光片熒光顯微鏡揭示了紅面粉甲蟲發(fā)展的關(guān)鍵過程

科隆大學(xué)的一組研究人員首次成功地觀察了昆蟲中的羊膜囊。紅色甲蟲(Tribolium castaneum)是世界各地儲存的谷物的害蟲，是調(diào)查對象。利用紅面粉甲蟲的例子，生物學(xué)家們正在展示一種新的模型系統(tǒng)，用于探索動物組織的動態(tài)發(fā)展。在這種背景下，科技大學(xué)的紅面粉甲蟲首次使用了高科技的光片熒光顯微鏡。

在發(fā)育早期，在胚胎周圍形成保護性充滿液體的囊。在人類中，這個囊在出生時爆裂，但是在這些動物開始從它們的卵中出現(xiàn)之前，昆蟲胚胎周圍的囊已經(jīng)破裂。這種早期破裂對于昆蟲正常發(fā)育非常重要：如果昆蟲胚囊的完整時間過長，動物的背部將無法正常關(guān)閉。

紅色甲蟲中囊的上皮組織由兩層組織組成，即內(nèi)羊膜和外漿膜。然而，在過去很難研究羊膜胚胎發(fā)育時會發(fā)生什么，因為很難將其與漿膜區(qū)分開來。現(xiàn)在，研究小組已經(jīng)使用了基因工程紅面甲蟲，其中羊膜細胞產(chǎn)生熒光蛋白，可以在顯微鏡下觀察。這允許在甲蟲胚胎發(fā)育期間在活體標(biāo)本中觀察到羊膜。通過他們的觀察，研究人員能夠反駁11年前開發(fā)的這些組織結(jié)構(gòu)的模型。生物學(xué)家現(xiàn)在能夠證明這兩層是離散的，但在動物發(fā)育的不同點匯聚。

在囊破裂期間兩個組織層之間的相互作用對于昆蟲的進一步發(fā)育特別重要。用光片熒光顯微鏡觀察該過程是可能的。顯微鏡的高分辨率和高速度使研究人員能夠觀察到囊的破裂。“胚外組織中的小開口隨后迅速膨脹以釋放胚胎，”科隆大學(xué)艾美·諾瑟獨立初級研究小組負(fù)責(zé)人Kristen Panfilio博士說。

研究人員進一步證明，在囊破裂之前，甲蟲胚胎頭部附近的部分羊膜中的細胞具有特殊的形狀。“羊膜的這個區(qū)域首先分開，然后幾分鐘后漿液破裂。一旦兩層破裂，它們一起從胚胎中拉回來，就像枕套被從枕頭中取出一樣從里面翻出來，”該研究小組的Maarten Hilbrant博士解釋說。在正常的甲蟲中，這個過程非常迅速并擠壓胚胎的腹部。但是在基因操縱缺乏漿膜的甲蟲中，這個過程較慢，因為羊膜不夠強壯，不能自己擠壓胚胎。

“這兩種組織必須協(xié)同工作。實驗表明羊膜開始破壞紅色甲蟲胚胎的保護囊，漿膜驅(qū)動囊的剝離過程，”Panfilio總結(jié)道。進一步的研究現(xiàn)在將研究兩種組織作用背后的機制，以及羊膜和漿膜是否在其他相關(guān)昆蟲物種中表現(xiàn)出相似的行為。

該研究由德國研究基金會(DFG)的Emmy Noether計劃資助，協(xié)作研究中心CRC 572(“細胞陣列和細胞類型規(guī)范承諾”)和CRC 680(“進化創(chuàng)新的分子基礎(chǔ)”)提供儀器支持。 “)。以上文字的部分內(nèi)容摘自本研究的eLife摘要，“甲蟲羊膜和漿膜在功能上與上皮相互作用。”

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