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果蝇作为 COVID-19 相关研究体内模型生物的潜在用途：综述
1. 2019 年冠状病毒病 (COVID-19) 大流行：传染病史上的里程碑 病毒和细菌引起的传染病自人类最早定居以来就一直困扰着人类，夺走了数百万人的生命，扰乱了全球社区。即使在今天，下呼吸道感染、疟疾、艾滋病毒/艾滋病和腹泻病等传染病仍然是世界许多地区的主要死亡原因之一。一年多来，我们又面临另一场全球大流行，它是由一种俗称 SARS-CoV-2 的新型冠状病毒引起的。根据世界卫生组织（WHO，2021）发布的最新数据，自2019年12月至2021年3月疫情爆发以来，全球新冠肺炎确诊病例已超过1亿，死亡人数超过200万人。预计在有效疫苗研发出来并开展大规模免疫接种运动之前，将有数百万人被感染，这将继续给医疗中心和工作人员带来沉重压力，并导致进一步的生命损失。
果蝇中异二聚化依赖的 BMP 分泌
摘要 组合信号是指导情境相关细胞行为的关键。在胚胎发育、成体稳态和疾病期间，骨形态发生蛋白 (BMP) 充当二聚体来指导特定的细胞反应。BMP 配体可以形成同二聚体或异二聚体；然而，获得每种形式的内源性定位和功能的直接证据已被证明具有挑战性。在这里，我们利用精确的基因组编辑和通过蛋白质结合剂进行的直接蛋白质操作来剖析果蝇翅成虫盘中 BMP 同二聚体和异二聚体的存在和功能相关性。这种方法原位揭示了 Dpp (BMP2/4)/Gbb (BMP5/6/7/8) 异二聚体的存在。我们发现，尽管 Gbb 由翅成虫盘的所有细胞产生，但仅由表达 Dpp 的细胞分泌。 Dpp 和 Gbb 形成异二聚体的梯度，而在内源性生理条件下，Dpp 和 Gbb 同二聚体均不明显。我们发现异二聚体的形成对于在发育中的翅膀中获得最佳信号传导和长距离 BMP 分布至关重要。这些结果表明 Dpp/Gbb 异二聚体是上皮模式形成和生长所需的活性信号。
完整的果蝇中枢神经系统细胞定量揭示性别二态性
摘要 精确确定大脑细胞类型的数量和身份是详细概述中枢神经系统 (CNS) 基因和蛋白质表达的先决条件。然而，目前仅对秀丽隐杆线虫的神经系统实现了细胞数量的严格量化。本文，我们描述了一种协同分子遗传、成像和计算技术流程的开发，旨在实现高通量、精确定量，并以细胞分辨率对具有复杂细胞结构的完整组织（如大脑）中的基因表达报告基因进行定量。我们已采用该方法精确确定整个完整的果蝇幼虫 CNS 中的功能性神经元和神经胶质细胞的数量，结果发现神经元数量比之前预测的要少，神经胶质细胞数量要多。我们还发现在这个幼虫发育阶段，两性之间存在意想不到的差异，雌性 CNS 的神经元数量明显多于雄性。对我们的数据的拓扑分析表明，这种性别二态性延伸到 CNS 组织的更深层特征。我们还扩展了分析范围，以量化整个中枢神经系统中电压门控钾通道家族基因的表达，并发现丰度方面的巨大差异。我们的方法能够可靠而准确地量化完整器官内细胞的数量和定位，从而促进对细胞身份、多样性和基因表达特征的复杂分析。
膜片钳控制果蝇大脑神经元
果蝇被广泛用作所有生物医学研究领域的模型生物。在神经科学领域，人们利用这种小果蝇获得了大量信息，包括识别调节行为的神经回路、揭示其遗传基础以及所涉及的分子机制。尽管有大量遗传工具可用于操纵和推断神经元活动，但对果蝇神经元电特性的直接测量却落后了。这是因为在果蝇中枢神经元等小细胞中进行电记录非常复杂。膜片钳技术提供了直接测量果蝇神经元电特性的独特可能性。此分步方案提供了掌握此技术的详细建议。
使用合成的同源供体构建体进行 CRISPR 介导的同源重组，为果蝇基因标记提供扩展工具包
摘要 之前，我们描述了大量果蝇菌株，每个菌株都携带一个人工外显子，其中包含一个基于 CRISPR 介导的同源重组插入目标基因内含子中的 T2AGAL4 盒。这些等位基因可用于多种应用，并且已被证明非常有用。最初，基于同源重组的供体构建体具有较长的同源臂（>500 bps），以促进大型构建体（>5 kb）的精确整合。最近，我们表明，供体构建体的体内线性化使得能够使用短同源臂（100-200 bps）将大型人工外显子插入内含子中。较短的同源臂使得商业合成同源供体成为可能，并最大限度地减少了供体构建体生成的克隆步骤。不幸的是，大约 58% 的果蝇基因缺乏适合所有注释异构体中人工外显子的编码内含子整合。在这里，我们报告了新构建体的开发，这些构建体允许用 KozakGAL4 盒替换缺乏合适内含子的基因的编码区，从而产生与目标基因类似地表达 GAL4 的敲除/敲入等位基因。我们还开发了定制载体骨架，以进一步促进和改善转基因。在包含目标基因 sgRNA 的定制质粒骨架中合成同源供体构建体，无需注射单独的 sgRNA 质粒，并显著提高了转基因效率。这些升级将使几乎所有果蝇基因都能靶向，无论外显子-内含子结构如何，成功率为 70-80%。
对果蝇寿命进行父系间接遗传效应的全基因组测试
