干细胞是一类具有自我更新能力的多潜能细胞，在一定条件下，干细胞可以分化成多种功能细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞，根据干细胞的发育潜能分为三类，全能干细胞，多能干细胞和单能干细胞。果蝇卵巢包含三种成体单能干细胞，分别为生殖干细胞（germline stem cells），滤泡细胞干细胞（folliclestem cells），护卫细胞干细胞（escort stem cells）。这些干细胞均位于解剖结构相对简单的生殖腺中。干细胞容易辨认以及便捷的果蝇遗传操作致使果蝇生殖腺成为研究干细胞生物学的绝佳模型。果蝇雌性生殖干细胞存在于一个由末端纤维细胞（teminal Filament cells），帽细胞（cap cells）以及护卫细胞（escort cells）组成的微环境中保证其可以不断的进行自我更新和分化，从而使雌性果蝇一生具有繁殖能力。生殖干细胞的自我更新和分化之间的平衡受到诸多方面的调控，包括干细胞自身调控，来自干细胞微环境的调控以及一些系统性信号的调控。诸多证据已经证明，包括组蛋白修饰和染色质重塑在内的表观遗传调控因子在干细胞的自我更新和分化过程中具有重要作用。组蛋白H3K4三甲基化是一种广泛的表观遗传修饰机制，与基因转录的激活或沉默密切相关。dSet1/Trx/Trr/Ash1是果蝇中已知的四种组蛋白H3K4甲基化转移酶。组蛋白H3K4甲基化需要以组蛋白H2B的单泛素化为基础，E3泛素蛋白连接酶dBre1介导这一单泛素化的过程。本文对组蛋白H3K4三甲基化相关的五个表观遗传调控因子dBre1/dSet1/trx/trr/ash1在果蝇雌性生殖干细胞自我更新及分化中所起的作用进行了初步探讨。我们发现E3泛素蛋白连接酶dBre1和H3K4三甲基化酶dSet1在同一通路上调控果蝇雌性生殖干细胞自我更新和生殖细胞分化；dBre1/dSet1在干细胞自我更新与生殖细胞分化两个过程中的调控机制存在明显差异。1．dBre1和dSet1参与调控卵原区各类细胞组蛋白H3K4三甲基化。突变生殖细胞或帽细胞中的dBre1或下调护卫细胞中dBre1的表达量可以导致这些细胞中组蛋白H3K4三甲基化的缺失。我们还发现使用RNAi技术分别将生殖细胞、帽细胞或护卫细胞中组蛋白H3K4甲基转移酶dSet1表达量下调，这些细胞中的H3K4三甲基化水平也明显下降。这样的结果说明dBre1和dSet1是生殖细胞，帽细胞和护卫细胞中组蛋白H3K4三甲基化所必需的。2．果蝇雌性生殖干细胞中的dBre1和dSet1参与调控干细胞的命运维持。突变生殖干细胞中的dBre1或者下调dSet1表达量均致使干细胞脱离其生存的微环境，不能维持自我更新。在dBre1突变杂合子背景下下调dSet1表达可显著增强仅下调dSet1表达所致的GSC丢失表型。综合dBre1和dSet1在H3K4三甲基化修饰中的分子及生化功能，我们的遗传分析结果表明，生殖干细胞中的dBre1和dSet1在同一通路参与调控干细胞的自我更新。进一步分析发现，dBre1突变干细胞中骨形成素（bone morphogen, BMP）信号通路的激活受到抑制可能是引起干细胞维持缺陷的原因。生殖干细胞通过细胞粘附锚定于其生活的微环境中，我们发现，生殖干细胞中的dBre1并未参与调控细胞粘附分子的表达。我们还发现dBre1以细胞自治（cell-autonomous）的方式参与调控生殖干细胞的命运维持，但是对逐级分化的生殖细胞并无调控作用。3．干细胞微环境中的dBre1和dSet1参与调控生殖干细胞的命运维持。生殖干细胞存在于一个特定的微环境中，即niche。微环境细胞表达分泌BMP信号配体Dpp和Gbb，这些配体与生殖干细胞中的BMP信号受体结合，激活干细胞中的BMP信号通路，抑制分化促进基因如bam的表达，使这些细胞具有自我更新能力。