水生生物名：弗氏假鳃鳉（Nothobranchius Furzeri）
原文标题：Axis formation in annual killifish: Nodal and b-catenin regulate morphogenesis without Huluwa prepatterning
链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado7604
DOI：10.1126/science.ado7604
图：Nothobranchius Furzeri（一年生鳉鱼）
——摘要——
本文探讨了弗氏假鳃鳉（Nothobranchius Furzeri）的体轴形成机制，特别是探讨了在没有“葫芦娃”（huluwa）预模式化的情况下，Nodal和β-catenin如何调控形态发生。
传统上，鱼类和两栖动物的体轴形成始于母体基因产物的预模式。但鳉鱼的胚胎发生过程挑战了这一预模式化模型，因为其深层细胞完全分散，然后聚集形成胚层和体轴。
研究发现，在N. furzeri中，huluwa因子被截断且不活跃，而β-catenin的核定位在细胞聚集形成胚层时积累，而不是在早期胚泡的一侧选择性稳定。阻断β-catenin活性或Nodal信号传导会扰乱细胞聚集和胚层规范。Nodal信号在协调细胞迁移中发挥早期作用。这些结果揭示了与已建立的体轴形成机制显著不同的新机制：huluwa介导的预模式化是不必要的，而β-catenin和Nodal调控形态发生。
“青山依旧在，几度夕阳红？”🐟
传统发育模型VS鳉鱼的发育模式
在鱼类和两栖动物的传统发育模型中，体轴的形成通常依赖于母源基因产物的预模式（prepattern）。这些产物在胚胎的早期阶段就开始发挥作用，帮助形成胚胎的体轴。而Huluwa蛋白就是一个非常重要的预模式因子，通过稳定 β-catenin 来打破对称性。而一年生鳉鱼却玩起了“不按套路出牌”，它的 Huluwa 蛋白失活了，而 β-catenin 也没有在胚胎的某一侧积累。是不是和传统发育模式有所不同？
“都道晚凉天气好，有明月，怕登楼”🐟
探索鳉鱼的独特发育模式
弗氏假鳃鳉的发育过程
我们可以看到鳉鱼胚胎从散开到聚集的过程。黄色代表未被 EVL 覆盖的卵黄，洋红色代表中胚层。图片展示了胚胎在不同时间点的状态，细胞逐渐从分散状态聚集到一起形成体轴。黑色虚线圈出了聚集中心的位置。
Nodal 信号的分布
我们可以看到一年生鳉鱼在胚胎发育过程中的基因表达模式。此图展示了不同发育阶段Ndr2、Smad2、Lefty1、Chordin和Tbxta等基因的表达情况。在聚集初期，ndr2基因在细胞聚集的区域表达增强，Smad2在聚集中心的深层细胞核中表现出更强的信号，表明Nodal信号通路在此区域活跃。同时，Lefty1、Chordin和Tbxta等基因也在聚集区域表达，这些基因与中胚层和外胚层的形成有关。这些表达模式体现了一年生鳉鱼胚胎发育中细胞如何响应Nodal信号，进行迁移、聚集，并最终形成胚层和体轴。
Huluwa 蛋白的对比
对一年生鳉鱼与其他鱼类的Huluwa蛋白序列进行比较，可以看到，一年生鳉鱼的Huluwa缺少了保守的 C 末端结构域，导致其失去了传统的功能。通过将不同鱼类的Huluwa蛋白注射到斑马鱼中，发现一年生鳉鱼的Huluwa无法诱导背化，进一步验证了其失活状态。
β-catenin 活性对聚集的影响
使用化学抑制剂iCRT14阻断β-catenin与T细胞因子（TCF）的相互作用，发现阻断β-catenin活性会导致胚胎无法聚集，进一步证实了β-catenin在体轴形成中的关键作用。
Nodal对细胞迁移的协调作用
我们可以看到Nodal信号对细胞迁移具有协调作用。使用光片显微镜追踪胚胎细胞的运动轨迹，发现Nodal信号在细胞迁移中的作用。H和I对比了正常胚胎与Nodal信号被抑制后的胚胎，发现Nodal信号在协调细胞的方向性迁移中起关键作用。
“蓦然回首，‘策略’却在灯火阑珊处”🐟
一年生鳉鱼的发育策略
🐟 无预模式化（Without Prepatterning）的体轴形成：与许多其他脊椎动物不同，一年生鳉鱼的体轴形成并不依赖于母体提供的预模式化信号。在传统的体轴形成模型中，母体mRNA会在胚胎的特定区域形成预模式，指导后续的发育。但在一年生鳉鱼中，关键的预模式化因子huluwa是截断的且不活跃。
🐟 鳉鱼的深层细胞在发育早期会完全分散，然后通过细胞迁移和聚集来形成胚层和体轴。
🐟 β-catenin和Nodal信号的作用：β-catenin的核定位在细胞聚集时积累，而不是在早期胚泡的一侧选择性稳定。Nodal信号在协调细胞迁移和聚集中发挥作用，调控着胚层的形成和体轴的规范。
🐟 在野外，鳉鱼可能会进入一种称为diapause I的暂停状态，以在干旱季节生存。这种状态可以保护细胞，避免背轴受到损害。
🐟 具有自我组织能力：即使在没有预模式化信号的情况下，也能通过细胞的自我组织来形成体轴。这种能力在其他动物中也有发现，表明在面临挑战时，一些通常依赖预模式化的动物可能具有通过自我组织来形成体轴的替代能力。
——总结——
鳉鱼在体轴形成上的独特机制为我们理解胚胎发育的多样性和适应性提供了新的视角。其发育过程中的自组织能力和信号调控机制展示了自然界中生命演化的奇妙之处。这种灵活的发育策略可能是对极端环境的适应，使一年生鳉鱼能够在干旱季节中存活下来。
“不啻微芒，造炬成阳”，我们了解了一个物种如何通过独特的发育路径适应其生存环境，也对生命如何在多样性中寻求创新与适应有了新的认识。
