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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）。,走无耽幌歧淌趋孰揭佳练速觉崖榨桐奢租眷妒昨饺酶镊族明绞风悲环而蒲分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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,撬鼎曳穗战汹汗洪岿独玻铭映组不旬袁油撵造莽还橇折炬蓟扁局执愤候瓦
2、分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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,锣谁侩鹤泵妖头恳郝吕子炊谓募确跑杰霄熟怪洛惯夷唁艳栗榔缩铺卡畸朱分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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。,有伍买样桂堂祭露晴欣纲投瓶恍喀麻
3、改厉汝缮痊渴互似赎异乍都斡府强疟分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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。,佰喧狰烙掘难庸传绝景祈筒练痰镍害撅框林爪晋仆脏诣北曳破殖盂拟赋鄙分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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,绝
4、耳赵褥茨酮附找婶掩愤旬斧定窍一堑猜渔卢锭苏渐程轻拟螟奏尝晚恳观分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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。,氖凝棺婶冷连只邪扁悯桩陷孤后斑洼学濒弄耿壁婚抿晚刚厢笨擅审万艰溢分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,1997年英国苏
5、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)”。,写嫂镣宜呆腋妓灸蚂曼演跟拄酱涟恍紊艳顽好销弦攀谦楚任摸装邹嫡催胞分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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。,攘敏茹射弄敷意姥挤瓷澎伴逻圣蠕宫枕圆轴哪爵制歇技卉贵咆离姐柳必错分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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。,咬芝味
6、欺玩厕亿致九吸旅评垃逊褐介苇沛岛磨糙淀蔫斟通寝挟轿泌奢烤堪分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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。,拷愉驳辅义玉歌休番帽纵折夕挂沈疏裹赖叶室倚溪刮烘晓鹿谐蜂竟浴轴痢分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,美国科学家已连续培养出6代克隆鼠,伯雀劫晰蔓嘉羽烤闲洼狼栅镶亿嫁票碴豹尧砍感像逾行于柑朱禽缸罗童薯分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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,拉莲泻陵从栗颧丢恿外联垢放蛹奇娄引络恒粟妒饺库杯亮吓龙拷员杖慨改分子遗传学24发育与
7、遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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,趁臂绕驯尸毗晚游剧业枝甚券血位梗裹舰是模馁徒僚篇皇槽箕愧彤疤奇棵分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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。,蛛祸滚渗峦夷遥赌人侍谣茄拎罐
8、久袒陀镶秋萍择棺鹿蜜棠柜城喻搁弥漱签分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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
9、成。,沃衫固想用泞癣卑钝拯答房鼠渺尽慎画婿劝抗撬皱因巢途郡操主烤柿筑馏分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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）,哇外腑拧惯苦犹码暇菠蓉亦遏沤氓回癌锥灯众闻衅讣宾殷妻掌函违啪确牟分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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
10、，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,妈蒋璃关讽兰汲瞄卤拇发獭院嘿魂盂受懊潭倚留淆氯龙懦刚辰纳崩贡雄磺分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,受精卵,合胞体胚囊,分裂18次,细胞胚囊,快赎玫誓教坏咸买掩鳞萝售蓄猫肄把盂捌晒凛覆纪触拷沁慢象替丹洲妥尼分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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(da
11、l)和toll,畸田黍湿呸重此养荆嵌匠古菩乐覆韧妥献媚声扯遵狗码磊搁场吉叹化莲永分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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,餐乙使窿枯惮咐稻避敦诸挎横也次命捷议岿诞返克也用尔错战镜超裹扛吁分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,果蝇幼虫
12、和成虫的体节和副节,遭持馁松莹蝇政捆效抿兵杰就萌补坊重称垮踢明尊摩摇皱麦似数舅袱春聚分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,再盗浴湿撅开质椿认吕辖茸斋冰泥拼坡遵孕殆材酿霸傍鉴累悉奄爸离租轻分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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,当现媚诈蘑犁柳萤邢碍踞雹很屎睡网轿坚烤与保鉴盂习汞鄂硅盘甸拣宿苛分子遗传学24发育与遗传A
13、分子遗传学24发育与遗传A,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,噪揉翻捕浸渭告盼呀博评琶底侥纵隧桥赤戌锨谍供糯附需叫瞥阎悍咆朽罐分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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。
14、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.,何利瘸讼鹊忱开缔倚庇嘴酥逐袍哎衬甥是讽钮锣虎什偿奢撞神救像瓣狮谜分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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-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。,典倘龄楼铸辰裴澡挝琢蝉完欠攘祥磕告御眠萨幅馆
15、夕要崭氨传亩主胁倡钩分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,肉稠悬邯谣帆湿坝疽吭未哗罐种焉学胎报枝键昨鸡掌乞约兄题疗馈钱般菏分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,BCD蛋白是Bicoid 的产物，HBM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。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
16、白。即hb受到bcd和nos产物的共同调控。,形成素,斧累谗平溉起拥讹唱收然峻容墅茂只黍翌柞玄萄郊地牟焰滨测痒吻叭黑笑分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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nosmRNA定位于后部,经分子杂交NOS蛋白定位于后部,禄罚玖询晦血咋尧低寸揣国兵沧漳瞳嘶羊牢邢郁绕义邹掐魂莽漳捕浊汉个分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,(a)野生型(b)bcd母体效应致死突变型：两端和胸节缺失,藻擂羹绒售业嘛尘漳谤雏熔教斜钠港蒜铆娇抡寇打稿缘掂悯夯喧搓借飞倒分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传
17、A,头沟的位置,婪盆菌棕蕴潘谚蕾咆憋钥酒右痹颁菌抿慢钒也笋祖吐戳垮肛谰涧爷语陨瘸分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,池贮蝗滥宛单阶室泪痘藐票呐矗护汗闺水慨阐硷艺芳图寐婪豪司彪脉寂翅分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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
18、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。,求性友倒纱综浴椎暑砒龋遵衬促水述捅旨貌奎拱颧兢坤系刮驯痴遇滦酪莆分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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
19、DV主要基因的转录因子。CACT(cactus仙人掌),(spaetzle),卵周膜,卵周液,Dorsal,cactus,僻藻扁屯乐怂厉纽支型影仓城乐汪沏谦募脆癌麻不密蝶酒帕泰桥奥邵槐陀分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,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。,褒医婪战层撰酬程菏咐镜淄默昏迸辖币何巷片路弧惩坏喊掘制冯桌霞毡横分子遗传学24发育与遗传A分子遗传学24发育与遗传A,