将父本置于各种环境操纵之下表明，在雄性对后代的投资几乎仅限于精子的物种中，父系效应也可能非常重要。然而，父系效应是否也具有遗传成分（即父系间接遗传效应 (PIGE)）在此类物种中仍不清楚，这主要是因为在区分基因的间接效应和直接效应方面存在方法学困难。然而，PIGE 可能很重要，因为它们有能力促进进化变化。在这里，我们使用果蝇遗传学来构建一个育种设计，可以对几乎完整的单倍体基因组（超过 99%）进行 PIGE 测试。使用这种技术，我们估计了四个种群中由于 PIGE 导致的雄性寿命差异，并将其与总父系遗传差异（父系间接和直接遗传效应之和）进行比较。我们的结果表明，总父系遗传差异的很大一部分来自 PIGE。对从单个种群随机抽取的 38 个单倍体基因组的筛选表明，PIGE 还会影响种群内寿命的变化。总之，我们的结果表明，PIGE 可能构成了表型变异的一个未被充分重视的来源。
对果蝇寿命进行父系间接遗传效应的全基因组测试
将父本置于各种环境操纵之下表明，在雄性对后代的投资几乎仅限于精子的物种中，父系效应也可能非常重要。然而，父系效应是否也具有遗传成分（即父系间接遗传效应 (PIGE)）在此类物种中仍不清楚，这主要是因为在区分基因的间接效应和直接效应方面存在方法学困难。然而，PIGE 可能很重要，因为它们有能力促进进化变化。在这里，我们使用果蝇遗传学来构建一个育种设计，可以对几乎完整的单倍体基因组（超过 99%）进行 PIGE 测试。使用这种技术，我们估计了四个种群中由于 PIGE 导致的雄性寿命差异，并将其与总父系遗传差异（父系间接和直接遗传效应之和）进行比较。我们的结果表明，总父系遗传差异的很大一部分来自 PIGE。对从单个种群随机抽取的 38 个单倍体基因组的筛选表明，PIGE 还会影响种群内寿命的变化。总之，我们的结果表明，PIGE 可能构成了表型变异的一个未被充分重视的来源。
一个共享的古老增强子元件差异地调节果蝇腿部发育过程中的 bric-a-brac 串联基因重复
基因复制和转录增强子的出现/修饰被认为对动物进化过程中表型创新做出了巨大贡献。尽管如此，人们对基因复制后增强子如何进化以及调控信息如何在复制基因之间重新连接知之甚少。果蝇 bric-a-brac (bab) 复合体由串联旁系同源基因 bab1 和 bab2 组成，为解决这些问题提供了范例。我们之前描述了一种调节发育足中 bab2 表达的基因间增强子 (名为 LAE)。我们在此显示直接与 LAE 结合的 bab2 调节子也控制跗骨细胞中的 bab1 表达。通过 CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑切除 LAE 表明，这种增强子似乎参与了 bab1 和 bab2 在腿部组织中共表达，但并不是严格必需的。相反，LAE 增强子对于沿近端-远端足轴的旁系同源物特异性 bab2 表达至关重要。染色质特征和表型挽救实验表明，LAE 功能部分冗余，腿特异性调控信息与 bab1 转录单元重叠。系统基因组学分析表明 (i) bab 复合体起源于 Cyclorrhapha dipteran 亚系早期祖先单基因的复制，以及 (ii) LAE 序列在 Brachycera 亚目中很早就已进化固定，因此早于基因复制事件。这项工作为增强子提供了新的见解，特别是关于它们的出现、维持和进化过程中的功能多样化。
果蝇蘑菇体输出神经元的透射性映射
摘要蘑菇体（MB）是果蝇大脑中特征良好的关联记忆结构。使用多种方法分析MB连接对于理解该结构的功能含义至关重要。使用遗传行进透射式示踪工具Trans-tango，我们确定了MB输出神经元（MBONS）的大脑的不同投射和收敛的下游靶标。我们的分析揭示了至少三个单独的目标，这些目标是从MBON接收收敛输入的：其他MBON，扇形主体（FSB）和侧配附件叶（LAL）。我们在解剖学和功能上描述了一种多层电路，其中抑制性和兴奋性MBON会在FSB和LAL神经元的相同遗传子集上收敛。此电路体系结构使大脑能够在执行适当的行为响应之前更新和集成到以前的经验。我们对Trans -Tango的使用提供了一个可遗传访问的解剖框架，用于研究这些复杂和相互联系的电路中组件的功能相关性。
通过使用纳米抗体识别的表位标签实现果蝇蛋白质的可视化和操控
摘要 扩大可用于蛋白质可视化和操作的试剂库将有助于了解其功能。与目标蛋白质相连并被现有结合剂（如纳米抗体）识别的短表位标签有助于进行蛋白质研究，因为无需分离针对它们的新抗体。纳米抗体比传统抗体有几个优势，因为它们可以表达并用作体内蛋白质可视化和操作的工具。在这里，我们描述了两个短（<15aa）纳米标签表位 127D01 和 VHH05，以及它们相应的高亲和力纳米抗体。我们展示了它们在果蝇体内蛋白质检测和重新定位、直接和间接免疫荧光、免疫印迹和免疫沉淀中的应用。我们进一步表明，CRISPR 介导的基因靶向提供了一种用纳米标签标记内源性蛋白质的直接方法。纳米标签的单个副本，无论其位置如何，都足以进行检测。这种多功能且经过验证的标签和纳米抗体工具箱将作为广泛应用的资源，包括果蝇及其他物种的功能研究。