體軸決定基因 tgfα、EGFR 和 par-1

過去已有在無性生殖豌豆蚜蟲 A. pisum 上找尋和研究各式各樣發育基因 (Chang et al., 2007, 2009, 2013; Huang et al., 2010; Lu et al., 2011)，但現在對於其卵 細胞發育過程中是否已決定背腹體軸和後端極性仍抱持著疑問，故本實驗選擇觀 察目前已知背腹軸決定基因 tgfα 和 EGFR 的表現結果以及 EGF 訊號下游蛋白質 activated ERK MAP kinase (dpERK) 的分布，另外觀察細胞極性決定基因 par-1 mRNA 和蛋白質表現。觀察結果指出 (1) 卵細胞發育過程中，Aptgfα 和 ApEGFR 的表現模式介於 N. vitripennis 和 T. castaneum 之間，(2) dpERK 在無性生殖卵細 胞發育中，沒有明顯證據表示其為背腹軸決定關鍵，但卻與卵母細胞的形成有關，

(3) Aptgfα 和 ApEGFR 在胚胎發育上的表現，說明在不同昆蟲胚胎中，此兩者具 有某些保守的功能，(4) ApPar-1 蛋白質在卵母細胞中有動態分布的現象，且並非 只在後端聚集。

Aptgfα、ApEGFR 和 dpERK 在卵細胞發育的分布與表現

卵細胞發育過程中，D. melanogaster gurken mRNA 會環繞在卵母細胞核附近，

隨細胞核移動而改變表現位置 (González-Reyes et al., 1995; Neuman-Silberberg and Schüpbach, 1993)；N. vitripennis tgfα mRNA (Nv-tgfα) 表現在卵母細胞核前端並偏 向一邊，有些時期則會表現至較後端，其中細胞核位置靠近卵母細胞前端；但在 T. castaneum (Tc-tgfα) 和 G. bimaculatus tgfα mRNA (Gb-tgfα) 表現在滋養細胞和卵 母細胞內，但並未能觀察到有聚集的情況，即便是卵母細胞核位移也沒有改變其 分布 (Lynch et al., 2010)。而實驗發現 Aptgfα 主要訊號都在卵母細胞內，特別會

聚集在前端，隨卵母細胞成長訊號會逐漸擴散至後端 (圖十三 A~D)。由此得知 Aptgfα 表現既不像 Tc-tgfα 和 Gb-tgfα 表現 (因為有前端聚集)，也不等同於 D.

melanogaster gurken 和 Nv-tgfα 的表現 (因為發育後期有擴散的現象)，顯然是介於 兩者之間。前端聚集的現象或許會被認為與 Aptgfα 從滋養細胞製造藉由營養索運 送的緣故，因為營養索的終點位於卵母細胞前端 (Blackman, 1987; Riparbelli et al., 2005)，但同樣為 telotrophic meroistic (位於微卵管頂端的滋養細胞群以營養索連 接數個卵母細胞) 的 Tc-tgfα 卻無法觀察到前端聚集，顯然 Aptgfα 聚集的並非只依 靠營養索，或許細胞核或細胞骨架分佈有關。

EGFR 蛋白質序列在各個昆蟲都是高度保守的，表現位置也都是主要在體細 胞的濾泡細胞上，但其中仍有細微的不同，D. melanogaster 和 N. vitripennis EGFR 表現都在濾泡細胞上，但在靠近卵母細胞的那側表現會較強 (Sapir et al., 1998; Lynch et al., 2010)；T. castaneum EGFR (Tc-EGFR) 表現在濾泡細胞上，並沒 有特殊表現；G. bimaculatus EGFR 雖也在濾泡細胞上，但在前後兩端濾泡細胞的 EGFR 能產生不同的功能 (Schweitzer and Shilo, 1997)，而 ApEGFR 分布差異可能 便是基於此種理由，畢竟雖只發現 ligand Aptgfα 但不代表沒有其他 EGFR ligand 存在。

偵測 A. pisum dpERK 顯示其表現出現在卵母細胞質、細胞核以及尚未形成的 卵母細胞中 (prospective oocyte) (圖二十二)，不會在滋養細胞和濾泡細胞上發現。

