睡到自然醒blog

黑腹果蝇作为一种重要的模式生物，在发育遗传学及行为生物学中有重要贡献。在上一篇果蝇简介中，简要介绍了果蝇的优缺点，生长周期和染色体组的基本情况。当时说准备以后介绍下那时读到的一篇很好的文献，发现原来网上已经有人翻译出来了，看了下翻译的还不错。贴出来和大家分享。

英文题目：Rubin GM, Lewis EB. A brief history of Drosophila's contributions to genome research. Science, 2000, 287(5461):2216-8.
中文翻译：果蝇对基因组研究的巨大贡献--献给果蝇的礼赞，编译:Oriole

Drosophila melanogaster的序列在Science上的发表已经占有了举足轻重的地位，成为90年内组织研究的里程碑。无论是遗传或物理图谱，以及全基因组的突变扫描和通过基因转导产生的基因的功能改变对于多细胞生物的研究，这些小小的果蝇为我们的研究的进展披荆斩棘。在这里我们已经看到了在一些研究工作中，果蝇使我们在对动物基因组的理解产生了根本的理论和技术上的突破。在这世纪之交的时刻，在HGP正飞速进展的时刻，我们应该向小小的果蝇致以人类的崇高敬意！

Fig. 1. (A) Bridges (left) and Sturtevant in 1920. (B) Morgan in 1917. The photo of Morgan, who was camera shy, was taken by Sturtevant using a camera hidden in an incubator and operated remotely by means of a string. The books and microscope in the background were at Sturtevant's desk (1). Both photos courtesy of the Archives, California Institute of Technology.

1910年，Morgan决定用Drosophila作为他的遗传研究对象，并且从众多的突变中获得了一个至关重要的遗传突变，果蝇的白眼现象（野生型为红眼）。Morgan很快和他的三个得意门生（A.H.Sturtevant,C.B.Bridges, H.J.Muller)加入了Columbia大学的果蝇实验室(见图1）。经过5年的努力，他们阐明了遗传的染色体学说，这在当时具有划时代的意义。因为这些成就，1933年Morgan获得了诺贝尔奖，而更值得一提的是他们的控制突变型的交配和计算子代的独特的实验学方法。

1913年，Sturtevant构建了第一张遗传图谱，表明基因在染色体上的直线排列规律。在1914和1916年发表的两篇论文上，Bridges揭示了在雌性果蝇中存在X染色体的不分开现象，为基因确实存在于染色体上提供了第一个完美的证据；也证实了选择的可能性，染色体和基因都是独立的遗传因子，这些同时被其他人所确认。1918年，Muller介绍了平衡致死系的概念，染色体的倒置行为的交换抑制效应，可以保存带有致死基因的品系。这现在只可能在线虫发生，而对于小鼠仍然是不可能的。

基因的第一张物理图谱要归功于1933年Heitz&Bauer在果蝇Bibio hortulanus唾液腺发现了多线染色体。多线染色体可以很容易在显微镜下观察到，因为复制后形成的染色丝并不互相分开，而是纵向地密集在一起，所以唾腺染色体是多线染色体，成为细胞学研究染色体畸变的好材料 。The university of Texas T.S.Painter第一个意识到它们的重要性，在1934年发表了第一张Drosophila melanogaster多线染色体图，包括几个基因的染色体定位。在1935和1938年，Bridges发表了第一张多线染色体图谱，它是如此的精确，一直于直到今天我们仍在使用它。在做了大量的染色体重排的工作后，Bridges也构建了细胞发生学的图谱，把基因排放在特定的部分甚至特定的带（如图2）。现在我们知道这些图绘制的相当精确，把基因定位在小于100Kb的范围内。

Fig. 2. (A) Corresponding points in the polytene chromosome map and the linkage map for the tip of the second chromosome [modified from (35)]. The region shown covers about 5 Mb of DNA. (B) In situ hybridization (36) of a cloned segment of Drosophila DNA to polytene chromosomes, demonstrating the first mapping of a cloned gene to its chromosomal location [modified from (13)]

1927年，Muller认为辐射可引起基因的损坏和突变的发生，包括染色体的重排事件，可能是由于X射线诱导的，这个发现使他获得了1946年的诺贝尔奖。在30年代后期，两个研究小组表明了通过结合X射线诱导的染色体破坏带有空间断裂点，产生缺失和加倍的可能性。这种方法在1970年由D.L.Lindsley&L.Sandler 和14个合作人员系统地阐述，如何利用这种方法产生一系列的缺失和加倍，通过在约500Kb的范围内扫描常染色体。这项工作开创了后生动物全基因组扫描的先河，而避免了只观察表型而带来的混乱。有趣的是，我们注意到当时的对于Drosophila的整体研究，基因组的研究比现在占有更高的比例。

