节一致性的基因：同源异型基因同源异型基因最终决定身体体节将出现那一种特异类型。例如，一个指定的体节是成为一个无翅的前胸还是有翅的中胸或有平衡器的后胸，还是一个腹部体节？负责作出决定的基因是同源异型选择基因或同源异型主导基因。它们限定每个体节的个体一致性。在果蝇中，大多数同源异型基因是在第三条染色体上，排成两簇。一簇叫触角复合体（Antp-C）；另一簇叫双胸复合体（BX-C）。这两簇一起构成HOM复合体（图3-22，10-3）。

 

　　将形成头和胸的体节表达Antp-C的5个基因，胸和腹的体节表达BX-C的3个基因。这些基因缺陷可能导致惊人的同源异型转换（homeotic transformation）：形态正确的结构长在错误的地方。例如，特化承受翅（wing-bearing）的中胸需要触角足基因（Antennapedia）。在触角足基因（Antennapedia）显性突变体中，该基因在头以及胸部表达，相应地，头的部分转变成胸体节，而胸体节要承受的是腿而非触角：因而在头部出现的是一双腿，而不是一对触角（图3-23）。Antennaphedia位点nasobemia突变产生相似的效果。另一方面，纯合隐性Antennapedia突变体中，胸部有无功能的ANTENNAPEDIA蛋白，而触角从腿的位置长出。

 

　　通过近交收集几种同源异型突变的果蝇突变体中，平衡棒转变成翅膀（图3-23），因而，重新建立了进化上原始的四翅昆虫（返祖现象，atavism）。

　　Antp-C和BX-C基因排列在第三对染色体上，一个接在另一个后面。它们在染色体上的直线排列次序大致反映了它们表达上的时间和空间顺序。沿果蝇身体从头向后移动，首先将看到ANTP-C蛋白，并且，这些蛋白继续出现。在后面的胸部，第一个是BX-C蛋白，在腹部最后一个体节A8出现由HOM复合体的几个基因编码的蛋白，由Abd-B编码的最丰富的蛋白，最后是BX-C基因编码的蛋白。

　　在身体后部，BX-C转录的大量增加是因为抑制基因的产物浓度减少，特别是基因ploycomb（Pc）和extra sex comb（esc）的产物减少。由这些蛋白编码的蛋白在胸部的含量比后腹部丰富得多。

　　象BICOID蛋白一样，大多数蛋白质是由体节基因和包括有一个DNA结合区如锌指结合区（hunchback）或来自不同基因的同源框顺序的螺旋-转角-螺旋结构区的同源异型选择基因编码的。由于它们是DNA结合区，这些蛋白质反过来能作为转录因子控制其它下游基因。这是一个惊人的最新研究结果：在早期胚胎发育中，基因活性（gene activation）的等级串联被启动，早期表达的基因启动/关闭后面待表达的下游基因。

　　3.6.4.4 控制一个完整器官形成的基因：主导基因，eyeless 在果蝇中，一个大胆的实验成功了：在生物学历史上第一次获得一个人工诱导的器官形成。这个器官不是通过移植组织，而是通过一个基因直接异位表达获得的。这个实验是基于检测一个无眼突变体并分离出相应的基因，eyeless的目标成功的。当功能野生型等位基因在将发育成触角、腿或翅的成虫盘上表达时，果蝇体上这些部位长出额外的眼（图10-2）。第10章将更多地介绍这一实验。下面将详细解释“成虫盘”这一术语。

　　3.6.5 果蝇变态

　　早在第一个幼虫期，少部分细胞保持双倍体，而不象大多数幼虫的体细胞那样成为多倍体或多线染色体。这些细胞群的特定任务是在膜下构建成虫，即成年果蝇。在幼虫扁平的内腔中可以发现一个薄薄的上皮袋包裹着圆圆的东西，即为成虫盘（图3-24，16-2）。此外，单个成虫细胞分散到内部器官中，如肠或马氏管。成虫盘在变态过程中脱离包裹层，外凸并扩展，一块块组成外成虫。果蝇是一个由扩展的成虫盘组成的镶嵌体。

