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纤毛是细胞表面突起的亚细胞区域,根据轴丝微管骨架结构9+2和9+0的差别可分为运动纤毛和初级纤毛（Primary Cilium,PC）[1]。PC因不含有中央微管轴丝,所以不具有运动功能。PC广泛存在于脊椎动物细胞中,研究显示每个细胞有且仅有一根PC[2]。研究证明PC参与多个细胞信号转导途径的调控,如Hedgehog（Hh）、PDGF和WNT信号通路的调控[3]。Hh信号通路是一个在脊椎动物中高度保守的信号转导通路,在动物早期胚胎发育、形态建成以及个体物质能量代谢稳态维持中发挥着重要作用[4]。然而目前对PC在调节Hh通路信号转导的分子机制并不明确。我们前期研究认为PC中的PKA活性可能是调控Hh信号传导的关键,对该假设的验证需要能够在细胞层面监控PC中PKA活性以及其它细胞内可能参与信号传导的分子,如Ca2+等。然而目前对PC区域内信号分子检测缺乏有效的研究方法和研究材料,使得无法精细解析PC在调控Hh信号通路作用以及与PC相关其他信号通路的分子机制。为了解决上述研究的瓶颈,本论文以斑马鱼作为模式动物,旨在建立可以稳定标记PC,以及可以用于检测PC内各种信号分子的生物传感器的生物材料。通过文献检索和实验验证,本研究使用斑马鱼肾消耗相关蛋白3（Nephosistin3,Nphp3）的N末端作为PC定位信号肽,构建zNphp3N-mCherry融合蛋白标记PC,zNphp3N-AKAR2和zNphp3N-GCaMP6分别用于检测PC中的PKA活性和Ca2+。以上融合基因应用ubiquitin和β-actin广泛表达启动子启动,使得所有细胞均可表达上述融合蛋白。本研究成功筛选获得了4种稳定斑马鱼转基因材料,分别为:Tg（β-actin-zNphp3N-mCherry）,Tg（β-actin-zNphp3N-AKAR2）,Tg（Ubi-zNphp3N-AKAR2）,Tg（β-actin-zNphp3N-GCaMP6）。这些稳定转基因品系的胚胎发育正常,没有出现明显的畸形,成体表现正常,稳定可育。进一步通过FRET实验验证zNphp3N-AKAR2对于PC中PKA活性的检测功能,在抑制细胞整体PKA活性dnPKA处理后,未检测到FRET效率,反之在PKA激活剂Foskolin处理组,检测到较强的FRET效率,显示转基因胚胎中zNphp3N-AKAR2可以很好的指示PKA的活性。进而在Hh通路抑制剂Cyclopamine处理组中,可以检测到较高的FRET效率,初步证明PC中的PKA活性确实与Hh通路活性直接相关。分子机制的研究最终拟用于回答人类Hh通路疾病的致病机理。我们临床发现一个新的Hh通路异常激活的家系。经过一系列临床指标的检测,可以证实该家系为Gorlin综合症的家系。进行了全外显子测序分析其致病机制,我们发现PTCH1的一个新的INDEL突变,导致PTCH1提前终止,因此导致Hh信号通路活性上调。进而我们拟应用转基因材料检测PTCH1的截短蛋白是否可以导致PC中PKA活性的变化,以期详细阐明Gorlin综合症的致病机理。综上所述,我们构建了可以用于精细研究PC功能和信号分子变化的转基因材料,并建立的相应的检测方法,为Hh通路分子机制的研究和PC相关的分子机制的研究提供了重要的方法和材料。