在斑马鱼的头鳃软骨形成过程中，绘制表达barx1的软骨前体凝缩结构域在后弓中的位置

《Gene Expression Patterns》：Mapping the locations of barx1-expressing prechondrogenic condensation domains in the posterior arches during ceratobranchial cartilage formation in zebrafish

脊椎动物头颅演化中，颌和鳃篮结构的分节发育源于咽弓神经嵴细胞分化。斑马鱼后咽弓仅存在单个barx1表达软骨前体结构域，覆盖腹侧并延伸至中间区，其背侧区域软骨细胞可能起源于中间区。通过比较基因表达分析，发现sox9a标记的软骨细胞最初出现在barx1表达域的背侧端，提示该结构域同时调控腹侧和中间区软骨发育。

　　

崔玉澈|申实珍|崔忠杓

庆尚国立大学应用生命科学系，韩国金州52828

摘要

在脊椎动物头部的进化过程中，颌部和鳃篮结构中出现背腹分段的面部骨骼元素是一个关键特征，这一特征首次出现在有颌鱼类中。这种分段发育始于面部骨骼形成过程中，咽弓的背侧和腹侧区域发生的两个不同的前软骨形成凝集。有趣的是，在斑马鱼中，后弓处仅出现一个表达barx1的前软骨形成凝集，该凝集区域形成了鳃篮的腹侧角鳃软骨。虽然这个单一的凝集区域预计会覆盖后弓的整个腹侧区域以促进腹侧软骨的发育，但其具体位置尚未得到评估。通过比较基因表达分析，我们确定了后弓中表达barx1的凝集区域的位置。这个单一的barx1表达凝集区域占据了整个腹侧区域，并扩展到了相应弓的中间区域。从凝集区域的背侧部分开始，最初产生了用于形成腹侧角鳃软骨的sox9a表达软骨细胞，且sox9a的表达持续存在于发育中的角鳃软骨的背侧末端。我们的研究结果表明，这个单一的凝集区域不仅覆盖了腹侧区域，还覆盖了中间区域，因此腹侧角鳃软骨的背侧部分可能起源于这些中间区域。

引言

在斑马鱼中，面部骨骼（包括颌部和鳃篮）是通过内软骨成骨以及膜内骨化形成的。在胚胎发生过程中，它起源于迁移到咽弓的颅神经嵴。每个咽弓内的颅神经嵴在受精后约16小时（hpf）分化为外间充质（Blentic等人，2008；Cox等人，2012），并在36小时（hpf）时分化为腹侧、中间和背侧区域（Jeon等人，2025；Talbot等人，2010）。同时，部分外间充质在36小时（hpf）左右开始凝集并进一步分化为前软骨前体（Jeon等人，2025；Nichols等人，2013；Paudel等人，2022）。最终，在48小时（hpf）时，前软骨前体形成了软骨细胞（Jeon等人，2025；Paudel等人，2022），并在幼体阶段这些软骨细胞发生骨化（Cubbage和Mabee，1996）。颌部和颌支撑结构的背侧和腹侧元素分别在第一和第二弓中形成，而在后弓中仅形成鳃篮的腹侧元素，其背侧元素则在幼体阶段后期形成（Cubbage和Mabee，1996）。

从基因学角度来看，每个弓中的外间充质、前软骨前体和软骨细胞通过特定基因的表达进行标记，例如Dlx基因家族（Cox等人，2012）、barx1（Nichols等人，2013）和sox9a（Paudel等人，2022），而dlx基因的嵌套表达则负责划分腹侧、中间和背侧区域（Talbot等人，2010）。在第一和第二弓中，背侧和腹侧区域的两个barx1表达区域分别预示了颌部和颌支撑结构的背侧腭方骨软骨和Hyosymplectic软骨以及腹侧Meckel软骨和角鳃软骨的软骨细胞的起源位置（Nichols等人，2013）。然而，在形成鳃篮骨骼元素的后弓中，每个弓中仅出现一个barx1表达区域，该区域负责指定腹侧角鳃软骨的软骨细胞，而没有观察到用于形成背侧鳃上软骨的额外barx1表达区域（Jeon等人，2025；Nichols等人，2013）。一致地，背侧鳃上软骨的软骨细胞并非来源于额外的barx1表达前体凝集，而是来源于相应角鳃软骨的背侧端的软骨细胞（Jeon等人，2025）。有趣的是，尽管通过比较基因表达模式（包括腹侧标记hand2和endothelin、中间标记dlx3b和dlx4a以及背侧标记jag1b和prrx1（Barske等人，2016；Paudel等人，2022；Talbot等人，2010）可以清晰地界定第一和第二弓背侧和腹侧区域的两个barx1表达区域，但后弓中的单个barx1表达区域沿背腹轴的位置尚未被精确确定。

在这里，我们确定了后弓中表达barx1的区域。通过将barx1与后弓沿背腹轴的分子标记进行比较基因表达分析，发现后弓中的单个barx1表达区域占据了整个腹侧区域，并扩展到了中间区域的中间部分。此外，角鳃软骨的sox9a表达软骨细胞最初起源于后弓中间区域中的barx1表达区域的背侧部分，且sox9a的表达持续存在于发育中的角鳃软骨的背侧末端。我们的研究结果表明，在后弓中，单个barx1表达区域覆盖了广泛的区域，包括腹侧和中间区域，这可能意味着角鳃软骨的背侧部分起源于后弓的中间区域。

章节片段

斑马鱼品系

斑马鱼的饲养遵循韩国《动物保护法》（2017年）的规定。所有斑马鱼实验均获得了庆尚国立大学机构动物护理和使用委员会的批准。为了观察后弓的发育过程，30个胚胎在100毫升的胚胎培养基（5.03 mM NaCl、0.17 mM KCl、0.33 mM CaCl2·2H2O、0.33 mM MgSO4·7H2O、0.1%（w/v）亚甲蓝）中于28.5°C的培养箱中培养直至后续分析。实验中使用的斑马鱼品系为Tübingen品系。

在后弓中，barx1表达区域覆盖了整个腹侧区域，并延伸到中间区域的中间部分

在野生型斑马鱼中，当36小时（hpf）时第一和第二咽弓的背侧和腹侧区域建立barx1表达区域（图1A、A’、B中的箭头所示），后弓3-6中观察到一个单一的barx1表达区域，而第七弓尚未表达barx1（图1A、A’、B）（Jeon等人，2025；Nichols等人，2013）。后弓3-6中的barx1表达区域的腹侧区域与dlx2a表达区域重合。

讨论

通过绘制后弓中单个barx1表达前软骨形成凝集区域的位置，我们提出角鳃软骨（鳃篮的腹侧元素）的软骨细胞可能不仅来源于相应后弓的腹侧区域，还可能来源于中间区域（图4）。在后弓中，单个barx1表达前软骨形成凝集区域从中间区域延伸到腹侧区域。

CRediT作者贡献声明

崔忠杓：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、研究、数据管理、概念构思。申实珍：研究、验证、审稿与编辑。崔玉澈：初稿撰写、验证、研究、数据管理

伦理批准

动物护理和实验程序获得了庆尚国立大学机构动物护理和使用委员会的批准，符合韩国食品药品监督管理局制定的指南。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了庆尚国立大学的学术支持（针对Y.C.）、韩国国家研究基金会（NRF）通过教育部资助的全球博士奖学金（针对S.J.，项目编号：2019H1A2A1075288）以及韩国科学技术信息通信部资助的基础科学研究计划（针对C.P.C.，项目编号：2022R1F1A1060199）的资助。