　　激素触发了变态的许多事件并使同步化。激素的释放是由大脑控制的，第19章将介绍有关激素控制的内容。为了理解下面描述的实验，只要知道在成年果蝇中又恢复了保幼激素的产生就够了。保幼激素起生殖腺控制激素（促性腺激素）的作用，它在成虫盘上与在幼虫上的作用一样：促进成虫盘生长但阻止其早熟成为成体结构。利用这一特性来实验扩增成虫盘（图3-25）。从幼虫体上手术取下成虫盘，切成碎块并移植到成年果蝇的体腔中，在保幼激素的影响下，这些碎块再生并长至正常大小。因此，用一个腿成虫盘可以克隆出成百个腿成虫盘。

　　如果人们想知道一条腿成虫盘是否依然是一条腿成虫盘，即决定状态是否一直保持并传递给其后代，那么克隆的腿成虫盘可以被放回到将要发生变态的幼虫中，然后与其宿主一起发生变态。在这个孵化的果蝇体腔里，可以找到一条腿，一个翅膀或成虫的其它部位的东西。通过这样的实验表明：正常情况下，决定状态可以遗传并保持许多代，人们称之为细胞遗传（cell heredity）。

　

　　然而，这个腿成虫盘偶而也会忘记自身使命。人们会发现本该生成腿的地方生出了翅膀，或该长翅膀的地方长出了腿。这种现象被称为同源异型转决定（homeotic transdetermination）。很显然，同源异型选择基因参与了此过程，但是是如何参与，决定状态是如何编程，以及这个程序如何在细胞分裂过程中复制等？果蝇将继续提供可能在别的系统中更难获得的答案。

　　3.7 被囊动物：常被引用为脊索动物门“嵌合发育”的例子

　　“嵌合发育”表达指卵被再分成不同特性的区域的传统理论（Box 1）。在卵裂过程中，这些特性将被不同地分配到子细胞中，这样分裂球就能独立于邻居自主地继续发育。

　　这个观点是依据老实验的结果，这个实验用细针来完成，目的是去掉某些细胞或把它们与其它细胞分开。在19世纪，法国研究者对畸胎学——胚胎畸形的原因很感兴趣。为了寻找一个实验可接受的系统，1886年 Laurent Chabry通过在被囊动物胚胎的分裂球上穿刺，产生畸形胚胎。因为这种缺陷是永久的，不能被保留的分裂球修正，Chabry得出结论：每个分裂球负责生成身体的一个特殊部分。1905年美国的E.G.Conkin叙述了带颜色的原生质如何分配到不同的卵裂球中。通过追踪这些卵裂球的命运，Conkin得出结论：细胞质的每个带颜色的区包含特异性的“器官形成物质”。

　　科学上常常发生这样的情况：即各个不同国家的研究者组成一个国际研究团体继续同一实验，如包括G.Reverberi（意大利，1947）；I.R.Whittacker（英国，1970-1990）；甚至日本的H.Nishida和其他日本研究者在内的国际研究团体用海鞘Styela picta 和Halocynyhia roretzi的卵进行的一个实验。

　　海鞘卵包含细胞质形态发生决定子，它负责编程细胞命运。这些决定子几乎均匀地分布于卵子中，但在受精后、卵裂前，经过一个叫卵质分离（ooplasmic segregation）的分类过程，开始以一种独特的空间模式排列（图3-26）。特别是，黄色的原生质包含一个启动肌肉特异性发育的成分，该成分可能是成肌素（myoD/myogenin）转录因子家族的一个成员（第10章，10.2），因为它与这些因子一起具有释放肌肉细胞分化程序的能力。这种海鞘因子在64-细胞期胚胎分离进入腹-后部8个细胞中。这些细胞早就获得预示肌肉细胞生成的分子成分（如，乙酰胆碱脂酶，F-活化素，肌球蛋白），它们生成幼虫尾的有交叉条纹的肌肉组织。与其他细胞分开后，含肌质的细胞能自动继续发育成为肌肉细胞。然而，人们也发现只有在创立者细胞已与邻近细胞接触才能产生第二个肌肉细胞。

　　这种情形与海胆，线虫和螺旋动物胚胎中的相似。这种母源遗传的细胞质决定子的工作，即使如被囊动物的一样精细，也必须通过胚胎细胞间的细胞-细胞相互作用来补充。对于单个细胞命运更详细的分配，这种相互作用是需要的，在脊椎动物胚胎中是显著的。