分子遗传学24发育与遗传.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第二十四章 基因调控和细胞的分化发育,在动物中有三种不同的模式形成：,一种是完全程序化的。以秀丽隐杆线虫（,C.elegans,）为代表,第二种类型是无程序化，细胞的命运具有一定的随机性，如哺乳动物。,第三种类型属于前二者之间，为半程序化。如果蝇的,成虫盘,（,disk,）。,模式形成的三种方式,1,）镶嵌式发育,例：线虫（,C.elegans),2),调节模式,例：脊椎动物，如哺乳类,3,）半程序化,（自主特异和条件特异相结合）,例：果蝇的成虫盘,自主特异化,条件特异化,A,E,A,C,E,A,B,C,DE,A,B,C,D,E,自主和条件特异化,镶嵌发育：,调节发育：,形成体,原基分布图,ABCDE,ABCDE,从分子水平来探讨发育和分化的实质,其中心是：,（,1,）细胞分化是由什么触发；,（,2,）一个个体各种细胞所含的基因组都是相,同的，为什么会分化为不同类型的细胞；,（,3,）分化是否可逆？这些汇集到一点就是基,因表达的调控和分化、发育的关系。,第一节 高等生物的细胞核是否有全能性,一,.,植物细胞核的全能性,二,.,两栖动物的核移植,1950,年,Robert Briggs,和,Thomas King,建立一种两栖动物的核移植技术。他们还发现从蛙的囊胚（,blastula,）细胞中分离的核是保持着全能性。,John Gurdon,用非洲爪蟾（,Xenopus laevis,）进行实验出现了完全不同的结果。,植物的细胞培养,用胡萝的根尖细胞可培养出一株完整的胡萝卜,三、克隆羊的诞生,1996,年,7,月,Ian Wilmut,克隆一头名叫“多利”的小绵羊,用一头母羊乳腺的细胞核移植到另一头母羊的去核卵细胞中，经体外培养后，再移植到假孕母羊的子宫内发育而成。实验一共移植了,247,个卵，多利是其中唯一成功的一头,可见难度是很大的。,1.,低血清培养（血清浓度由,100%,降低到,0.5%),2.,绵羊受精卵在第四次卵裂前核基因仍不表达。,1997,年英国苏格兰爱丁堡罗斯林研究所,(Roslin Institute),的,Wilmut,I,利用绵羊的乳腺细胞的细胞核成功地克隆了一只小羊“多利,(Dolly)”,。,这是世界上第一例成年山羊体细胞克隆出的,“,元元,”,，但由于肺部发育缺陷，它只存活了,36,小时零,3,分钟，就因呼吸衰竭而死亡。,这是在日本诞生的克隆牛，此是继“多利”羊后，科学家利用成年动物体细胞成功克隆的又一动物。,美国得克萨斯农业和机械大学的科研人员于,2001,年,9,月成功地克隆了,5,只猪。,美国科学家已连续培养出,6,代克隆鼠,世界上第一只克隆猴“泰特拉”在,美国俄勒冈灵长类动物中心诞生,2002,年,2,月,21,日,nature,报道美国得克萨斯农业和机械大学兽医学院的马克,韦斯特霍欣等成功地克隆出了小猫“茜茜”,茜茜的供体,茜茜和她的,代孕妈妈,茜茜,克隆羊的成功有着极重要的意义：,（,1,）在理论上充分证明了动物的细胞核有着全能性，发育是可逆的，从而结束了几十年来的争论；,（,2,）建立了高等哺乳动物体细胞克隆的方法，为抢救频临灭绝的珍稀动物和大量繁殖优良品种奠定了基础；,（,3,）引发了人们对克隆人这一敏感问题的广泛注意。,第二节 线虫（,C.elegans,）的发育模式,C.elegans:,体长仅,1mm,生命周期仅,3,天。,1.2n=12,，,2.,基因组仅有,810,7,bp,，约有,13,500,个基因。3.,与原核相似，有,25%,左右的基因产生多顺反子,mRNA,（,Polycistronic mRNA,）,4.,是其基因组中非重复序列达,83%,，,E.coli,为,100%,而高等的真核生物都在,50%,以下；,5.,大部分是,XX,型，为可以自体受精的两性体（,hermaphrodites,）,XO,型为雄体,(,突变型,约占,1/500),。,C.elegans,成体由,959,个细胞组成。,第三节 果蝇的早期发育,一,卵子的发生,滤泡细胞,是体细胞，,滋养细胞,和,卵母细胞,是生殖细胞,互连细胞（,interconnected cell,），,连接处称,胞质桥,（,cytoplasmic bridges,）,或称为,环沟,（,ring canals,）,滤泡细胞,滋养细胞,果蝇卵泡外表面含有一层滤泡细胞，它包围在滋养细胞的四周，滋养细胞紧靠着卵母细胞。滋养细胞通过胞质桥彼此相连，也和卵母细胞的两侧相通。