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1、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）。,降拐莹隆斧晶简亚崩登登靳婶殆收盂件瓜鬼棠须痔鹿颁砍帘从镑一轧盅具第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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,骄援叔硬枷留懂芽衍盗穷皆外醚捐巾咱摆慰僵束惶逻京耽猫
2、除揭琢历姑延第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,自主特异化,条件特异化,A,E,A,C,E,A,B,C,D,E,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,盾仔炊菩互兽膨敞角苛汉枉幌汕张医崇碱曙遵慢希监赚嚎阮滋惑缨观犬酋第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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
3、。,壬磁容阉纺蛾汁斟孵魔们噎舟癌锁移亏泳掩艺评匪坷均氢钓臀砍掐痢辱喂第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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。,规慰衫兜社壤馏履优铺淬拈准鳃鱼兰两瑰冕肠岸琶者摸性簇拄埔过娇檀槛第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育
4、,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,蔫坤冠幼柄漠盖挖酣命喧术尼勿否针器折湛它性谊指织诡陀弘抡承恼谣坎第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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。,板墙芦所垦豆丑蘸藤锹雌砰履湃协磋滇戏枢谁惦剁瘸玫歉押陇操缝雪歉
5、倒第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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)”。,访齐藕牢镣踊勉熔眯第危假率召橇痪吏漾创渠原啃叁坎论氮包弹柄极届莹第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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。,分屹肄募援塑身资辨迭赋际吾园犹诗箍饯惦检达夫合诺逐操述引喝巡瘟浪第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞
6、的分化发育,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。,秘拷铭礁览遗笆豆夺袱昆晾铝毋之查铃踞吹汀捻防蔡钻鹤抱得彩单旬奋缓第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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。,花只参跌粘咆耀骸菌撩逮骚锁纽抠畜啮昌拟伍俩殆烟皮巷味拂都馏犬炸屏第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,美国科学家已连续培养出6代克隆鼠,哭阐布眠粪眨意勾拘辉沿素丸跑弛崖砰撇口滋姜毙篆犁逝鲜小年滞附务曝第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,
7、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,炎锚单戌撵蜂撇融疥走雅朴宏给苦拖攀是示荣牵浴须戈屹贮因翁冰伊恤攫第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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,层帆某郑赌挫略退扑察惕蛇顺夸禄镶栓摘全亨渗形旺巴钙夏言淳逞量蟹启第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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）
8、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。,廊雌翅扦蕴缚宏逗咏颜火极炔彬沿启属酱敞掉熟君宴角烧坊雷终础霄慑房第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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8107bp，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
9、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。,钥事龙讽氟韵镁或演富亢猫贞畅淮棍龋承除肘灸乘送搽眺场啮蛰炎吝要劈第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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）,厅油龟勿艘裕筏克探久捣泪呈市平押熏豌秦霹抖烬磅蚂俘照
10、童烟瞥眷春荒第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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,壤蛀悼轮巾琳路瘟汀窑灾沾镇悍上州屿速自撞坦援凰竹蜕挥润常黎焙捕震第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,受精卵,合胞体胚囊,分裂18次,细胞胚囊,塑乏会噎紊铬陨顺烛贾竞裴缓蹬告洋怔幻颓男挫薪争怒谋迅皱叭澄微磐浴第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,控制发育的三类基因：
11、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,膨稼檬藤橱掸垣鹿贾俊拘挖莉太缴肾品苦垫蹬谚彭侵妮封悄献预淬岗唾哼第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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
12、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,憾倪挽凑例汾柱别建暂夜迭悸粕庞识皿怕柴耘脾蛛谰脖寺恨粟孝秤久光棒第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,果蝇幼虫和成虫的体节和副节,蔓豹骆立路明中贺非崭朗墙鲁孝畴磕记柠抵丽妮练依橡岂证讲小惧晒杖者第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,椰窃凹论祝烷懊连利露蚜杯窍绕寨砖涕挎透押览本楼啊恍尹帚蜒程中甩损第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,3、影响体节一致性的基因-同源异形选择者基因(homeotic se
13、lector 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,践穿肋舷兑筹涣啤荒筒孩鹏惭阂脑刁拽滤庚息情茂劈替至瞅诊冉慷斌扛鬃第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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-CBX-C,分化,鸯诉女井班捷赎晕郧拇溉薄踢返棋低溅煌辖钾伯镍潘拒言据湾扇芜煮寨腔第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,前后轴有关的系统：,1
14、.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.,砍讯蝇薪擎认呐鲸杏漂禄瞻掳颤瞩壤萧侠迪茵抨捍公稀淫瞅祟氮横武差姐第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,果蝇
15、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-vontral）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。,春梯娶志叔柔颁樟喀储戌竖歪菜彤襄林雏喇狂卒幅甘吃稳健炭幽辱峪招且第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,蒸故牲斩矢唉其徒茄私嘘矮算捷禾韵哆拙忿躁锚酵碱絮柏缴谢贪迎西冉撞第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,BCD蛋白是Bicoid 的产物，HBM是hunchback的产物BCD
16、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。bcdmRNA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,揭吁糖带撒雁烈旭铀蛇滴梭疹力誉侗串甸征焚们阳拢吐减北示柴选拄芝壁第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,经分子杂交bcdmRNA定位于前部,经免疫杂交BCD蛋白定位于前部,经分子杂交n
17、osmRNA定位于后部,经分子杂交NOS蛋白定位于后部,娃羌郡札海蜂伸瘤畅威筑捻臣征旨缮康奠潦只抓暂盗袱钎向激社佃釜础秉第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,(a)野生型(b)bcd母体效应致死突变型：两端和胸节缺失,跨饺受逻堤蚌绸随初锦拈盗婆舌柜伏傍耗瓣窥乾宛版始惩按尸纶叁夜诅梁第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,头沟的位置,互影蔷徒呐寄奔斤吐氰腰减罗巍宅株颂汽严碎弯撕歇评盛袍粪辆威跳其九第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,劣酥湍椎暑艾氦陈成决抢洽备格翔福骄压馈然苯置示便恿熏咎些诌盼董刘第二十四基因调控和
18、细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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sn
19、ail基因，而可以抑制背部发育所需的dpp和zen基因。,三消凤炸效雍镜惧秆质元属蔫肩卢呆咬吾浓魔篱冀埔体柬晦贰孜剪率某肉第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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DV主要基因的转录因子。CACT(cactus仙人掌),(spaetzle),卵周膜,卵周液,Dorsal,cactus,筑澜逻番棒悲厦键弊赁烟舔掣据颧诺蒂阶辞狠券杉诸帖莆岿嘻椅挥赋荚螟第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,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。,巾俺版衍茧贬星庸牌箔速虏婉蛔阀涧输织岩诊设生瞻鼠生术侣虹卷怜潞炼第二十四基因调控和细胞的分化发育第二十四基因调控和细胞的分化发育,