在 N. vitripennis 和 T. castaneum 卵細胞發育過程中，dpERK 表現主要會出現在當

castaneum dpERK 同樣會表現在生殖原區內的卵母細胞上 (Lynch et al., 2010)，不 論 D. melanogaster gurken、Nv-tgfα、Tc-tgfα 或 Gb-tgfα 以突變或是 RNAi 處理後，

都會影響 dpERK 以及早期卵母細胞形成，使得卵母細胞的大小不正常或是兩個 卵母細胞被包覆在同一個空腔中 (Schweitzer and Shilo, 1997; Lynch et al., 2010)，A.

pisum 在生殖原區上卵母細胞的 dpERK 表現暗示著 EGF 訊號對於卵母細胞分化 的重要性。

Aptgfα 和 ApEGFR 在胚胎發育上保守的功能

Aptgfα 和 ApEGFR 在胚胎發育早期 (stage 5) 都表現在胚帶上，Aptgfα 表現是 and Prpic, 2012)，A. pisum 胚胎同樣屬於 short germ band，其腹節同樣也是由後端 growth zone 分化而來，且染色結果顯示 Aptgfα 和 ApEGFR 在胸腹部腹側 (圖十三

Grossmann and Prpic, 2012) 等等，由 ApEGFR 在足基部、大顎、小顎、下唇、觸 角和足節 (圖十四 H~M) 的表現來看，可以確認在 A. pisum 胚胎中 EGF 訊號對於 附肢發育的功能仍是相當保守的。Aptgfα 在胚胎移動後才會表現在卵巢和複眼上 (圖十三 K~N)，在 stage 16 後以可在蚜蟲腹部觀察到卵巢和生殖原區的存在，此 時 Aptgfα 的表現應該是為了即將從生殖原區分化出來的卵母細胞。Aptgfα 出現在

複眼上的時間點，正好是複眼進行分化的時間 (從解剖卵巢得知，複眼紅色色素 沈澱是在 stage 15 以後)，符合目前知道 EGF 訊號會影響 Eya 在胚胎上的表現，

而進一步影響視覺器官的分化和小眼細胞命運 (Cliffold and Schüpbach, 1994;

Chang et al., 2003; Friedrich, 2006)。此外 D. melanogaster EGFR 在複眼發育上的功 能也被證實與細胞存活有關，特別是在形態溝出現的時間點 (Dominguez et al.,

melanogaster par-1 (Dm-par-1) 在卵母細胞上的表現 (Shulman et al., 2000)。而蛋白 質表現上，ApPar-1 訊號會在早期卵母細胞核周圍 (圖二十一 A~B)，隨著卵母細 胞成長，ApPar-1 先會在前端聚集後移動至側面和後端皮質 (圖二十一 C~D)，

Dm-Par-1在早期卵細胞發育，會在整個卵母細胞中，之後會類似 ApPar-1 表現在 卵 母 細 胞 的 皮 質 上 ， 但 最 後 會 在 後 端 聚 集 而 影 響 微 管 極 性 去 建 立 前 後 體 軸 (Shulman et al., 2000; Tomancak et al., 2000)。雖然 ApPar-1 在卵母細胞的表現並非 聚集在後端，但仍無法排除其可能具有決定前後體軸的功能，因為 Par-1 的分布 與功能是使微管極性改變，Dm-Par-1 在後端聚集使得微管正極也集中在卵母細胞 後端 (Shulman et al., 2000; Tomancak et al., 2000; Doerflinger et al., 2006)，故 ApPar-1 在卵母細胞的側面和後端皮質的表現，可能代表該處為微管正極的所在

位置，可能同時有某些後端極性決定基因會藉由該微管特性，而在卵母細胞後端 同，顯然 D. melanogaster 的複眼是源自於後胚胎時期 (post-embryogenesis) 的成蟲 盤，而較為原始的不完全變態昆蟲的複眼則是源自於胚胎時期的視葉 (eye lobes) 的眼部原基上，(3) 胚胎移動完後 (anatrepsis)，Aptoy 及 Apeya 表現出現明顯不同，

且 Apeyg 開始表現，這說明 stage 12 是眼部分化的重要時間點，(4) Aptoy 在晚期 胚胎的表現，相當類似 D. melanogaster toy (Dm-toy) 在 mushroom body 和 體神經 索上的表現，(5) Apeya 至 stage 12 以後，能確定該表現位置為複眼，且即便是在 已分化和未分化的複眼也能偵測到表現，(6) Apeyg 始終表現在複眼前端，並不會