BMP蛋白是一類形態(tài)發(fā)生素（morphogen），對胚胎早期發(fā)育的背腹軸向決定起著關(guān)鍵作用，其功能喪失將導(dǎo)致腹側(cè)發(fā)育的嚴(yán)重缺陷。BMP信號由3類受體型Smad——Smad1、Smad5、Smad8 (Smad9)來介導(dǎo)。然而，這些受體型Smad是如何在胚胎發(fā)育早期進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，在整體水平上調(diào)節(jié)胚胎的背腹軸向形成仍屬未知。已有的基因敲除（敲降）和過表達(dá)試驗(yàn)似乎給出相悖的結(jié)論：斑馬魚Smad5的突變導(dǎo)致胚胎的嚴(yán)重背部化，然而，Smad1的功能敲降卻不能導(dǎo)致明顯的背腹軸發(fā)育缺陷；反過來，Smad1而非Smad5的過表達(dá)可以拯救BMP2b突變的背部化表型。

　　中國科學(xué)院水生生物研究所研究員孫永華學(xué)科組在斑馬魚基因組中克隆鑒定了Smad9基因，并對這3個受體型Smad在斑馬魚早期胚胎背腹軸形成過程中的功能進(jìn)行系統(tǒng)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：smad9表現(xiàn)出與smad1一致的合子型基因表達(dá)譜式，過表達(dá)Smad1或者Smad9都能導(dǎo)致胚胎發(fā)生腹部化，表明它們在體內(nèi)都具有促進(jìn)腹部命運(yùn)發(fā)生的作用；雖然單獨(dú)敲低Smad1或者Smad9并不導(dǎo)致胚胎的背部化，但是共同敲低Smad1和Smad9能夠?qū)е聡?yán)重的背部化表型，且這一表型不能被過表達(dá)Smad5所拯救；反過來，敲低Smad5導(dǎo)致的背部化表型則能夠被Smad1或者Smad9的過表達(dá)所完全拯救，表明Smad1和Smad9位于Smad5下游；smad1和smad9的轉(zhuǎn)錄活性依賴于Smad5，而smad1和smad9相互抑制彼此的轉(zhuǎn)錄起始。進(jìn)一步研究顯示，Smad5可以直接結(jié)合smad1和smad9的啟動子區(qū)域而不存在蛋白水平的彼此“擠兌效應(yīng)”，即smad1和smad9是Smad5的直接靶基因。該研究從整體水平上闡明了3個受體型Smad蛋白介導(dǎo)BMP信號通路的調(diào)控機(jī)制，即Smad1和Smad9彼此互為冗余，且共同位于Smad5下游介導(dǎo)BMP信號所誘導(dǎo)的腹側(cè)命運(yùn)。這一研究也解開了相關(guān)領(lǐng)域一直以來的一個難題：即Smad1和Smad5在胚胎背腹軸決定中的相對作用問題。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，Smad9與Smad1共同參與髓系血細(xì)胞的發(fā)育與分化。

　　該研究由博士生魏昌勇等人完成，通訊作者為孫永華。相關(guān)論文Transcriptional Factors Smad1 and Smad9 Act Redundantly to Mediate Zebrafish Ventral Specification Downstream of Smad 已于1月31日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Biological Chemistry上。該研究得到科技部“973”項目、國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金和國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項目等的資助。