现代基因组研究可以追溯到1972年Stanford University D.S.Hogness写的，现已被公认的实验方法。利用此方法第一次成功地克隆真核生物DNA，一年后，Hogness计划利用可插入大的DNA片段的克隆构建所有染色体的物理图谱以便于染色体结构的细节研究（如图3）。第一个组织的随机克隆1974年早期在Hogness的实验室诞生，几个月后，一个被克隆的DNA片段被作图，定位在特定的染色体上（如图2B)。直到1975年早期，clone文库才代替了整个基因组，利用了一种新的克隆杂交的方法，利用这些基因组产生携带特定序列的克隆，到1978年底，利用"chromosomal walking"的方法，在λ噬菌体中克隆的长度超过200Kb染色体DNA的重叠片段被构建。1979年初，一个倒位被用于得到一个基因的第一个位置克隆，Ultrabithorax.到1980年末，许多突变的等位基因被定位到复合体的限制酶切图谱上，并显示染色体断裂或易位因子的插入的结果（如图4）。

Fig. 3. Diagram taken from D. Hogness's 1972 grant application (11) showing his proposed strategy for making a physical map of a whole chromosome, starting with ordering large insert clones based on the F factor [now known as bacterial artificial chromosomes (BACs)] and then subcloning each of these into bacteriophage lambda or plasmid vectors. "One could then obtain a set of overlapping segments covering all the DNA in the chromosome, and the overlaps between segments could be detected and mapped... . In this way, many of the sophisticated physical techniques can be applied in an ordered manner to specific segments of a Drosophila chromosome" (11).

Fig. 4. Poster displaying a partial map of the Bithorax complex displayed at the Stanford University Biochemistry Department retreat at Asilomar, California, in late 1980. Note the molecular mapping of various mutant alleles relative to the scale in kilobases derived from the restriction map of the cloned region.

1980年，C.Nusslein-Volhard&E.Wieschaus期望在动物身上进行系统的基因组范围的扫描操作，试图证实所有的基因都可包括在基本的操作过程中，一种以前只是在微生物中尝试的操作。他们在胚胎发育方面的工作很快在最重要的信号通路的组成上取得了重大发现。作为新一代的果蝇工作者，他们以极大的热情利用位置克隆和转位子标签技术在他们的视野内分离和侧序基因。由于他们的出色的工作，Nusslein-Volhard&Wieschaus分享了1995年的诺贝尔奖。    

在1981年后期，基因组操作取得了重大突破，利用易位因子载体获得转基因果蝇的方法被发展，从而利用基因转导技术成功地在一个动物身上获得了突变表型，即转基因动物。在利用果蝇获得的稳定的，单拷贝的，一体化的转基因技术已成为可以在一定范围内应用的强有力的技术，许多技术已适合其它的后生动物。这些技术包括1987年发展起来的利用增强子扑捉，根据基因的表达模式扫描基因的技术，1988年发展起来的大范围的插入带有工程易位因子的突变发生技术，1989年发展起来的可产生染色体重排的位点特异性重组和1993年发展起来的为控制异常基因表达的二元体系。

具有讽刺意义的是，在克隆和研究单独基因的成功要求强调一个有组织的基因组计划，这个计划被认为是不重要的。超过1300 个具有遗传特征的基因---在Drosophila占所有基因的近10%---已经被一些实验室克隆和侧序。在基因比例上已超过了任何其它动物的两倍，丢失功能的表型和序列已经被决定。并且，对于果蝇和其它的动物，少于1/3的基因当突变时具有明显的表型变化，强调了基因组侧序作为基因发现是一个非常重要的方法。

在这一期Science报道的Drosophila基因组的标注序列是公立和私立机构资助并共同努力的结果，也是第一个应用全基因组鸟枪方法对一个动物的基因组进行侧序。它为大范围的基因组的序列的注释提供了一个模式，也是来自5个国家的20个科研机构的40位实验和计算机方面的生物学家通过共同的努力所取得的成就。这些侧序和标注方面的成就继承了80多年一贯以来Drosophila研究所建立的合作的传统，象 J.Schultz所观察的那样"it derives from Morgan, and paradoxically has not so much to do with cooperation as with the paramount importance attached to getting on with the work. I cannot recall any instance of explicit discussion of the value of cooperation; it was always taken for granted, and taught by example" .(文章来源：pubmed，编译:Oriole)