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胚层分化是脊椎动物早期胚胎发育最重要的事件之一。在模式生物非洲爪蛙胚胎中,植物半球定位的母源性转录因子VegT激活合子Nodal/Activin配体基因的表达,进而形成由植物极向动物极递减的Nodal/Activin配体浓度梯度。这些梯度分布的配体激活细胞信号,形成由胚胎植物极向动物极递减的信号梯度,进而调控不同胚层的分化。在这一理论体系中,VegT的母源性表达确保其激活合子形态发生素基因的转录,而它的植物半球定位在空间上决定了胚层分化的方向性。然而,胚胎发育调控机制往往具有冗余性,除此之外,胚胎细胞自身是否也存在某种机制调控其在适当的时间、空间获得响应胞外信号的能力?在本课题中,为了进一步探究胚层分化的调控机制,我们借助高通量RNA-seq技术分析了沿着非洲爪蛙胚胎动物极-植物极轴向不对称分布的母源性转录本,发现了43个在植物极显著富集的转录本,并通过实时荧光定量PCR证实了12条尚未有明确功能报道的转录本的差异表达。在此基础上,通过在胚胎里显微注射mRNA和MO(morpholino),我们对这些转录本的功能进行了初步探索。其中,mRNA过表达和/或MO敲低导致胚胎原肠运动缺陷或滞后的转录本,作为可能调控胚层分化的候选者做进一步分析。磷酸酶SCP3(small C-terminal domain phosphatase 3)是在爪蛙胚胎植物半球富集的母源性因子之一。实验结果显示,SCP3是爪蛙胚胎胚层分化的必需因子,它能去磷酸化TGFβ信号通路下游关键信号因子R-Smad的抑制性磷酸化位点,从而正调控Nodal/Activin和BMP信号通路。相应地,我们发现在非洲爪蛙的受精卵里,R-Smad的这些抑制性磷酸化位点的磷酸化水平较高,并随着卵裂迅速降低,到MBT(midblastula transition)阶段降至很低水平。敲低母源性SCP3的表达能够削弱这些R-Smad抑制性位点的去磷酸化过程,并且阻碍信号通路的激活。我们还发现,与SCP3的植物半球富集一致,R-Smad在植物半球的去磷酸化更强烈一些。最后,我们在人源细胞系中证实,SCP3通过去磷酸化R-Smad的相应抑制性位点,正调控Nodal/Activin和BMP信号。综上,我们的研究发现,卵裂期的爪蛙胚胎中,R-Smad有一个去除抑制性磷酸化修饰的过程,而植物半球富集的母源磷酸酶SCP3通过解除这种抑制性磷酸化,为MBT之后调控胚层分化的Nodal/Activin和BMP信号激活做好准备。