滤泡细胞是体细胞，滋养细胞和卵母细胞是生殖细胞,受精卵,合胞体胚囊,分裂,18,次,细胞胚囊,控制发育的三类基因：,1,、母体基因,(maternal gene),1),影响前,-,后极性的基因,有,bicoid,(,bcd,)(,两头尖,),的前部群,有,nanos,(,nos,)(,侏儒,),的后部群,有,torso,(,中段,),和,caudal,的端部群,2)影响背腹极性的基因,dorsal,(,dal,),和,toll,2,、影响身体分节的基因,1),合子基因,(zygotic),2),副节,(parasegments),3),裂缺基因,(gap gene),将胚胎分成对应于副体节的主要区域,4),配对法则基因,(pair-rule genes),确定胚胎中的副体节,5),体节极化基因,(segment polarity genes),负责副体节中细胞类型的特异化,突变引起体节特定区域的缺失,果蝇幼虫和成虫的体节和副节,3,、影响体节一致性的基因,-,同源异形选择者基因,(homeotic selector genes),(1),触角足,复,合体,(ANT-C),该基因的突变使触角变成了第二对腿,(2),双胸复合体,(BX-C),含有几组控制胸节发育的同源异形基因，若发生突变会导致腹部形态的改变,母体基因：座标基因,前后轴,背复轴,合子基因,:,分节基因,同源异形,基因,裂缺基因,配对规则基因,体节极性基因,ANT-C,BX-C,分化,前后轴有关的系统：,1.,前部系统（,anterior system,）,是负责头和胸的发育。,关键的基因是,bicoid,(,两头尖,),，其基因产物是一种序列特异,DNA,结合蛋白，作为决定前部结构的转录因子。,2.,后部系统（,posterior system,）,负责腹部分节的一组基因，,nanos,(,侏儒,),，其突变产生的胚胎腹节有缺陷，但极性正常。,3.,未端系统（,terminal system,）,是负责卵的最前部（,吻,部）和最后部（尾节）的发育。,已发现了,7,个基因，关键的基因是,torso,(,中段,),，它编码一个跨膜受体,.,果蝇的发育主要分三个阶段：,卵、幼虫和成体果蝇。,在发育的开始在卵中沿着,前后轴,（,anterior-posterior,）和,背腹轴,（,dorsal-von,tra,l,）建立一个梯度。,前后轴系统沿着幼虫的体长控制,位置信息,，而同时腹背系统调节组织的分化，中胚层、经神外胚层和背部外胚层。,BCD,蛋白是,B,icoid,的产物HB,M,是,hunchback,的产物,BCD,是一种序列特,DNA,结合蛋白，作为决定前部结构的转录因子。由于,Bicoid,mRNA,位于早期卵裂胚的前部，因而前部的一些基因被激活。,bcd,mRNA,是在滋养细胞中产生的，然后通过胞质间桥转运到卵母细胞的前部区,nos,mRNA,位于卵母细胞的后极，而此基因的产物是一个转录的阻遏物。在这些基因中，由于,nanos,的存在,hb,的,mRNA,不能翻译成蛋白。即,hb,受到,bcd,和,nos,产物的共同调控。,形成素,经分子杂交,bcd,mRNA,定位于前部,经免疫杂交,BCD,蛋白定位于前部,经分子杂交,nos,mRNA,定位于后部,经分子杂交,NOS,蛋白定位于后部,(a),野生型,(b),bcd,母体效应致死突变型：,两端和胸节缺失,头沟的位置,背腹轴的调节,背腹极性是在,gurken,mRNA,定位在卵母细胞的背侧之后才得以建立。,gurken,编码的蛋白和生长因子,TGF,相似。在此途经中的下一个座位是,torpedo,(top),，,它编码果蝇的,EGF,受体，在滤泡细胞中表达。当配基,Gurken,以跨膜的形式延伸到卵母细胞的胞外区，与滤泡细胞质膜上的受体,Torpedo,相互作用，结果这个途经从卵母细胞移到滤泡细胞。,Toll,是一个将信号传入卵母细胞中的重要的基因,Dorsal,和,Cactus,形成了一对相互作用的蛋白，它们与转录因子,NF-kB,和它的调节蛋白,IkB,相关联。,它可激活腹部结构发育所需的,lwist,和,snail,基因，而可以抑制背部发育所需的,dpp,和,zen,基因。,在果蝇早期胚中位置信息建立了背腹轴,核梯度和,DL,蛋白,(,dolsa,的产物,),的胞质定位。,SPZ,配体和,TOLL,受体结合，通过,TUB,和,PLL,两种蛋白激活单个的传导级联，使,DL,磷酸化，并从,CACT,中释放出，然后能移入核，在核中它作为,D,V,主要基因的转录因子。,CACT(,cactus,仙人掌,),(,spaetzle,),卵周膜,卵周液,Dorsal,cactus,第四节 母体基因的调节作用,母体基因可分为两个基因家族：,（,1,）在母本体细胞中表达，影响卵发育的称为,母体体细胞基因,（,maternal somatic genes,），例如它们可以作用滤泡细胞；,（,2,）在母体生殖系统中表达的基因称为,母体生殖细胞基因,（,maternal germline genes,），这些基因可以作用滋养细胞，或可作用卵母细胞。,