果蠅複眼的調控基因

果蠅複眼的調控基因中央研究院分子生物研究所研究員孫以瀚博士和他的研究伙伴,在果蠅複眼中發現重要的調控基因。其中一個是 eye gone 基因,是複眼發育所必須的,功能是調控複眼的細胞分裂,萬一突變(被破壞),果蠅眼睛會變小或完全不見。另一個 homothorax 基因只在複眼前緣表現,功能是調控複眼的生長邊界。

有趣的是,果蠅的複眼分成兩部分,靠近腹部的是腹側,靠近背部的是背側。有一個 teashirt 基因,除會調控 homothorax 的表現外,又會在複眼兩側發揮不同功能,在腹側抑制複眼發育,在背側則促進複眼發育。

稍早之前,瑞士巴塞爾大學吉寧教授(Walter Gehring)在果蠅的複眼中發現 eyeless 基因,這個基因也是複眼發育所必須的,萬一突變,眼睛也會長不出來。eyeless 被視為複眼發育的主控基因,一直在演化上扮演著重要的角色,而在人類、老鼠身上也都存在,萬一突變,人類、老鼠的眼睛也會出問題。

吉寧在 1995 年發現:若把 eyeless 基因表現在複眼以外的部位,如翅膀、觸角或腿部,就會長出小型複眼。若把老鼠的這個基因轉殖在果蠅身上,就像是一個開關一樣,也可以開啟果蠅複眼的發育程式,在果蠅翅膀、觸角或腿部長出果蠅的複眼。

eyeless 與 eye gone 都屬於複眼發育的調控基因族,它們的結構看起來很像,應是同個基因歷經長久時間而複製演化出來的。在生命演化的過程中,如果兩個基因功能相同,其中一個會被淘汰。eyeless 與 eye gone 因為分工了,所以都能留下來。然而它們之間的差異,應是由好幾個點共同形成的,又因為兩個基因互不調控表現,但會合作決定複眼的發育,所以缺少任何一個都不行。至於它們在演化過程中如何分工,這是另一個研究主題。

果蠅的許多生物現象與人類相似,調控基因也很像。南韓科學技術院生物學教授鄭長慶在 2006 年的研究中發現,如果人類與帕金森氏症有關的基因遭受損傷,在腦神經細胞和肌肉細胞中產生能量的粒線體會被破壞,因而引發帕金森氏症。果蠅身上的 Parkin 和 PINK1 基因若是突變,粒線體也會遭到破壞,而表現不能飛舞的帕金森氏症狀,但若加強這些基因功能,就會恢復正常。這個發現是開發新藥的重要線索。總之,研究果蠅得到的知識,能為人類的遺傳疾病找到新的解決方法,甚至進一步應用在醫學治療上。