我们发现将末端纤维细胞和帽细胞中下调dBre1或dSet1的表达同样可以导致干细胞脱离其生存的微环境，不能维持自我更新。遗传学实验还提示，在此生物学过程中dBre1和dSet1在同一通路参与调控生殖干细胞的命运维持。进一步实验结果表明，微环境细胞中的dBre1和dSet1通过非细胞自治（non cell-autonomous）的形式调控生殖干细胞中的BMP信号通路的激活，而蛋白聚糖Dally表达量的降低影响BMP信号配体Dpp的扩散范围和稳定性可能是导致BMP信号减弱的原因之一。干细胞和微环境细胞之间的细胞粘附将生殖干细胞锚定于微环境中，使其拥有自我更新能力。我们发现微环境细胞中的dBre1和dSet1参与调控细胞粘附因子DE-cadherin和Armadillo的表达，将微环境细胞中的dBre1和dSet1表达量下调，细胞粘附因子的表达量显著下调，进一步的遗传分析与遗传拯救（genetic rescue）实验表明，在干细胞微环境细胞中过表达DE-cadherin或Armadillo均可以部分拯救由于微环境细胞中dBre1或dSet1表达量下调导致的生殖干细胞丢失表型。这样的实验结果表明微环境细胞中细胞粘附因子的缺失也是导致生殖干细胞命运维持缺陷的主要原因。4．dBre1和dSet1在护卫细胞中共同调节生殖细胞正常分化。在果蝇卵巢的卵原区中，还有一类非常重要的成体细胞，这些细胞与微环境细胞相连，构成生殖细胞分化的微环境，这类细胞就是护卫细胞。使用RNAi的方法将护卫细胞中的dBre1或dSet1表达量下调均导致卵原区中未分化生殖细胞的堆积。遗传学实验表明，dBre1突变杂合子可以加剧护卫细胞中dSet1下调导致的生殖细胞分化缺陷表型。检测这些未分化细胞中的BMP信号强度和bam基因的表达，我们认为这些未分化细胞为类包囊母细胞（cystoblast）。分子检测及进一步的遗传分析与遗传拯救实验表明，下调dBre1或dSet1的表达可导致dpp转录的去抑制以及蛋白聚糖dally转录的上调，进而扩大了BMP信号的活性范围（BMP signaling range），干扰生殖细胞的正常分化。进一步实验表明护卫细胞中dBre1和dSet1表达量的下调并不影响EGFR信号通路的活性，这暗示dBre1和dSet1可能位于EGFR信号通路下游或者以平行于EGFR信号的方式参与调控护卫细胞中dally的转录。5．滤泡上皮细胞中的dBre1不参与卵细胞中期体轴极性的建立。果蝇卵子发生过程中滤泡上皮组织分化为各具特殊结构和功能的细胞亚群对卵正常的发育具有非常重要的意义。果蝇胚胎和成体的体轴的不对称性是在卵子发生中期建立的，这一过程需要卵细胞与后端滤泡细胞的相互作用，一方面卵细胞指导位于卵室后端（posterior pool）的一部分滤泡细胞获得后端滤泡上皮细胞的命运，另一方面分化后的后端滤泡细胞又反馈调节卵细胞中一些极性决定因子的不对称分布，从而建立卵细胞的体轴极性。我们发现，卵子发生中期滤泡上皮细胞中的dBre1并不参与调控Notch信号活性，而且后端滤泡上皮细胞中的dBre1也不参与调控卵细胞的体轴极性建成。本论文对组蛋白H3K4三甲基化相关的表观遗传调控因子在果蝇雌性生殖干细胞维持以及生殖细胞分化中的作用进行了深入、细致的探讨，并初步分析了相关作用机理，确认了E3泛素蛋白连接酶dBre1和组蛋白H3K4甲基转移酶dSet1在同一通路共同调控果蝇雌性生殖干细胞自我更新和生殖细胞分化。为今后进一步研究果蝇雌性生殖干细胞维持及生殖细胞分化的表观遗传调控机制奠定了基础，同时本文的研究结果也有助于进一步理解干细胞与微环境相互间的调控机制以及成体细胞对生殖细胞分化的调控机制。我们的研究结果也为今后进一步揭示高等生物成体干细胞维持的表观调控机制提供参考。