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李 (祖明) 实验室

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苍蝇大脑发育和进化的遗传基础

我们使用果蝇作为研究复杂大脑发育的遗传模型系统。苍蝇大脑有许多由有限数量的神经祖细胞产生的不同神经元。我们的目的是描述从祖神经母细胞 (NB) 到单个成熟神经元的每个细胞谱系。我们将进一步确定各种神经元谱系发展的基因调控网络。揭示线条在细胞和分子水平上的异同应该揭示苍蝇大脑发育和进化的遗传原理。

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成年果蝇大脑的 “完整” 细胞发育图:

成人果蝇大脑由大约 100 对 NBs 发育而来,每对 NBs 都形成了一个特有的谱系,一组组成 NB 克隆的不同神经元。通过随机克隆标记,我们绘制了 100 个左右的成虫 NB 克隆果蝇Brain (Yu,Awasaki 等人,2013)。完成整个系统的细胞谱系分析果蝇大脑,我们使用双斑点 MARCM (Yu 等人,2009) 来绘制由 100 个左右的 NBs (Yu 等人,2010, 林等人,2012,王等人,2014)。基于特定神经元类别的分子读出特征,我们将识别共享共同功能属性的神经元。我们将确定不同神经元在谱系、形态和功能方面的相关性。这些数据将为阐明指导许多不同但相关的神经元类型衍生的机制奠定基础。

神经元多样化的遗传分子机制:

根据细胞特征,我们将揭示不同 NBs 神经元谱系发展的基因调控网络。我们已经进行了技术创新,以实现世系特异性 NBs 的实时跟踪和 RNA 测序 (Awasaki 等人,2014)。使用这些技术,我们正在鉴定在不同的 NBs 中差异表达的基因,以及在给定的 NB 中通过延长其神经源性寿命动态表达的基因。通过相关神经元类型的 RNA 测序,我们将进一步鉴定定义特定神经属性的终端选择器基因。我们最终寻求解析作用于前体细胞的动态基因调控网络,以基于发育起源指定不同的神经元类型。

苍蝇大脑的发育可塑性和进化:

我们也希望解决大脑的发育可塑性和大脑多态性的遗传基础,大脑进化的基质。我们已经表明,不同的 NB 谱系对生物体发育中相同的扰动有不同的反应 (林等人,2013)。我们计划建立进一步的复杂的基因工具来检测大脑多态性并阐明它们的遗传基础。使用 Golic +,一个增强的基因定位系统 (Chen 等人,2015),我们可以编辑苍蝇基因组来测试我们已经发现的控制神经元规格、发育可塑性的遗传原理, 和/或进化。通过重新编程 NB 谱系,人们可以潜在地用新的神经网络和功能构建不同的苍蝇大脑。